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化石燃料资源有限 可燃冰成人类关注焦点(图)

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摘要:化石燃料资源有限 可燃冰成人类关注焦点(图)

石油、天然气等化石燃料告罄了怎么办?可燃冰被视为最理想的接替能源。
 

                              可燃冰分子结构图

据有关资料显示,全球可燃冰总量大约相当于已探明传统化石燃料碳总量的两倍,可供人类使用上千年;而我国仅海域可燃冰的远景资源量就与海域和陆地油气资源量相当。通过发展研究可燃冰,世界许多国家可能实现能源自给,现存的世界能源贸易可能将彻底改变。

近日,在广州召开的全国“海洋地质、矿产资源与环境”学术研讨会上,可燃冰的勘探成果及展望成为关注焦点之一。

笔者获悉,目前我国针对可燃冰的找矿专项行动由中国地质调查局组织实施、广州海洋地质调查局具体承担,主要在南海北部展开调查。截至目前,仅在南海北部圈出的7个远景区、19个成矿区带、25个成矿区块内,可燃冰的远景资源量就达到上百亿吨油当量。

目前,至少已有 40多个国家针对可燃冰展开了国家级的资源调查和研究工作。未来若没有石油那一天,人类或许可以点燃可燃冰,延续世纪能源的梦想。

世纪能源

通常1立方米的可燃冰在常温常压下最高可分解出170多立方米的甲烷气体,被誉为21世纪的绿色能源

可燃冰,顾名思义,就是可以燃烧的冰。

从俄罗斯、美国、加拿大等国采出的可燃冰来看,大多呈现类冰状的结晶体,有点类似我们日常使用的固体酒精。但从我国2007年首次在南海北部神狐海域钻获天然气水合物实物样品来看,呈现的却是泥浆状,并有一些细腻、密实,细小的白色斑点分散其中。

广州海洋地质调查局矿产所副所长梁金强教授介绍,自然界中的可燃冰主要赋存在高纬度的陆地冻土带以及海洋大陆坡沉积物中。

而形成可燃冰需要具备三个基本条件:温度、压力和原材料。以海底为例,首先,可燃冰可在0℃以上生成,但超过20℃便会分解,而海底温度一般保持在2—4℃;其次,可燃冰在0℃时,只需30个大气压即可生成,而以海洋的深度,30个大气压很容易保证,并且气压越大,水合物就越不容易分解;最后,海底的有机物沉淀中丰富的碳经过生物转化,可产生充足的气源。海底的地层是多孔介质,在温度、压力、气源三者都具备的条件下,可燃冰就会在介质的空隙间中生成。

最新的研究结果显示,目前世界上海底可燃冰已发现的主要分布区是大西洋海域的墨西哥湾、加勒比海、南美东部陆缘、非洲西部陆缘和美国东海岸外的布莱克海台等,西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳海槽、日本海、四国海槽、日本南海海槽、苏拉威西海和新西兰北部海域等,东太平洋海域的中美洲海槽、加利福尼亚滨外和秘鲁海槽等,印度洋的阿曼海湾,南极的罗斯海和威德尔海,北极的巴伦支海和波弗特海,以及大陆内的黑海与里海等。

可燃冰是一种能量密度很高的清洁能源。梁金强介绍,通常1立方米的可燃冰在常温常压下最高可分解出170多立方米的甲烷气体,是石油、天然气最理想的接替能源,被誉为21世纪的绿色能源。而由于可燃冰成分与人们平时所使用的天然气成分相近,但更为纯净,开采时只需将固体的可燃冰升温减压就可释放出大量的甲烷气体,因此被誉为21世纪最具有商业开发前景的战略资源之一。

根据国外有关资料,可燃冰在世界范围内广泛存在,这一点已得到广大研究者的公认。在地球上大约有27%的陆地是可以形成可燃冰的潜在地区,而在世界大洋水域中约有90%的面积也属这样的潜在区域。据估算,全球可燃冰蕴藏的天然气资源总量约为2.1×1016立方米,相当于全球已探明传统化石燃料碳总量的两倍,最新的估计高达1.2×1017立方米可供人类使用上千年。通过发展研究可燃冰,世界许多国家可能实现能源自给,现存的世界能源贸易可能将彻底改变。

中国战略

我国海域可燃冰远景资源量可达几百亿吨油当量,资源潜力巨大,目前可燃冰已纳入国家“十二五”能源发展规划

当前石油短缺已成为制约我国经济社会可持续发展的瓶颈,2009年我国原油进口近2亿吨,对外依存度超过50%,急需寻找新的替代能源。

梁金强告诉笔者,根据相关研究报道,我国管辖海域和陆区蕴藏有丰富的可燃冰资源,我国海域可燃冰远景资源量可达几百亿吨油当量,资源潜力巨大,大约与我国海域和陆地油气资源量相当。因此中国也势必深入开展可燃冰勘探研究,以解决能源短缺的问题。

