一,、前言

溫室效應(yīng)對人類生存和社會可持續(xù)發(fā)展已產(chǎn)生重大不利影響,，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會指出，必須在2050年以前將溫室氣體排放減少60％,，才能將氣候穩(wěn)定下來,，從而避免出現(xiàn)災(zāi)難性后果。事實上,，應(yīng)對氣候變化,，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,，是擺在我們面前一項緊迫而又長期的任務(wù)，事關(guān)人類生存環(huán)境和各國發(fā)展前途,，需要各國進(jìn)行不懈努力,。

而溫室效應(yīng)的應(yīng)對成功關(guān)鍵在于二氧化碳減排。二氧化碳減排可分為兩大類：即上游減排和下游減排,。上游減排包括：1）調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu),、能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu),。建立低能耗,、低排放的企業(yè)，對高能耗工業(yè)進(jìn)行改造,，用高新技術(shù)提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),，發(fā)展附加價值高的低能耗新興產(chǎn)業(yè)等；2）推廣節(jié)能技術(shù),，提高能源利用效率,；3）大力發(fā)展可再生能源、先進(jìn)核電技術(shù),、高效的煤潔凈利用技術(shù),、天然氣發(fā)電技術(shù)、多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)等,；4）改變?nèi)藗兩罘绞?。下游減排是指將不得已排放的二氧化碳分離回收、封存和再利用,。

從中國所做的承諾看,，中國要實現(xiàn)爭取到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年有顯著下降這個目標(biāo)，是采取了通過發(fā)展低耗能,、利用可再生能源,、低碳能源、森林封存等減排技術(shù)相結(jié)合,，整合二氧化碳上,、下游減排，走出一條有中國特色的有效率,、成本較低的科學(xué)治理之道路,。

而可燃冰作為具有上、下游減排雙重功能的低碳能源,，在有效減排二氧化碳的同時又將排放數(shù)量大為減少的二氧化碳進(jìn)行轉(zhuǎn)化,，是低能耗的對環(huán)境友好的減排技術(shù),，從長遠(yuǎn)看,，具有很強(qiáng)的應(yīng)用前景。

二、可燃冰的特點,、分布,、儲量

早在1778年英國著名化學(xué)家、氧氣的發(fā)現(xiàn)者普利斯特里,，就著手研究氣體生成的氣體水合物溫度和壓強(qiáng),，但未能制出實驗條件下的可燃冰。1934年,，美國科學(xué)家在油氣管道中發(fā)現(xiàn)了冰狀固體堵塞現(xiàn)象,，這是可燃冰首次進(jìn)入人類視野。

可燃冰是充足的甲烷和水,，在有甲烷和水充分聚集的儲存空間條件下,，在一定的溫度和壓力條件下生成的一種非化學(xué)計量型的籠型化合物，外貌極像冰雪或固體酒精,，遇火即可燃燒的一種固態(tài)物質(zhì),，又稱“氣冰”、“固體瓦斯”,，正式名稱為天然氣水合物和籠型化合物,。可燃冰中甲烷來源于微生物分解海底沉積物中有機(jī)碳形成甲烷,，或地球深部（海底或地表下數(shù)千米）熱解出甲烷,。可燃冰呈黃色,、橙色,、紅色、灰色和藍(lán)色,。

可燃冰是由多個水分子通過氫鍵作用形成不同結(jié)構(gòu)的籠狀體,，而氣體分子之間則通過分子間相互作用填充在籠中，可用M,？nH2O表示,。已發(fā)現(xiàn)有3種結(jié)構(gòu)，CH4,？5．75H2O最為普遍的結(jié)構(gòu),。按此計算1立方米“可燃冰”可分解出164立方米的甲烷和0．8立方米的水。說明可燃冰具有很高能量密度,，是煤層,、黑色頁巖的10倍，是天然氣能量密度的2至5倍,。

可燃冰在世界范圍內(nèi)廣泛存在,，大約22％的陸地和90％的大洋海底是形成它的潛在地區(qū),，主要分布在極地高原的永久凍土帶及水深超過300m以下的海底。目前研究結(jié)果表明,，天然氣水合物分布廣泛,，資源量巨大，是煤炭,、石油,、天然氣全球資源總量的兩倍，初步估算它的碳資源總量是全球所有化石燃料中碳含量的兩倍,，其礦藏量估計為1．5×10的16次方至2．0×10的16次方／立方米,。

