冰下寶藏

康慶玲

世界上儲(chǔ)量最豐富、最清潔的化石燃料——甲烷水合物（俗稱可燃冰）將成為世界各國(guó)競(jìng)相研究的勘探對(duì)象。

大約十幾個(gè)看起來很像當(dāng)?shù)貪O民的人，穿著厚厚的外套，正團(tuán)團(tuán)圍住一個(gè)冰孔。冰面上，鋼絲繩絞車正小心翼翼地將一根又粗又長(zhǎng)的管子放進(jìn)西伯利亞冰冷的海水里。冰面上的人是俄羅斯科學(xué)院西伯利亞伊爾庫(kù)茨克科學(xué)中心海洋研究所的研究人員，他們所尋找的寶藏正是深埋于海水下一種類冰狀的白色結(jié)晶物質(zhì)，即甲烷水合物。如果將火種靠近甲烷水合物，這些甲烷水合物會(huì)迅速燃燒起來。因此，甲烷水合物也有個(gè)生動(dòng)的名字——可燃冰。據(jù)悉，這些可燃冰可能是世界上目前已知最清潔的化石燃料。

研究人員是在暴風(fēng)雪來臨之前趕到這里的，而此時(shí)正值冬季，這里已經(jīng)形成了近1米厚的冰層，為研究海底冰晶體提供了極其理想的條件。今年，他們的努力總算取得了些成效。

在過去數(shù)十年間，來自世界各地的科學(xué)家們總是不辭辛苦，長(zhǎng)途跋涉到俄羅斯的這片荒野之地，而那些急欲了解如何開發(fā)利用這些珍貴資源的政府機(jī)構(gòu)也為其提供了強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)支持。而如何有效開采這些冰晶體的“比賽”才剛剛開始。無論是哪國(guó)勝出，都將控制世界上又一寶貴能源，同時(shí)也將重繪世界的能源版圖。

神奇“籠子”

在19世紀(jì)初，人們首次在實(shí)驗(yàn)室里發(fā)現(xiàn)了甲烷水合物，其獨(dú)特的籠型分子結(jié)構(gòu)引起了化學(xué)家們的興趣。其分子結(jié)構(gòu)就像一個(gè)一個(gè)的“籠子”：由若干水分子組成一個(gè)“籠子”，每一個(gè)“籠子”里“關(guān)”著一個(gè)氣體分子。

而在實(shí)驗(yàn)室之外，甲烷水合物則需要在特定條件下才能形成。有機(jī)物進(jìn)入水體，沉入水底被分解，水底微生物以這些被分解的有機(jī)物為生，代謝出甲烷。甲烷這一氣體通常會(huì)逃逸出水面，但是，在一定水深、高壓和低溫條件下，甲烷分子或可被“關(guān)”進(jìn)由若干水分子組成的“籠子”里，并固結(jié)在海底沉積物中，形成淡灰色的冰球。

如果，人們找到方法將這些“籠子”分解開來，分解出的物質(zhì)與我們從常規(guī)的油井和頁(yè)巖層中開采出來的天然氣無異（甲烷是天然氣的主要成分），易燃且無味。

甲烷是一種溫室效應(yīng)極強(qiáng)的溫室氣體，盡管如此，水合物中的甲烷仍可成為地球上最環(huán)保的化石燃料。它在大氣中停留的時(shí)間相對(duì)較短。在同等條件下，甲烷燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳比煤和石油少得多，且燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何灰燼與含汞物質(zhì)。就算有科學(xué)家過分放大了甲烷的其他缺點(diǎn)，但其成為最清潔能源的可能性也不會(huì)被降低。

甲烷水合物的蘊(yùn)藏量極其豐富，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其他化石燃料之和。根據(jù)甲烷水合物全球分布的情況估計(jì)，全球可利用的1015～1017立方米的甲烷水合物相當(dāng)于格陵蘭島冰蓋的總體積。據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局估計(jì)，這些甲烷水合物蘊(yùn)藏的能量達(dá)世界上其他化石燃料儲(chǔ)量的2倍之多。

那么，從發(fā)現(xiàn)甲烷水合物到現(xiàn)在，這么長(zhǎng)時(shí)間過去了，人們?yōu)槭裁磳?duì)這一能源寶藏的開采仍停留在規(guī)劃階段呢？理論上講，從甲烷水合物中分離并提取出甲烷氣體很容易，加熱或降低壓力都會(huì)使甲烷水合物像加入到熱水里的冰糖一樣迅速融化掉。

