感受可燃冰的“溫度”

蘇更林

2017年5月18日，我國(guó)試采可燃冰獲得成功的消息在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生了巨大的影響，人們對(duì)可燃冰的關(guān)注度持續(xù)升溫。今天，就讓我們一同走進(jìn)可燃冰的世界，了解關(guān)于可燃冰的更多秘密。

顛覆常識(shí)的可燃冰

俗話(huà)說(shuō)，水火不容。冰作為固態(tài)的水，自然也是不能燃燒的。可是，可燃冰卻是一種可以燃燒的冰。那么，可燃冰到底憑借什么顛覆了我們的常識(shí)呢？

原來(lái)，可燃冰是天然氣水合物的俗稱(chēng)。它是甲烷類(lèi)天然氣被包進(jìn)水分子后，在海底低溫與壓力作用下形成的一種透明結(jié)晶狀物質(zhì)。由于這種物質(zhì)大多呈白色或淺灰色，看起來(lái)與冰雪十分相像，還能像蠟燭或酒精塊一樣燃燒，因此人們將其稱(chēng)為可燃冰。

說(shuō)來(lái)也怪，存在于可燃冰內(nèi)部的甲烷氣體分子和水分子倒是十分投緣。在由若干水分子組成的“冰籠”中，“囚禁”著一個(gè)甲烷氣體分子。構(gòu)成“冰籠”的水分子是以氫鍵相互吸引的，并與被鎖在其中的甲烷分子形成穩(wěn)定的籠型水合物。

它們稱(chēng)得上是相依為命的兄弟，沒(méi)有了“冰籠”的保護(hù)，甲烷分子就會(huì)逸出籠外;而抽去了甲烷分子這個(gè)“房客”，“冰籠”就會(huì)發(fā)生塌陷。

可燃冰的“底氣”何在

我國(guó)可燃冰試采成功引起了社會(huì)各界的特別關(guān)注。那么，可燃冰的“底氣”是什么呢？除了在能源上的戰(zhàn)略地位之外，可燃冰優(yōu)秀的燃燒品質(zhì)也是其走紅的“底氣”之一。

由于可燃冰是在低溫、高壓條件下由天然氣與水分子結(jié)合而成的天然氣水合物，因此可形成單種或多種天然氣水合物。不過(guò)，形成天然氣水合物的主要?dú)怏w為甲烷，甲烷分子含量超過(guò)99%的天然氣水合物通常被稱(chēng)為甲烷水合物。

這樣的結(jié)構(gòu)特征決定了可燃冰是一種能量密度很高的能源，并且是一種很好的清潔能源。通常1立方米的可燃冰在常溫常壓下分解后可釋放出約0.8立方米的水和164立方米的天然氣。因此，開(kāi)采時(shí)只要給固體的可燃冰升溫減壓就可釋放出大量的甲烷氣體來(lái)。

在崇尚生態(tài)文明建設(shè)的今天，我們更關(guān)心可燃冰的燃燒品質(zhì)，也就是會(huì)不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染?？扇急谌紵髱缀醪划a(chǎn)生任何殘?jiān)驈U棄物，因此其燃燒產(chǎn)生的污染要比煤炭、石油、天然氣等小得多。因此可以作為未來(lái)石油、天然氣的替代能源。

沉睡在海底的“寶貝”

可燃冰的燃燒品質(zhì)決定了它的使用價(jià)值，人們稱(chēng)其為“寶貝”一點(diǎn)兒也不過(guò)分。只是由于其深藏于海底巖石之中，開(kāi)發(fā)利用難度很大。

可燃冰形成的溫度一般在0℃～10℃，超過(guò)20℃便分解了。海底的溫度一般在2℃～4℃左右。在0℃時(shí)，可燃冰的形成需要30個(gè)大氣壓，并且壓力越大形成的可燃冰越穩(wěn)定?？扇急男纬尚枰?dú)庠?，也就是甲烷等天然氣。一般?lái)說(shuō)，甲烷氣源由海底沉淀的碳經(jīng)生物轉(zhuǎn)化而來(lái)。

由于可燃冰形成需要特殊的條件，所以只能分布于特定的地理位置和地質(zhì)構(gòu)造單元。據(jù)估算，可燃冰的資源儲(chǔ)量相當(dāng)于全球已探明傳統(tǒng)化石燃料碳總量的兩倍，科學(xué)家們甚至認(rèn)為它是能夠滿(mǎn)足人類(lèi)未來(lái)1000年使用的新能源。

“中國(guó)方案”領(lǐng)跑世界

我國(guó)可燃冰資源儲(chǔ)存量大約相當(dāng)于1000億噸石油當(dāng)量，其中有近800億噸分布在南海。按現(xiàn)在的消耗速度，可燃冰資源可滿(mǎn)足我國(guó)近200年的能源需求。

可燃冰既是一種清潔能源，同時(shí)又是一種非常危險(xiǎn)的能源。在導(dǎo)致全球氣候變暖方面，甲烷所起的作用是二氧化碳的10～20倍。可燃冰的不當(dāng)開(kāi)發(fā)可能會(huì)導(dǎo)致甲烷氣體的泄漏，不僅會(huì)加速地球的溫室效應(yīng)，還有可能造成海洋生態(tài)的變化及海底滑塌事件等，這無(wú)疑都會(huì)加大可燃冰開(kāi)采的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和難度。

我國(guó)從1999年起開(kāi)始對(duì)可燃冰開(kāi)展實(shí)質(zhì)性的調(diào)查和研究。2004年，我國(guó)科學(xué)家開(kāi)始對(duì)可燃冰鉆采進(jìn)行攻關(guān)，現(xiàn)已成功研發(fā)了國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的水合物冷鉆熱采關(guān)鍵技術(shù)。2017年5月，中國(guó)實(shí)現(xiàn)了可燃冰全流程試采核心技術(shù)的重大突破，形成了國(guó)際領(lǐng)先的新型試采工藝。我國(guó)進(jìn)行的可燃冰試采是世界上第一次針對(duì)粉砂質(zhì)水合物進(jìn)行的開(kāi)發(fā)試驗(yàn)，采用的是具有中國(guó)特色的“中國(guó)方案”。

在此次試開(kāi)采中使用了大量國(guó)產(chǎn)裝備，其中的“藍(lán)鯨”一號(hào)是目前全球最先進(jìn)的雙井架半潛式鉆井平臺(tái)，適用于全球任何深海作業(yè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，整個(gè)試采過(guò)程安全、友好、可控、環(huán)保。我國(guó)在可燃冰研究領(lǐng)域走在了世界前列，對(duì)推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命具有非常重要的意義。

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“藍(lán)鯨”一號(hào)

“藍(lán)鯨”一號(hào)是我國(guó)自主研制的世界最大、作業(yè)水深最深、鉆井深度最大的雙井架半潛式鉆井平臺(tái)，最大鉆井深度達(dá)15240米?！八{(lán)鯨”一號(hào)凈重4.3萬(wàn)噸，從船底到鉆井架頂端有37層樓高。通常的鉆井平臺(tái)都是一套鉆井系統(tǒng)，而“藍(lán)鯨”一號(hào)擁有雙鉆塔系統(tǒng)。雙鉆塔同時(shí)工作，一邊打井、一邊接管，鉆井效率至少提高了30%。