可燃冰：未來(lái)潛在的替代能源

吳能友

早在1934年，人們?cè)谔烊粴廨斔凸艿乐邪l(fā)現(xiàn)了一種酷似冰塊的堵塞物質(zhì)，這是第一次在自然界中發(fā)現(xiàn)可燃冰。然而，早期對(duì)可燃冰的研究?jī)H處于科學(xué)探索階段，直到20世紀(jì)50年代，X射線衍射技術(shù)的應(yīng)用才真正揭開(kāi)了其神秘面紗。

什么是可燃冰？

可燃冰是由氣體分子與水分子在低溫高壓條件下形成的籠形化合物，水分子形成固定籠子而包裹氣體分子。其中，氣體分子主要為甲烷，此外還有少量多碳烴類、二氧化碳與氮?dú)獾?，故稱為“天然氣水合物”，又稱“甲烷水合物”。

通常情況下，可燃冰僅在低溫高壓條件下穩(wěn)定存在，呈白色或乳白色的固態(tài)，外形看起來(lái)像冰，點(diǎn)火即可燃燒，故稱之為“可燃冰”。雖然可燃冰在我們?nèi)粘Ｉ钪胁怀Ｒ?jiàn)，但組成可燃冰的甲烷與水分子卻再普通不過(guò)了。事實(shí)上，由于可燃冰分子中近85%含量均為水分子，從而使得可燃冰與冰的物理性質(zhì)極為相似，密度約為0.9g/cm3，在水中將呈漂浮狀態(tài)。

可燃冰在自然界中以多種形態(tài)產(chǎn)出，其中，肉眼可見(jiàn)的僅為塊狀、條帶狀等，絕大多數(shù)則是以肉眼不可見(jiàn)的彌散狀產(chǎn)出，但將這種彌散狀可燃冰放進(jìn)水中，又可見(jiàn)大量氣泡冒出，這是不可見(jiàn)的可燃冰分解后產(chǎn)生甲烷導(dǎo)致的。

可燃冰哪里有？有多少？

常溫常壓下可燃冰非常不穩(wěn)定，極易發(fā)生分解，因此自然界可燃冰僅存在于環(huán)境相對(duì)特殊的海底與陸地凍土帶。其中，99%的可燃冰都蘊(yùn)藏在海底，陸地區(qū)域僅占可燃冰總量的1%。全球海域總面積的93%區(qū)域都具備可燃冰形成的低溫高壓條件。但是這種“低溫高壓”是一個(gè)相對(duì)概念。當(dāng)海水較深，區(qū)域地溫梯度較低時(shí)，深度埋藏的可燃冰可達(dá)十幾攝氏度。

根據(jù)可燃冰資源類型及賦存狀態(tài)，結(jié)合我國(guó)海域地質(zhì)條件，預(yù)測(cè)我國(guó)海域可燃冰資源量800億噸油當(dāng)量。通過(guò)重點(diǎn)地區(qū)普查，我國(guó)在南海圈定11個(gè)可燃冰有利遠(yuǎn)景區(qū)，19個(gè)可燃冰成礦區(qū)帶，經(jīng)過(guò)鉆探驗(yàn)證圈定了兩個(gè)千億方級(jí)的可燃冰礦藏。

可燃冰有何作用與價(jià)值？

非常規(guī)化石能源——可燃冰，已被許多國(guó)家作為可替代能源之一開(kāi)始探尋?？扇急紵a(chǎn)能巨大，一體積可燃冰分解時(shí)可釋放164—172體積的常壓甲烷氣，并且可燃冰燃燒后只生成二氧化碳和水，和煤比起來(lái)，可燃冰沒(méi)有粉塵污染，和石油比起來(lái)沒(méi)有毒氣污染，甚至和傳統(tǒng)天然氣相比沒(méi)有其他雜質(zhì)污染。而對(duì)于溫室氣體排放而言，每千立方米可燃冰燃燒較等熱值煤炭而言，可分別減排二氧化碳、二氧化硫約4.33噸和0.0483噸，且基本不含鉛塵、硫化物以及PM2.5等有害物質(zhì)，所以相對(duì)于煤炭、石油等常規(guī)能源來(lái)講，可燃冰屬于綠色清潔能源。在石油與天然氣用盡之前，加大對(duì)可燃冰的研究能有效減少對(duì)常規(guī)化石燃料的依賴，實(shí)現(xiàn)其開(kāi)采，也對(duì)保障我國(guó)國(guó)家能源安全具有重要意義。

可燃冰作為一種高效能源，是大自然對(duì)人類的饋贈(zèng)，且與此同時(shí)，神奇的大自然還創(chuàng)造了與可燃冰密切聯(lián)系的生命體——冷泉生物。冷泉生物包括微生物與動(dòng)物，作為化能營(yíng)養(yǎng)型生物，以甲烷為主要的能量來(lái)源。研究海底可燃冰賦存及其可能的分解位置，也有利于發(fā)現(xiàn)全新的海洋物種。

由于大量可燃冰分布在海底，當(dāng)全球氣候變暖導(dǎo)致海平面下降時(shí)，可燃冰穩(wěn)定存在的溫壓條件將被破壞，可燃冰發(fā)生分解致使大量甲烷泄漏到大氣中，又因?yàn)榧淄闇厥倚?yīng)為二氧化碳的23倍，其大量泄漏將進(jìn)一步加劇氣候變暖。因此，在整個(gè)全球碳循環(huán)中，可燃冰起著舉足輕重的作用，當(dāng)其在非可控條件下大量分解時(shí)，對(duì)全球生態(tài)平衡將造成災(zāi)難性影響，引起生物大滅絕。因此，可燃冰對(duì)環(huán)境的潛在威脅應(yīng)引起高度重視。