“可燃冰”將成為本世紀(jì)的一種主要能源，但開采成本很高,。

文|肖鋼 李杰海

談到能源,，人們立即想到的是能燃燒的煤、石油或天然氣,，很少會聯(lián)想到晶瑩剔透的“冰”,。然而，自 20 世紀(jì) 60 年代以來,，人類陸續(xù)在凍土帶和海洋深處發(fā)現(xiàn)了一種可以燃燒的,、白色的、外形像冰的固體物質(zhì),，這就是可作為優(yōu)質(zhì)能源的“可燃冰”,。這種“可燃冰”在地質(zhì)上被稱為天然氣水合物(Natural Gas Hydrate，簡稱Gas Hydrate),，主要由水分子和烴類氣體分子(主要是甲烷)組成,，所以也稱它為甲烷水合物，又稱“籠形包合物”(Clathrate),，分子結(jié)構(gòu)式為：CH4?8H2O,。

研究發(fā)現(xiàn),，“可燃冰”是在一定條件(合適的溫度、壓力,、氣體飽和度,、水的鹽度、PH值等)下,，由氣體或揮發(fā)性液體與水相互作用過程中形成的白色固態(tài)結(jié)晶物質(zhì),。 一旦溫度升高或壓強(qiáng)降低，甲烷氣則會逸出,，固體水合物便趨于崩解 (1立方米可燃冰可在常溫常壓下可釋放164立方米天然氣及0.8立方米淡水)，所以固體狀的天然氣水合物往往分布于水深大于 300 米的海底沉積物中或寒冷的永久凍土中,。

科學(xué)家估計,，海底“可燃冰”的分布范圍約占海洋總面積的10%，約4000萬平方公里,，是迄今為止海底最具價值的礦產(chǎn)資源,，可供人類使用1000年！而陸地上的“可燃冰”都在永久凍土帶,，其成礦機(jī)理大致是：煤層氣向上逸散,，而上面有凍土層的覆蓋，煤層氣和水在高壓,、低溫的條件下形成“可燃冰”,，其組分除了甲烷，還有少量乙烷,、丙烷等氣體,。

美國地質(zhì)調(diào)查局經(jīng)過多年調(diào)查研究認(rèn)為，“可燃冰”將成為本世紀(jì)的一種主要能源,，是能源的“一個新領(lǐng)域”,。按保守估計，全世界以天然氣水合物形式存在的碳的總量是地球上已知化石燃料(包括煤)中碳含量的2倍,。

如此儲量巨大的“可燃冰”卻也存在致命的缺點(diǎn),，那就是開發(fā)不當(dāng)可能引發(fā)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害。因此世界各國均采取了謹(jǐn)慎的態(tài)度和明智的做法——在沒有找到理想的開采方法解決其對自然界環(huán)境的影響之前,，不能像常規(guī)一次性礦產(chǎn)資源那樣大量開采“可燃冰”,。

“可燃冰”的開采方法主要有三種：一是熱解法，二是降壓法,，三是置換法,。前兩種方法無非是通過破壞可燃冰的存在條件而使其脫離固態(tài)而變成氣態(tài)以便收集。第三種則是用二氧化碳置換出“可燃冰”里的天然氣,。

筆者認(rèn)為最有潛力且有“一石二鳥”之功效的當(dāng)屬“二氧化碳置換開采法”,。這個計劃“看上去很美”：既能生產(chǎn)燃料又能封存溫室氣體至冰冷的大洋底部,。它克服了“可燃冰”利用中的瓶頸，消除了氣候變化的威脅,。研究發(fā)現(xiàn),，當(dāng)給“可燃冰”晶狀體的壓強(qiáng)加到很大時，二氧化碳就能滲入晶體中,，也就是說它填充了甲烷提取后形成的空洞,，同時將甲烷“擠出”。這樣二氧化碳被鎖在了水形成的“牢籠”中,。令人吃驚的是,，研究發(fā)現(xiàn)一份甲烷水合物分解后在冰層中形成的空白可以容納5份二氧化碳水合物。這一發(fā)現(xiàn)使得置換法更具吸引力,，然而這項(xiàng)技術(shù)趨于完善還有很長的路要走,。

就人類目前的技術(shù)，開采“可燃冰”主要面臨三個難題,。首先,，可能導(dǎo)致大量溫室氣體排放污染環(huán)境?！翱扇急敝屑淄榈目偭看笾率谴髿庵屑淄閿?shù)量的3000倍,。作為溫室氣體，甲烷比二氧化碳所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)要大得多,?！翱扇急狈浅２环€(wěn)定，在常溫和常壓環(huán)境下極易分解,。這些冰球一旦從海底升到海面就會砰然而逝,，最后變成一攤水。學(xué)者認(rèn)為,，“可燃冰”礦藏哪怕受到最小的破壞,，甚至是自然的破壞，都足以導(dǎo)致甲烷氣的大量散失,。而這種氣體進(jìn)入大氣,，無疑會增加溫室效應(yīng)，進(jìn)而使地球升溫更快,。

其次,，特殊的存在條件極有可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。日益增多的研究成果表明,，由自然或人為因素所引起的溫壓變化,，均可使水合物分解，造成海底滑坡、生物滅亡和氣候變暖等環(huán)境災(zāi)害,。美國地質(zhì)調(diào)查所的調(diào)查表明,，“可燃冰”能導(dǎo)致大陸斜坡上發(fā)生滑坡，這對各種海底設(shè)施是一種極大的威脅,。由此可見,，“可燃冰”作為未來新能源的同時也是一種危險的能源。

