可燃冰：未来能源愈行愈近

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图为2017年6月9日，中国在广东省珠海市东南320公里的南海深沪海域试采可燃冰的作业平台。(数据图片)

天然气水合物，也称为“可燃冰”，是水和天然气在高压和低温下形成的冰状结晶物质。(数据图片)

俗话说，水火不相容。然而，有一种冰，它不仅能燃烧，而且热值比油高十倍。燃烧后，它非常干净，只产生二氧化碳和水。据说它的储备可供人类使用几千年。这是可燃冰，它的学名是“天然气水合物”，也称为“固体甲烷”。它由被水分子包裹的基于甲烷的有机分子组成。它含有水，是固体，看起来像冰，很容易点燃。

最近，国务院批准天然气水合物为中国第173种矿物。今年5月，中国海域首次天然气水合物试采成功，实现了60天连续试气点火，累计产气量30.9万立方米，平均日产气量5151立方米，甲烷含量高达99.5%，实现了历史性突破。

神奇的冰块

可燃冰的能量密度很高，在相同条件下燃烧产生的能量是煤、石油和天然气的几十倍；此外，燃烧后只会产生少量的二氧化碳和水，是真正的绿色能源

像石油和天然气一样，可燃冰来自古代生物的遗骸。这些古生物遗骸的沉积物被细菌分解产生甲烷，甲烷在低温高压下形成可燃冰。

可燃冰形成的温度一般在0℃至10℃之间，超过20℃可能会分解。正常情况下，海底温度一般保持在2℃至4℃之间，这适合于形成可燃冰。此外，可燃冰只能在0℃下产生，只有30个大气压，而在海底深处很容易维持30个大气压。此外，空气压力越大，可燃冰越不容易分解。

因此，可燃冰广泛分布在深海或陆地的多年冻土中。目前，在南极和北极已发现可燃冰沉积。虽然中国不是极地国家，但在此之前，中国已经在南海和青藏高原多年冻土区钻探了天然气水合物样品，使中国成为世界上唯一拥有中低纬度海底和陆上多年冻土区天然气水合物资源的国家。

1778年，英国化学家普斯特开始研究可燃冰形成的温度和压力。1934年，人们发现冰状固体堵塞在油气管道和加工设备中，这些实际上是可燃冰。1965年，前苏联的科学家预测，海底表层可能存在可燃冰。此后，首次在北冰洋海底发现了大量可燃冰。

可燃冰的能量密度非常高。在同样的条件下，燃烧可燃冰产生的能量是煤、石油和天然气的几十倍。1立方米的可燃冰分解后可释放164立方米的天然气。

由于可燃冰是天然气和水的混合物，燃烧后只会产生少量的二氧化碳和水，是真正的绿色能源。一些专家估计，它的资源相当于世界上已探明的传统化石燃料总量的两倍。中国可燃冰资源储量相当于1000亿吨石油，南海是中国可燃冰的主要分布区，储量近800亿吨。因此，可以毫不夸张地说，可燃冰是一种具有重大战略意义的未来能源。

大国争夺可燃冰

可燃冰具有低碳、环保和储量丰富的特点，已成为解决现代社会能源短缺的有效途径，引起了许多国家的青睐和大力投资研究

追溯人类能源利用的历史将有助于我们理解可燃冰的价值。

在漫长的历史进程中，人类通过木柴等生物质能源获得了能量。直到工业文明，煤的使用使蒸汽机广泛普及。后来，石油和天然气极大地促进了人类的流动性。

然而，需要正视的现实是，石油资源的逐渐短缺是现代社会必须面对的主要挑战之一。

在这种背景下，储量丰富的低碳环保可燃冰自然引起人们的关注。因此，许多大国都青睐它，并在这一领域投入巨资进行研究。

今年5月，美国能源部下属的国家能源技术实验室宣布，它正与奥斯汀的得克萨斯大学和其他机构合作，对墨西哥湾深水区的可燃冰开采进行研究。

一直以来，美国都非常重视可燃冰的研究。2000年，它通过了天然气水合物研究和开发法案。此后，美国能源部多次拨款支持可燃冰研究。最近一次是在2016年9月，当时它宣布将投资380万美元支持六个新的可燃冰研究项目。奥斯汀的德克萨斯大学进行了这次钻探，是受支持的项目方之一。

