解密“未来最佳替代能源”:可燃冰的“魅”与“惑”

2014-4-08 15:12 来源: 华夏能源网
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可燃冰,学名“天然气水合物”,在高压、低温条件下,天然气与水混合便会产生结晶化合物,形似冰雪,点火即燃

        2009年8月1日,一艘迷你潜艇载着时任俄罗斯总理普京潜入贝加尔湖。他此行的目的是“检阅”潜藏于湖底的珍贵能源——可燃冰。

  可燃冰,学名“天然气水合物”,同时还有一个优雅的名字——“能源水晶”。在高压、低温条件下,天然气与水混合便会产生结晶化合物,形似冰雪,点火即燃。

  魅力十足的新能源

  深藏于陆地冻土和海底的可燃冰,因具有分布广、资源量大和能量密度大的先天优势,被人们称之为“未来最佳替代能源”。业界还流传着这样一句话:“谁掌握了天然气水合物的开采技术,谁就可以执21世纪世界能源之牛耳。”

  世界上大约27%的陆地和90%的海域都蕴藏着可燃冰。不仅分布广,可燃冰的资源量也十分客观,据美国地质调查局发布的数据估计,可燃冰所蕴含的碳总量是全球已知化石燃料碳含量的2倍。

  可燃冰的魅力还来源于超大的能量密度。1立方米的可燃冰在常温常压下可释放约164立方米甲烷气体,其能量密度相当于煤炭的10倍。而且,甲烷气体燃烧后仅生成少量的二氧化碳和水,相比石油、煤炭等化石能源,可燃冰更加清洁。

  日本经济产业省去年3月12日宣布,日本成功从爱知县附近深海可燃冰层中提取出甲烷,成为世界上首个掌握海底可燃冰开采技术的国家。一时间,能源界为之振奋,日本的可燃冰开采试验还被列为2013年国际石油十大科技进展。

  为纾解能源之困,四处环海的日本一直对可燃冰寄予厚望,并计划到2018年基本实现可燃冰商业化开发的目标。美国也不甘落后,美国国家石油委员会预测,美国将在2050年前实现墨西哥湾等海上可燃冰的大规模开采。

  事实上,除去俄、日、美等大国对可燃冰感兴趣之外,世界诸多国家都对开采可燃冰蠢蠢欲动,欲抢食这一能源大蛋糕。德国、加拿大、印度、韩国等均从国家层面制定规划,投入巨资研发可燃冰开采技术,越南、马来西亚、菲律宾等南海周边国家也在紧锣密鼓进行前期调查与研究。

  同欧美发达国家相比,我国对可燃冰的研究晚了将近20年,但发展速度迅速。1990年,起步,兰州冻土所在实验室合成了可燃冰;1995年,加码,我国正式以1/6成员身份加入大洋钻探计划;2007年,突破,我国在南海北部成功取得可燃冰样品。

  困惑重重的开采路

  日本虽从海底可燃冰层成功提取出甲烷,但距离商业化开采仍有大段距离,谈类似于“页岩气革命”的“可燃冰革命”还为时尚早。

  其实,魅力十足的可燃冰犹如带刺的玫瑰,让人欢喜让人忧。截至目前,如何安全、环保和经济的开采可燃冰仍是一个困扰世界的难题。各国虽对可燃冰蠢蠢欲动,但大家心里都有一个共同的底线:在没有找到理想的开采方法解决其对自然环境的影响之前,不能像常规一次性矿产资源那样大量开采可燃冰。

  环境保护和降低成本是开采可燃冰需要解决的两大难题。贵为清洁能源的可燃冰,一旦开采技术应用不得当,就会导致大量甲烷气体的瞬间释放,甲烷是强温室气体,其温室效果20倍于二氧化碳。况且,当甲烷气体与海水相遇,其氧化作用会消耗大量氧气,给海洋生物的生存带来巨大的威胁。成本高昂是开采可燃冰的另一掣肘。任何一种能源,如果没有经济性,不能实现商业化开发,就没有生存空间和发展前途。

  目前,开采可燃冰大致有热解、降压和置换三种方法,前两种方法需要破坏可燃冰的存在条件使其由固态转化为气态,开采风险较大。“二氧化碳置换开采法”相对来说更为现实、更具潜力,获取能源的同时还可以将温室气体二氧化碳封存于海底,可谓一举两得。

  要破解环境保护和降低成本这两大难题,关键问题还是技术进步。直到现在,世界上还没有一个国家能够对可燃冰进行大规模的商业化开采,因为现有的开采技术大都难度大、成本高,并不适合广泛推广。

  中国应尽快形成可燃冰试验开采的技术能力,缩短与世界先进技术之间的差距。具体实施时,在合理借鉴美国和日本的成功经验的基础上,我国或可采取“先陆地后海洋”的技术路径,先在陆地永久冻土层形成一套可燃冰开采的技术体系,再去环境更为复杂的海洋去探索。

  开发海底的可燃冰,致力于海洋石油开发的中国海油应成为主力军。一方面,为降低开采成本,中国海油或能借助现有的海洋石油开采设施进行可燃冰的勘探和开发。另一方面,中国海油在可燃冰开采技术研究方面已经走在全国前列,其“天然气水合物模拟开采技术”在国内处于领先地位。

  回顾世界能源史便会发现,谁掌握了未来能源,谁就会掌握发展的先机。中国在可燃冰的研究和开采上决不能掉队,我国应加大研究力度,尽快形成安全环保、成本可控的技术体系,唤醒沉睡海底的可燃冰。