事實上，據(jù)我國專家分析研究,，青藏高原,、東北凍土區(qū)和東海、南海,、黃海的大陸坡及其深海,，都可能存在體積巨大的可燃冰。比如,，我國是世界上第三凍土大國,，凍土區(qū)總面積達(dá)215萬平方公里，具備良好的天然氣水合物賦存條件和資源前景,，羌塘盆地是最有前景的找礦遠(yuǎn)景區(qū),，其次是祁連山木里地區(qū)、東北漠河盆地和風(fēng)火山—烏麗地區(qū)等,。據(jù)專家估計,，我國凍土帶的可燃冰儲量更大大超過南海等海域。

據(jù)預(yù)測,，我國可燃冰資源量將超過2000億噸油當(dāng)量,。其中，南海海域約650億噸,，位于青藏和黑龍江的凍土帶則有1400多億噸,。

三、國內(nèi)外可燃冰研發(fā)現(xiàn)狀

對可燃冰的研究探索始于1810年,，英國科學(xué)家戴維在實驗室中把氯氣通入水中,，在零攝氏度以上出現(xiàn)了“冰塊”，首次認(rèn)識到氣水合物這種物,。

由于“可燃冰”中氣體99％為CH4,，具有使用方便、燃燒值高,、清潔無污染等特點,，是公認(rèn)的地球上尚未開發(fā)的最大新型能源,，被譽(yù)為21世紀(jì)最有希望的戰(zhàn)略資源，為世界各國爭相研究的重要對象迄今,，世界上至少有30多個國家和地區(qū)進(jìn)行可燃冰的研究與調(diào)查勘探,。

目前,，美國,、俄羅斯、荷蘭,、加拿大,、日本等國探測可燃冰的目標(biāo)和范圍已覆蓋世界幾乎所有大洋陸緣的重要潛在遠(yuǎn)景地區(qū)以及高緯度極地永凍土地帶和南極大陸陸緣區(qū)，同時,，俄,、美、加等國通過地震勘探工作,，已查明在北極地區(qū)有大量正在形成的天然氣水合物,。

美國、日本,、印度等國近年來紛紛制訂天然氣水合物研究開發(fā)戰(zhàn)略和國家研究開發(fā)項目計劃,。美國于1981年投入800萬美元制訂了天然氣水合物10年研究計劃。1998年又把天然氣水合物作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略能源列入長遠(yuǎn)計劃,，每年投入2000萬美元,，準(zhǔn)備在2015年試開采；日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省已從2000年開始著手開發(fā)海底天然氣水合物,，開發(fā)計劃分兩段進(jìn)行,，前5年對開采海域的蘊(yùn)藏量和分布情況進(jìn)行調(diào)查，從第3年開始就打井以備調(diào)查用,，之后5年進(jìn)行試驗性采掘工作,，2010年以后實現(xiàn)商業(yè)生產(chǎn)；韓國已成功完成《可燃冰開發(fā)10年計劃》第一階段任務(wù),，確認(rèn)韓國周邊海域海底可燃冰礦藏,，并對儲藏量進(jìn)行初步估計。2012至2014年,，對周邊海域發(fā)現(xiàn)的可燃冰礦藏儲量進(jìn)行最終確認(rèn),，研發(fā)可燃冰商業(yè)生產(chǎn)相關(guān)技術(shù)；印度在1995年制訂了5年期《全國氣體水合物研究計劃》,，由國家投資5600萬美元對其周邊海域的天然氣水合物進(jìn)行前期調(diào)查研究,。

對于中國而言，1990年中國科學(xué)院與莫斯科大學(xué)凍土專業(yè)學(xué)者合作開展室內(nèi)可燃冰合成試驗,。我國國土資源部從1999年開始啟動可燃冰的勘察研究,。2002年,，國家批準(zhǔn)設(shè)立了水合物專項“我國海域天然氣水合物資源勘測與評價”。同時也是“863”和“973”計劃中被列為能源領(lǐng)域重點研究方向,。2008年8月,，可燃冰基礎(chǔ)研究被列入國家重大基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃。2007年5月,，中國地質(zhì)調(diào)查局在我國南海北部神狐海域,，成功鉆取獲得了高純度天然氣水合物實物樣品，使我國成為繼美國,、日本,、印度之后第4個通過國家級研發(fā)計劃采到水合物實物樣品的國家。2009年9月,，國土資源部宣布,，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物樣品，是首次在我國陸域發(fā)現(xiàn)天然氣水合物,，使我國成為世界上第一次在中低緯度凍土區(qū)發(fā)現(xiàn)天然氣水合物的國家,，也是繼加拿大1992年在北美麥肯齊三角洲、美國2007年在阿拉斯加北坡通過國家計劃鉆探發(fā)現(xiàn)天然氣水合物之后,，在陸域通過鉆探獲得天然氣水合物樣品的第三個國家,。”由此可見,，中國對可燃冰的研究,，雖然起步較晚，但進(jìn)展較快,，我國可燃冰的調(diào)查與研究已處于國際領(lǐng)先水平,。