但事實(shí)上，開采可燃冰涉及政治、經(jīng)濟(jì)以及輸送等復(fù)雜因素。其中一個(gè)因素，即我們對(duì)這一水合物的特性仍知之甚少。原則上說，良好的甲烷水合物賦存條件就是低溫高壓。然而，要準(zhǔn)確定位甲烷水合物的分布還需要進(jìn)行廣泛的測(cè)量（包括地震成像等）。而僅僅是發(fā)現(xiàn)甲烷水合物還不夠，將甲烷從中提取出來也極具挑戰(zhàn)性。例如，當(dāng)甲烷水合物慢慢浮至海面上時(shí)，逃逸出的甲烷的體積會(huì)膨脹至原來的160倍，足以將任何鉆探設(shè)備炸成碎片。

未知的經(jīng)濟(jì)效益

自19世紀(jì)80年代以來，多個(gè)政府機(jī)構(gòu)以及科研團(tuán)體開始研究并勘探起甲烷水合物，但迄今為止，仍沒有哪個(gè)國(guó)家在開采這一新型能源方面取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。因?yàn)轫?yè)巖氣、煤、石油等常規(guī)化石能源的開采技術(shù)早已成熟，這似乎意味著人們沒有必要費(fèi)力研發(fā)開采甲烷水合物所需的裝備、設(shè)施及技術(shù)。同時(shí)，基于昂貴的開采成本及未知的市場(chǎng)需求，開發(fā)利用這一能源也不見得會(huì)帶來多少經(jīng)濟(jì)效益。

不過，在2013年，這一觀點(diǎn)被徹底改變。2013年3月12日，火光照亮了位于日本愛知縣渥美半島東南方向約50千米的“地球號(hào)”深海鉆探船船頭。日本國(guó)有石油天然氣金屬礦物公司派出的開采團(tuán)隊(duì)成功地從深?？扇急鶎又刑崛〕黾淄?，這使日本成為世界上首個(gè)掌握海底可燃冰采掘技術(shù)的國(guó)家。

迫于發(fā)展需求，急于擺脫對(duì)外依賴能源局面的日本顯然有足夠理由對(duì)甲烷水合物進(jìn)行研究與勘探。前幾年，由海嘯引起的福島第一核電站核泄漏事故后，日本核反應(yīng)堆相繼停止運(yùn)營(yíng)。此后，日本一直依賴從卡塔爾和文萊的液化天然氣進(jìn)口。2012年，因能源進(jìn)口猛增，日本出現(xiàn)巨額貿(mào)易赤字，于是日本加快了籌劃已數(shù)十年之久的甲烷水合物開采計(jì)劃。

在西伯利亞進(jìn)行的研究幫助其確定了不同類型的甲烷水合物沉積層的地震反射特征。即使分布在海底下數(shù)百米深處的沉積物中，通過其特有的聲波也可以斷定甲烷水合物的分布區(qū)域。

隨后，開采團(tuán)隊(duì)使用常規(guī)的方法開采甲烷水合物：首先，將鉆探設(shè)備放至海底下約1千米深處，隨后繼續(xù)向下鉆探約300米，達(dá)到巖石層，接著將水從甲烷水合物沉積層中抽取出來以降低其壓力，分離出甲烷，并將其提取至海面。

研究人員承認(rèn)，在開始大規(guī)模商業(yè)開采甲烷水合物之前需要探索許多未知領(lǐng)域，但他們首次嘗試就成功了。在6天的鉆探試驗(yàn)中，每天的開采量多達(dá)2萬立方米，這讓他們堅(jiān)信，他們最快將于2018年開始大規(guī)模商業(yè)化的開采。

不過，不是每個(gè)人都深信這份時(shí)間進(jìn)程表?！八麄冇胸S富的甲烷水合物儲(chǔ)存量，但目前還沒有必備的鉆探設(shè)施，在日本領(lǐng)海內(nèi)也還沒有必需的管道設(shè)備?！笨偛吭O(shè)于美國(guó)科羅拉多州恩格爾伍德的能源咨詢公司IHS的石油天然氣分析師巴塞爾·阿斯馬爾如是說道。他認(rèn)為至少還要等20年，甲烷水合物才能帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。

“新品種”或可擾亂海底生態(tài)系統(tǒng)

然而，種類不同的甲烷水合物可能會(huì)改變這一進(jìn)程。 2000年，一艘加拿大遠(yuǎn)洋漁船在溫哥華島附近“捕獲”了一大塊奇怪的物體。船員發(fā)現(xiàn)漁船“捕獲”的蠕蟲，竟然被凍結(jié)在重量超過一噸的冰狀白色結(jié)晶物質(zhì)中，后經(jīng)證實(shí)為甲烷水合物。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)表明，甲烷水合物不只是分布在永久凍土層或海底沉積物中。在一些地方，甲烷水合物會(huì)像雪堆一樣大量散落在海底、海底附近或湖底。不同于體積小但數(shù)量眾多的沉積水合物，人們不需要鉆探海底沉積物便可以采集這些甲烷水合物，可以輕而易舉地將它們“舀”起來。在理論上，這使得它們更容易被轉(zhuǎn)換為可用燃料。

