美、德等国家最早将在2015年至2020年左右使可燃冰进入民用化阶段,经过努力,我国也有望在2050年达到技术成熟,可燃冰进入工业开采。
按照目前的石油储量和人类对石油需求的不断增加,石油资源将在四五十年后被人类消耗光。按照专家的预测,目前发现储量是石油天然气2倍的可燃冰,正好可以接替上。
这些年来,正是基于对能源的危机感,全世界包括中国,都在寻找替代能源,这几年乙醇汽油在我国的迅猛发展就足以证明。但生物能源依赖的是粮食作物,必须在满足生活必需之后才能发展。随着近期粮食、猪肉的涨价,人们更加感觉到生物能源的发展空间有限,受到的制约因素太多。而太阳能、核能又不能满足人类多方面的需要。科学家估计,1立方米可燃冰可转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水。海底可燃冰分布的范围约4000万平方公里,占海洋总面积的10%,海底可燃冰的储量够人类使用1000年!因此,可燃冰这个天然气的水合物,将成为人类利用能源的新宠。
可燃冰在我国的分布将为替代石油打下基础
据介绍,可燃冰的主要成分是甲烷与水分子(CH4"H2O)。它的形成与海底石油、天然气的形成过程相仿,而且密切相关。埋于海底地层深处的大量有机质在缺氧环境中,厌气性细菌把有机质分解,最后形成石油和天然气(石油气)。其中,许多天然气又被包进水分子中,在海底的低温与压力下又形成可燃冰。这是因为天然气有个特殊性能,它和水可以在温度2~5摄氏度内结晶,这个结晶就是可燃冰。
东海底下的东海盆地,面积达25万平方公里。经20年勘测,该盆地已获得1484亿立方米天然气探明加控制储量。尔后,我国有关课题组根据天然气水合物存在的必备条件,在东海找出了可燃冰存在的温度和压力范围,并根据地温梯度、结合东海地质条件,勾画出可燃冰的分布区域,计算出它的稳定带的厚度,对资源量做了初步评估,得出“蕴藏量很可观”结论。据国土资源部报道:我国在南海的神狐海域发现天然气水合物(可燃冰),成为世界上第24个采到天然气水合物实物样品的地区,也使我国成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。目前的调查表明,中国南海北部陆坡、南沙海槽和东海陆坡均有可燃冰存在,这为在周边更广阔地区开发、使用高效新能源开辟了更诱人的前景。
按照专家的研究,我国在海里、而且在陆地也发现了可燃冰。我们国家永久的冻土带有两处,一处在青藏高原,一处在大兴安岭,70%在青藏高原,中国地质调查局在青藏高原的项目2007年是第三年,最初步的勘察找到了一些苗头。
科学家对可燃冰未来的开发利用存在争议
目前,起步较早的美国、俄罗斯等国家已经进入可燃冰的初级开发阶段。但是,可燃冰在开发利用中存在着释放出的二氧化碳难以解决的问题,仍然是可燃冰开发利用道路上的拦路虎。一些科学家对可燃冰表示担心,认为它可能成为使地球迅速变暖的重要隐患,因为可燃冰中的甲烷含量相当于空气中甲烷的3000倍以上,而大量的甲烷水化合物所释放出的碳元素和煤包含的碳元素相同。也就是说,燃烧少量可燃冰和燃烧大量的煤炭的效果完全一样。因此,有些科学家甚至从保护环境的角度出发,建议终止开发利用可燃冰的研究。
纯净的可燃冰大部分的成分都是可以燃烧的甲烷,甲烷就是天然气,还有一部分乙烷,乙烷也能够烧。在南海发现的可燃冰纯度很高,其他国家一般都是在70%、80%,而我国的三组样品,第一组是99.7%,其他0.3%的含量中大多是乙烷,它也能烧。第二组样品,平均是99.8%。第三组样品报告的数据是99.9%,表明它的纯净度特别高,而且埋藏在中国的海底,这一信息令人振奋。