四、可燃冰開發(fā)中的難點

首先是能源消耗問題,。雖然可燃冰中存在的天然氣能源利用率比石油和煤炭都高,，但在目前的技術(shù)水平下，將其從埋藏處輸送至地表所需的能源消耗量,，遠(yuǎn)高于其自身所含能源量,。因為可燃冰光依靠發(fā)掘不能實現(xiàn)自噴，特別是埋藏在深海域,，所以將其開采運(yùn)輸所需要的工程量巨大,，自然也就帶來相應(yīng)的能源消耗。

其次是環(huán)境保護(hù)問題,?？扇急m然號稱綠色環(huán)保型資源，但是它的開采過程卻可能面臨破壞環(huán)境的危險。如果發(fā)掘方法不當(dāng),，就可能導(dǎo)致可燃冰大量氣化,，擴(kuò)散至大氣中，加速地球的氣候變暖,。如果目前埋藏的可燃冰氣化散發(fā)到大氣中,，地球平均氣溫將在10年內(nèi)上升4℃。甚至有人擔(dān)心,，可燃冰的氣化,，再加上已經(jīng)不斷加速的地球氣候變暖，將導(dǎo)致更大范圍的可燃冰破裂,，也許會將人類拖入滅亡的深淵,。另外,，對于開采海底可燃冰,，需要將大量的采掘機(jī)械裝載在海底，無疑會對海洋生態(tài)環(huán)境造成破壞,。

再則是成本問題,。一方面，可燃冰的分布沒有規(guī)律相對不穩(wěn)定,，不像油氣田,，厚度可達(dá)上百米、面積達(dá)幾十公里,。另一方面,，目前可燃冰開采主要有以下幾種方法：熱力法、降壓法,、化學(xué)試劑法,、CO2置換法等。不同的開采方法所需費用不同,，而海洋中可燃冰的勘測和開采費用比陸地要高許多,。據(jù)估算，目前可燃冰的開采成本高達(dá)200美元／m3,，折合成天然氣要1美元／m3,。雖然陸地開采可燃冰成本相對較低，但可開采地區(qū)往往是生態(tài)脆弱地區(qū)（如我國的青藏高原）,，造成勘探規(guī)模形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模有難度,，費用很高。

最后是不少技術(shù)瓶頸有待解決,?？扇急_采仍是十分困難，目前正進(jìn)行凍土區(qū)“可燃冰”的試開采,，海洋洋底開采更加困難,。世界各國已投入巨資廣泛進(jìn)行可燃冰成分與結(jié)構(gòu)方面基礎(chǔ)性研究工作,。天然氣采收工藝，勘探,、運(yùn)儲技術(shù),；可燃冰開采條件下，海底穩(wěn)定性以及對海洋生態(tài)全球氣候變化的影響評估等方面仍有許多工作要做,。

五,、中國可燃冰開發(fā)展望

近年來，我國在可燃冰的研究方面取得了不少新進(jìn)展,。如2006年我國首套有自主知識產(chǎn)權(quán)的可燃冰保真取樣器研制成功,。此外，我國也成功開發(fā)了可燃冰開采過程數(shù)值模擬源程序,，獲得了可燃冰分解,、動態(tài)變化過程的重要實驗數(shù)據(jù)，確定了開采過程中的關(guān)鍵控制因素,。但總體上說,，我國關(guān)于可燃冰的開發(fā)研究目前基本上還處于實驗階段。按照我國有關(guān)部門制定的戰(zhàn)略規(guī)劃,，2006年至2015或2020年是調(diào)查階段,，2015或2020年至2030年是實現(xiàn)一定程度的工業(yè)開采，2030年后,，中國可燃冰將進(jìn)入商業(yè)生產(chǎn)階段,。

2014年7月29日第八屆國際天然氣水合物大會在北京開幕，據(jù)報道,，我國計劃于從2015年開始著手開發(fā)“可燃冰”,，并將于2017年首次試開采可燃冰。如果確實如此,，那么標(biāo)志著目前可燃冰研究與開發(fā)正在從結(jié)束調(diào)查階段向現(xiàn)一定程度的工業(yè)開采階段過渡,。有分析認(rèn)為，這將有力推動中國“可燃冰”勘探與開發(fā)的進(jìn)程,，引發(fā)中國能源開發(fā)利用的“革命”,。

作者蔣明桓

（作者按：本文寫作過程中參考文獻(xiàn)因數(shù)量較多，在此不一一列舉,。）