這些水合物引起了加拿大科學(xué)家奧列格的關(guān)注。奧列格曾參與過西伯利亞的深海鉆探計(jì)劃，證實(shí)了在“冷泉”中分布有甲烷水合物。在這些“冷泉”中，會(huì)有天然氣飽和水從斷層中滲透出來。不能確定的是，這些天然氣飽和水中是否含有可用的甲烷。2008年，奧列格曾帶領(lǐng)一支科考隊(duì)在貝加爾湖底部開展研究，試圖尋找這一問題的答案。

加拿大和俄國(guó)科學(xué)家共同組成的科考隊(duì)駕駛著從貝加爾湖研究所借來的科考船，對(duì)貝加爾湖不同水深處進(jìn)行了觀察和勘探。在約420米水深處，他們發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模的甲烷水合物聚集：大塊大塊的冰狀白色結(jié)晶物質(zhì)。為了測(cè)量其中的甲烷含量，科考隊(duì)將系有“勺子”的大型管子放入湖中。奧列格說：“在40分鐘內(nèi)，我們便‘舀’起來了近1.5立方米的甲烷?！彪m然采集的數(shù)量不多，但在場(chǎng)的所有科學(xué)家們都異常驚訝，因?yàn)樗麄兯坪跏裁炊紱]有做，只是將水泵打開，然后天然氣便開始流動(dòng)，根本無需進(jìn)行鉆探。

然而，這一做法引起了爭(zhēng)議，因?yàn)橐ㄈ〖淄樗衔镞@一方法可能會(huì)帶來生態(tài)隱患。奧列格認(rèn)為與鉆探相比，舀取方法的成本較低，但在貝加爾湖通過舀取采集甲烷水合物是不可行的，因?yàn)橐ㄈ?huì)打亂這一世界自然遺產(chǎn)地的生態(tài)系統(tǒng)，影響水下生物棲息環(huán)境?！笆澜缟蠎?yīng)該很難有國(guó)家會(huì)同意開發(fā)海底（湖底）區(qū)域?！泵绹?guó)地質(zhì)調(diào)查局蒂莫西·科利特如是說道。

“白金”爭(zhēng)奪戰(zhàn)

在五六年前，頁(yè)巖氣還僅僅是一種潛在資源，而如今，頁(yè)巖氣已經(jīng)主導(dǎo)并控制了天然氣市場(chǎng)。現(xiàn)在美國(guó)國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣開采量占美國(guó)天然氣總產(chǎn)量的20%，這已經(jīng)改變了美國(guó)與能源出口國(guó)之間的關(guān)系。甲烷水合物的開采或許也將出現(xiàn)這種情況。

其他國(guó)家也相繼開始關(guān)注甲烷水合物。急于實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立的印度已多次前往西伯利亞進(jìn)行實(shí)地勘探?；诳辈斐晒?，印度發(fā)現(xiàn)，在其近海海域蘊(yùn)藏著約1.9萬億立方米的甲烷水合物。印度果阿國(guó)家海洋研究所的艾倫曾于2004年前往西伯利亞，在那兒繪制的地圖幫助他們勘查并成功發(fā)現(xiàn)了甲烷水合物沉積層。不久后，他加入印度國(guó)家甲烷水合物研究項(xiàng)目。在他研究發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，印度決定在孟加拉灣開始鉆探地下沉積水合物。中國(guó)和韓國(guó)也開始研究和勘探甲烷水合物。

不過，不是人人都將效仿日本開始開發(fā)甲烷水合物。由于頁(yè)巖氣勘探熱潮的興起，加拿大、俄羅斯和美國(guó)已經(jīng)縮減了對(duì)甲烷水合物開發(fā)項(xiàng)目的投資。然而，即使只有一個(gè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)對(duì)可燃冰的大規(guī)模商業(yè)開采，那也勢(shì)必將改變世界的能源版圖，屆時(shí)各國(guó)政府將圍繞新能源發(fā)展的變化展開新一輪地緣政治博弈。

更重要的是，日本可能甚至都不需要對(duì)可燃冰進(jìn)行商業(yè)開發(fā)，日本實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立這一威脅就足以引發(fā)全球連鎖反應(yīng)。有科學(xué)家說：“僅掌握可燃冰開采技術(shù)就能增強(qiáng)日本在能源市場(chǎng)上的議價(jià)實(shí)力……如果中東國(guó)家知道日本能夠成功開采有望成為新一代能源的甲烷水合物，那么，能源市場(chǎng)將會(huì)出現(xiàn)大變動(dòng)?！?/p>

目前，極易受影響的全球能源市場(chǎng)形勢(shì)尚不明朗，一切都可能因兩艘正蕩漾在西伯利亞那波光漣漣的海面上的俄國(guó)科考船而發(fā)生改變，它們已準(zhǔn)備好隨時(shí)執(zhí)行下一個(gè)考察任務(wù)。