日本经济产业省资源与能源部也在今年5月宣布，日本石油、天然气、金属和矿产资源局成功地从日本海岸海底埋藏的可燃冰中提取了甲烷。本次试验开发的海域位于爱知县和米氏县附近的太平洋(601099)近海。据估计，该海域的可燃冰储量达到1.1万亿立方米，约为日本天然气年消耗量的10倍。

这是日本第二次开采可燃冰。2013年，日本试图从海底可燃冰中提取甲烷，但试验在海底沙子流入矿井仅6天后就中断了。第二次试采持续12天后，也因出砂而中断，未能达到原定三四周稳定生产的计划，12天的产气量只有3.5万立方米。

中国地质调查局于1999年开始调查天然气水合物，并首次在南海西沙海槽发现天然气水合物存在的地球物理标志。2007年，在南海深沪海域首次钻探天然气水合物样品。2013年，在南海北部获得了多种类型的天然气水合物样品；2015年和2016年，在南海深沪海域再次发现。目前，中国在南海已发现两个超过1000亿立方米的矿床，圈定了11个成矿远景区和25个有利区块。与此同时，今年5月，中国在该海域成功进行了首次天然气水合物试生产，创造了天然气生产持续时间和总量的世界纪录。

工业化面临许多困难

虽然可燃冰储量大，分布广，但现有的水下钻井设备难以开采，稍有不慎就会导致开采失败

然而，开采可燃冰的难度也是业内公认的。可燃冰在低温高压下密封，如果温度升高，水合物中的甲烷可能溢出；或者，如果冰融化，压力上升，如果控制不当，可能会造成地质灾害，如海底滑坡。

例如，地质学家曾将8000年前的一次毁灭性崩塌归因于天然气水合物。当时，挪威海岸出现了高达6米的海浪。研究人员推测，海底甲烷气体的爆炸释放导致了这场自然灾害。

有专家表示，虽然可燃冰储量大、分布广，但其形成时间比石油和天然气要晚得多，覆盖其上的海底地层一般都是砂质的，因此现有的海底钻探设备很难开采，稍有不慎就会导致大量砂岩涌入管道，导致开采失败。此外，人们越来越重视环境问题，如开采不当，一旦水合物中的甲烷溢出，可能会造成巨大的污染。

中国地质调查局基础地质调查司副司长邱海军表示，中国在南海天然气水合物测试生产方面取得了许多创新，创新开发了“地层流体萃取法”测试生产技术，建立了天然气水合物体系聚集和天然气水合物“三相控制”生产理论，建立了以稳定地层为核心的测试生产理论和技术体系，自主开发了钻完井、储层改造和人工举升等关键测试生产技术。成功解决了流砂、天然气水合物二次生成、井下气水分离和长期稳定生产等世界性难题，自主创新了6个技术体系的20项关键技术，初步建立了适合我国海域天然气水合物资源特点的开发技术体系。

邱海军表示，据估计，中国海域的天然气水合物资源约为800亿吨石油当量。通过重点区域普查，圈定了11个有利勘探区和19个成矿带，经钻探验证圈定了2个1000亿立方米的矿床。

不过，相关专家表示，中国首次全球规模的试采只是长征中的关键一步，未来要实现工业化和商业化开采还有很长的路要走。

中国地质调查局副局长王琨表示，今后，我们将重点加快工业化进程，努力实现深沪海域试采成果最大化；同时，继续加大天然气水合物资源调查力度，对重点目标区域进行详细调查，提供2-4个大型资源基地，为推进产业化奠定资源基础；此外，将测试和生产不同类型的天然气水合物，并优先考虑环境保护。

“根据中国可燃冰调查研究和技术储备的现状，预计中国将在2030年左右实现可燃冰的商业化开采。”王琨说。(《经济日报》？中国经济网记者黄晓方)