另外,，目前技術(shù)條件下開采成本過于高昂,。“可燃冰”開采的最大難點(diǎn)是保證井底穩(wěn)定,，使甲烷氣不泄漏,、不引發(fā)溫室效應(yīng)。但世界上還沒有任何一個國家能對“可燃冰”進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)開采,。從各國進(jìn)行的試驗(yàn)性開采看,，這些方法要么技術(shù)復(fù)雜、成本高昂,，要么推廣價值不大,，不適合大規(guī)模作業(yè),。

2009年9月25日,，在國土資源部的一場新聞發(fā)布會上宣布了一條特大新聞：在中國青海祁連山[1.39% 資金 研報]南緣永久凍土帶成功鉆獲天然氣水合物！這一成功鉆獲,，證明我國凍土區(qū)存在豐富的天然氣水合物資源,，對認(rèn)識天然氣水合物成藏規(guī)律、尋找新能源具有重大意義,。國土資源部總工程師,、中國地質(zhì)調(diào)查局副局長張洪濤說：“我國在青海省祁連山南緣永久凍土帶成功鉆獲天然氣水合物實(shí)物樣品的意義，不亞于發(fā)現(xiàn)大慶油田,?！庇腥斯浪悖嗪ＬN(yùn)藏的“可燃冰”遠(yuǎn)景資源量至少有350億噸油當(dāng)量,。

筆者認(rèn)為,，在陸地凍土帶只鉆了幾個孔,，還屬于“一孔之見”，很難評估儲量，但青海地區(qū),、漠河地區(qū)、羌塘盆地等是陸域“可燃冰”儲藏條件最好的地區(qū),，儲量預(yù)期應(yīng)該非常巨大,。遺憾的是，中國研究的緊迫感仍嫌不足，資助力度也非常小,。青海能夠成為我國陸域“可燃冰”的首個“現(xiàn)身地”有幾個原因,，首先，青海有著面積廣,、厚度深的凍土帶資源,，為“可燃冰”的存在提供了地質(zhì)條件；其次,，因?yàn)榧淄槭恰翱扇急钡闹饕煞?，因此“可燃冰”發(fā)現(xiàn)的地方一般都存在油氣資源。按此思路,，筆者認(rèn)為,，有“可燃冰”的地方就應(yīng)該有煤層氣，從而也應(yīng)該有煤,。

然而,，相比其他國家，由于起步較晚,，我國的“可燃冰”研究進(jìn)程晚了10年,，是一個后來者，而且還是一個實(shí)驗(yàn)性開采比較落后的國家,，如若不推行重大的國家行動計劃,，將難以在“可燃冰”這個重要的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)立于不敗之地。在今后的10-15年間,，我國關(guān)于“可燃冰”研究的重點(diǎn)應(yīng)集中在‘有多少’和‘怎么采’兩個問題上,，主要解決調(diào)查評價和開采的技術(shù)方法。

人類關(guān)于“可燃冰”開采的總體技術(shù)思路已經(jīng)明確,，即改變它的賦存環(huán)境,，或減壓力或加熱增溫或物質(zhì)置換，促使天然氣水合物分解和析出,。但是,，不管采取哪種技術(shù)方法，都還面臨從基礎(chǔ)理論到技術(shù)細(xì)節(jié)等一系列問題,。因此,，我國今后一個時期的另一個重點(diǎn)就是組織跨領(lǐng)域跨學(xué)科的全國性科研攻關(guān)，解決“可燃冰”開采所必須面對的技術(shù)方法,。在找到成熟可靠的技術(shù)方法后,，也要先進(jìn)行試驗(yàn)性開采，待積累了充分的經(jīng)驗(yàn)后,，再推進(jìn)商業(yè)化開采,。也只有這樣，才可以確保不會因“可燃冰”的開發(fā)利用而帶來重大的環(huán)境問題。

我國對“可燃冰”的開采可謂剛剛起步,，技術(shù)尚處于摸索階段,，而且開采前期勘探和試驗(yàn)需要投入大量的財力和物力，因此,，“可燃冰”的開采將需要由資金雄厚,、技術(shù)先進(jìn)的大型企業(yè)來介入。其中,，大型國企將可能分到市場上最大的一塊“蛋糕”,。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，以中石油,、中石化和中海油三大石油巨頭為主導(dǎo)開發(fā)“可燃冰”市場的可能性比較大,。筆者進(jìn)一步認(rèn)為，中海油在新能源領(lǐng)域的魄力,、其雄厚的資金實(shí)力和資深的地質(zhì)專業(yè)隊(duì)伍不論在“海底”和“陸上”可燃冰領(lǐng)域均占有得天獨(dú)厚的先機(jī),。一旦技術(shù)“Know-how”形成，征戰(zhàn)世界“可燃冰”沙場的時刻將不會遙遠(yuǎn),。

“可燃冰”勘探開發(fā)的三個原則應(yīng)該是：技術(shù)切實(shí)可行,，經(jīng)濟(jì)有利可圖，環(huán)境不能有害,?！翱扇急北旧頉]有缺點(diǎn)，但如果利用不當(dāng),，會產(chǎn)生一些問題,，主要是環(huán)境問題,，如海底滑坡,、溫室效應(yīng)等。對“可燃冰”利用可能存在的問題,，既不能無限夸大,，又要高度重視。

世界上沒有絕對完美的東西,，只要我們堅持科學(xué)的態(tài)度,，采用科學(xué)的方法，就一定能克服其缺點(diǎn),，無損環(huán)境,，造福人類。在感嘆大自然巧奪天工的“能源水晶”作品的同時,，人類更應(yīng)當(dāng)使其雕琢藝術(shù)日臻成熟,。