目前,地球上可供人类开采的石油、煤炭等能源正在不断减少,许多国家正在寻找新的替代能源,可燃冰的发现立即引起人们的关注。一些国家相继把可燃冰作为后续能源进行开发研究,对可燃冰的科学考察取得可喜成绩。美国、日本等国家先后在海底获得了可燃冰实物样品,而加拿大在冻土带内找到了可燃冰。
可燃冰的利用关键在于技术突破
国家发改委的报告指出,国内可燃冰预计可在2010至2015年进行试开采,而实现商业开发目前还有待技术上的突破。
发改委的报告称,目前仅在南海北部的可燃冰储量,估计相当于中国陆上石油总量的50%左右。尽管储量丰富,但可燃冰的商业应用尚面临诸多难题。目前美国和日本也在进行可燃冰的勘探研究,但成本高达200美元/立方米,根据每立方米可燃冰释放能量相当于180立方米天然气计算,其折合天然气的成本也达到每立方米1美元以上,这跟国内天然气造价每立方米在1元人民币左右相比,实在是相差甚远。
造成成本高昂的原因首先是勘探规模太小,没有形成规模效应,其次勘探可燃冰所需的水以及其他运输工程费用都很高,只有将勘探成本降低,可燃冰才能真正得到大规模应用。
可燃冰的大规模商业开采确实面临着许多困难。天然可燃冰呈固态,不会像石油开采那样自喷流出。如果把它从海底一块块搬出,在从海底到海面的运送过程中甲烷就会挥发殆尽,同时还会给大气造成巨大危害。和石油、天然气相比,它不易开采和运输,世界上至今还没有完美的开采方案。要让可燃冰民用化,必须解决以下三个难题:
一是可能导致大量温室气体排放,污染环境。由于可燃冰本质上是甲烷在低温高压环境下与水产生的结合物,甲烷是绝大多数可燃冰中的主要成分,同时也是一种反应快速、影响明显的温室气体。可燃冰中甲烷的总量大致是大气中甲烷数量的3000倍。作为短期温室气体,甲烷比二氧化碳所产生的温室效应要大得多。可燃冰非常不稳定,在常温和常压环境下极易分解。这些冰球一旦从海底升到海面就会砰然而逝,最后变成一滩水。学者认为,可燃冰矿藏哪怕受到最小的破坏,甚至是自然的破坏,都足以导致甲烷气的大量散失。而这种气体进入大气,无疑会增加温室效应,使地球升温更快。
二是特殊的存在条件极有可能引发地质灾害。由于可燃冰经常作为沉积物的胶结物存在,它对沉积物的强度起着关键的作用。可燃冰的形成和分解能够影响沉积物的强度,进而诱发海底滑坡等地质灾害的发生。日益增多的研究成果表明,由自然或人为因素所引起的温压变化,均可使水合物分解,造成海底滑坡、生物灭亡和气候变暖等环境灾害。美国地质调查所的调查表明,可燃冰能导致大陆斜坡上发生滑坡,这对各种海底设施是一种极大的威胁。由此可见,可燃冰作为未来新能源的同时也是一种危险的能源。
三是目前技术条件下开采成本过于高昂。目前,可燃冰的开采方法主要有热激化法、减压法和注入剂法三种。开采的最大难点是保证井底稳定,使甲烷气不泄漏、不引发温室效应。目前,世界上还没有任何一个国家能对可燃冰进行大规模商业开采。从各国进行的试验性开采看,这些方法要么技术复杂成本高昂,要么推广价值不大,不适合大规模作业。
上述三个方面的难题已经成为人类大规模开发利用可燃冰的巨大障碍。不过,随着技术进步和科学发展,这些问题将能得到很好解决。中科院广州能源研究所所联手国内多家可燃冰研究机构实施的可燃冰三维实验模拟技术研究已正式启动。据了解,可燃冰三维实验模拟技术研究课题将充分利用国外先进的研究技术和基础,采用数值计算、理论分析、实验模拟相结合研究方法,综合考虑海上可燃冰开采将面临的技术挑战和风险,综合运用各学科基础及交叉领域,形成一套服务于可燃冰开采技术研究的实验模拟和数值模拟技术研究平台。该课题由中科院广州能源研究所、中国石油大学、国土资源部广州海洋地质调查局等联手实施。这一课题的正式启动可为我国对可燃冰的开采做好技术储备。