可燃冰點燃日本能源新夢想

□ 楊思湘

日本在開發(fā)海洋可燃冰技術上取得了重大突破，盡管距離商業(yè)化生產(chǎn)還有距離，但給極度渴望國產(chǎn)能源的日本帶來了新希望。

□ 2013年3月12日，日本成功從海底開采出可燃冰，為商業(yè)開采奠定了技術基礎。李曉東 供圖

可燃冰，外形像冰，晶瑩剔透，遇火能燃。科學家在世界的海洋和大陸地層中發(fā)現(xiàn)的可燃冰儲量是全球傳統(tǒng)化石能源總量的兩倍以上。其中僅海底的可燃冰就夠人類使用1000年。但是，千萬年來，海底的可燃冰仍然像睡美人一樣靜靜地躺在海底。2013年3月12日，日本從位于日本愛知縣和三重縣近海的東部南海板塊海域地層可燃冰中成功取得了天然氣?？扇急@個沉睡已久的睡美人終于被喚醒，日本由此成為全球從海洋可燃冰中分離出天然氣的第一個國家。日本成為能源大國的夢想也被點燃。

歷史性突破

可燃冰的誘人前景吸引了全球各國的關注。1965年，蘇聯(lián)首次在西西伯利亞永久凍土帶發(fā)現(xiàn)天然氣水合物礦藏，并開發(fā)了世界上第一座可燃冰礦田。1971年，美國學者Stoll等人在深海鉆探巖芯中首次發(fā)現(xiàn)海洋天然氣水合物，并正式提出“天然氣水合物”概念。但是，由于開采海洋可燃冰須考慮可能帶來溫室效應、海底滑坡以及破壞海洋生態(tài)平衡等各方面的負面影響，海洋可燃冰的開發(fā)技術一直沒有實質性突破。

各國開發(fā)海洋可燃冰馬不停蹄。作為能源消費大國和能源生產(chǎn)小國，日本對于開發(fā)身邊儲量驚人的可燃冰心情自然更為迫切。日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省曾于2001年7月發(fā)布了一個為期18年的“可燃冰開發(fā)計劃”。第一階段已于2008年結束，成果主要是確認相關海域蘊藏大量的可燃冰待開發(fā)。從2009年至今正處于第二階段，其最主要目標活動是進行生產(chǎn)試驗。近期還將再進行一次分離提取甲烷氣體作業(yè)試驗，從而為2016～2018年度第三階段的商業(yè)化開采進行技術鋪墊。

3月12日，日本宣布成功從可燃冰中取得了天然氣，這是全球首次通過在海底分解“可燃冰”取得燃氣。日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省說，此次作業(yè)區(qū)域位于日本愛知縣和三重縣近海的東部南海板塊海域地層。日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省所轄獨立行政法人“石油天然氣和金屬礦物資源機構”，以及產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所利用“地球”號深海勘探船，用特殊鉆頭在約1000米深的海底鉆孔約300米深后豎起了鉆井，通過降低地層壓力的方法，將混合著沙粒以固體形態(tài)存在的可燃冰分解為水和甲烷氣體，并取出甲烷氣體。

□日本地球號鉆探船正在對海底可燃冰進行勘探。李曉東 供圖

能源新夢燃起

日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)大臣茂木敏充在3月12日的新聞發(fā)布會上對開發(fā)海洋可燃冰寄予了厚望。他以美國頁巖氣革命為例稱，希望能在克服技術難題后實現(xiàn)可燃冰的大規(guī)模開采，從而讓可燃冰成為日本的“國產(chǎn)能源”。隨后，日本石油天然氣和金屬礦產(chǎn)公司也表示，“爭取在2019年3月前將可燃冰技術投入使用，并期望屆時帶來一種較為潔凈的能源供應”。日本開發(fā)海洋可燃冰的急切心情可見一斑。

能源壓力是日本向海洋要能源的主要原因。日本約95%的能源需從國外進口，2011年“福島核事故”后，國內大部分核電站停止運營，能源需求與供給之間關系更為緊張。2012年，日本液化天然氣進口增長了11.2%,至8731萬噸；而日本2013年液化天然氣進口或增10%，突破9000萬噸大關,以彌補核電站關閉影響。

全球范圍內，海底可燃冰分布范圍約4000萬平方公里，占海洋總面積的10%，每1立方米可燃冰可轉化為164立方米的天然氣和0.8立方米的水。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，日本是世界上可燃冰探明儲量較多的國家之一，日本可燃冰埋藏范疇十分廣泛，幾乎遍布從北海道到?jīng)_繩的海域。這次開采的地點為愛知縣渥美半島南部70至80公里的東部南海海溝，這里埋藏著1.14萬億立方米可燃冰，相當于日本天然氣13.5年的消費量 。根據(jù)推算，包括北海道周邊海域和新縣近海在內，日本近海共埋藏著7.4萬億立方米的甲烷水合物，能夠滿足日本國內約100年的天然氣消費量。可燃冰開采技術的突破給一貫缺少能源的日本帶來了福音。

夢想距現(xiàn)實還遠

此次日本成功從海底可燃冰中分離出天然氣，引發(fā)了全球關注，但仍有許多業(yè)界人士認為，可燃冰距大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)還有一定的距離。

首先，開采可燃冰會造成地質變化，甚至可能引起海岸斜坡滑動。在正常狀況下，1單位體積的天然氣水合物最多可產(chǎn)生164單位體積的甲烷氣體，如果這些氣體瞬間消失，將會帶來海床的坍塌、泥石流和滑坡，而人類對于如何處理這些狀況目前沒有一點經(jīng)驗。日本要想大規(guī)模開采可燃冰，必須對鉆井周圍環(huán)境進行數(shù)據(jù)采集和整體分析。更重要的是，甲烷是一種強效的溫室氣體，以單位分子數(shù)而言，甲烷制造的溫室效應要比二氧化碳強上25倍。溫室氣體的增加對氣候和生態(tài)系統(tǒng)的影響是一個更為復雜的問題。

其次，可燃冰是甲烷氣體和水分子形成的籠狀結晶，這種外面看起來像冰的物質是在高壓低溫條件下形成的，通常存在于大陸架海底地層及地球兩極的永久凍結帶，需要非常高的技術。目前，可燃冰開采技術有3種，分別是熱解法、減壓法和注入化學試劑法。日本采用的是減壓法，減壓法開采率較高，但開采技術有待完善。日前日本宣布由于設備出現(xiàn)故障，開采作業(yè)被迫中斷，如此看來，理論上可行的減壓法，在實際應用上存在很大難度和挑戰(zhàn)。專家指出，一旦可燃冰的儲存環(huán)境被擾亂，很容易在瞬間變成液態(tài)或氣態(tài)，同時可燃冰中的二氧化碳成分極易與海水反應形成碳酸鹽，碳酸鹽非常堅硬，鉆頭根本進不去，所以開采深?？扇急鶎ρb備要求非常高。

再次，日本是個島國，海嘯和地震時有發(fā)生，這些不可控因素會減慢可燃冰的開發(fā)速度，日本的可燃冰商業(yè)化運作才剛剛起步，未來還有很長的一段路要走。

最后，由于可燃冰多藏于海底，開發(fā)需要鋪設長距離運輸管道，由此將產(chǎn)生種種技術和成本問題?？扇急m然也號稱是清潔能源，但一旦泄漏依然可能引發(fā)不可逆轉的環(huán)境災難，風險成本也是開發(fā)可燃冰不得不考慮的問題。因此，可燃冰要真正成為替代能源，關鍵還在于能否進行安全開采，這也是各國一再推遲開采時間表的重要原因。

日本方面也承認，目前大規(guī)模開發(fā)可燃冰最大的問題在于成本過高。根據(jù)日本石油天然氣金屬礦物資源機構的估算，從海底的可燃冰中每提取1立方米的天然氣需花費46至174日元，遠高于美國天然氣每立方米約10日元的開發(fā)成本。

不過，盡管距離商業(yè)化開發(fā)尚有距離，但日本上下對可燃冰開發(fā)仍持樂觀態(tài)度。日本首相安倍晉三今年2月末曾在施政方針演講中將開采可燃冰稱為“可以帶來新可能性的技術革新”。就任后，安倍也積極推進相關技術的開發(fā)，并將此次分離可燃冰和火箭發(fā)射等放在了同等高度。

日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)大臣茂木敏充也對開發(fā)可燃冰前景充滿樂觀：“從前，大家也都認為頁巖氣開采技術很難，但是現(xiàn)在已經(jīng)可以大規(guī)模生產(chǎn)了。我們希望能盡快解決開發(fā)可燃冰存在的技術問題，早日有效利用日本周邊的豐富資源?！?/p>