我国从上世纪80年代开始关注这一新的资源。1999年,在国土资源部中国地质调查局的组织下,广州海洋地质调查局首次在南海西沙海槽海域开展可燃冰资源前期调查,发现了可燃冰矿层存在的地震综合异常信息。2002年,我国海域可燃冰资源调查与评价专项正式启动,由中国地质调查局负责组织实施,专项调查工作由广州海洋地质调查局承担。这是我国首次针对可燃冰新能源的重大找矿行动。

广州海洋地质调查局介绍,2007年我国首次在南海北部神狐海域钻获可燃冰实物样品,从而成为继美国、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,标志着中国可燃冰调查研究水平已步入世界先进行列。据了解,此次在神狐海域成功实施八个站位钻探,在其中三个站位获得天然气水合物样品,首次发现高甲烷含量的天然气水合物,具有矿层厚度大、饱和度高的特点。

2009年9月25日,中国地质部门在青藏高原又发现了可燃冰,这是中国首次在陆域上发现可燃冰,使中国成为加拿大、美国之后,在陆域上通过国家计划钻探发现可燃冰的第三个国家。

目前,历经近10年的勘查,我国海域可燃冰资源调查取得了一系列开创性成果。不仅通过对形成条件的研究,划分天然气水合物有利成矿区;还通过天然气水合物形成的温压、沉积、构造、气源等条件分析,依据天然气水合物的地球物理、地质、地球化学异常识别,进行远景区、成矿区带、成矿区块、钻探有利区块圈定。

笔者从上月在广州召开的全国“海洋地质、矿产资源与环境”学术研讨会上获悉,目前我国已在南海北部圈出7个远景区,19个成矿区带,圈定了25个成矿区块,远景资源量达上百亿吨油当量。仅神狐钻探区内11个可燃冰矿体,面积就达到约23平方千米,气体资源量约为194亿立方米。据悉,目前可燃冰已纳入国家“十二五”能源发展规划,未来还将进一步加大投入。

 

                   图片来源:南方日报

应用瓶颈

海洋可燃冰开采从技术层面看要比陆地困难得多,许多发达国家正在加紧研究,但目前还没有成熟的开发技术方案

梁金强介绍,可燃冰勘探开发是一个系统工程,涉及众多的学科,如海洋地质、地球物理、地球化学、流体动力学、热力学、钻探工程、地质实验技术、海洋生物学等,大力开展可燃冰勘探开发研究,可推动世界各国海洋地质、矿产资源、全球变化等基础研究的技术进步,并可带动相关产业发展,形成新的经济增长点。

今年引起广泛关注的中国载人潜水器“蛟龙号”,就可以直接用来获取“可燃冰”样品。

不过目前,可燃冰的勘探、开发、应用还存在着不少障碍。比如,可燃冰中的甲烷,其温室效应为二氧化碳的20倍,全球海底可燃冰中的甲烷总量约为地球大气中甲烷总量的3000倍,若有不慎,让可燃冰中的甲烷气逃逸到大气中去,将产生无法想象的后果。而可燃冰开采过程中,也可能导致海底软化,引发地质灾变。又比如,可燃冰大多数的矿床地点很可能都过于分散,因而也不利于经济开采。

梁金强说,因此目前科学界对可燃冰勘探研究还没有达成广泛共识,有人对可燃冰的巨大资源潜力持有怀疑态度,也有人对未来开发可燃冰对环境的破坏表示担忧。仅仅落实到技术层面,也面临很多问题。他介绍,目前为止,唯一一个实现水合物开发的地方是位于西伯利亚冻土带的麦索亚哈气田,美国、加拿大也已经在陆地冻土带成功实现试开采,陆上开采技术将逐渐成熟。相比而言,海洋可燃冰开采从技术层面看要比陆地困难得多,目前许多发达国家如美国、日本、韩国等正在加紧研究海洋可燃冰开发技术,制订了开采计划,但是,目前还没有成熟开发技术方案。

对于中国来说,由于发达国家知识产权和技术保护等原因,国内研发进展缓慢,如钻探取样技术、调查装备、试采开发技术等方面跟国外差距比较大。

但梁金强表示,经过科学家的努力,这些问题在不久的将来可望得到解决。例如,目前科学家已经着手开展可燃冰与二氧化碳置换技术研究,其目的不仅可以更加科学合理开发可燃冰资源,而且起到减排二氧化碳、保护地球环境的重要作用。一旦开采技术获得突破性进展,那么可燃冰将立刻成为21世纪的主要能源。

名词解释

可燃冰的学名叫“天然气水合物”,它是在低温、高压条件下由天然气与水分子结合而成的。组成天然气的成分,如CH4(甲烷)、C2H6(乙烷)、C3H8(丙烷)、C4H10(异丁烷)等同系物以及CO2(二氧化碳)、N2(氮气)、H2S(硫化氢)等,可形成单种或多种天然气水合物。

形成天然气水合物的主要气体为甲烷,对甲烷分子含量超过99%的天然气水合物通常称为甲烷水合物。它可用mCH4·nH2O来表示,m代表水合物中的气体分子,n为水分子数。

纯净的天然气水合物呈白色,形似冰雪,可以像固体酒精一样直接被点燃,因此,又被形象地称为“可燃冰”。通常1立方米的可燃冰在常温常压下最高可分解出170多立方米的甲烷气体,被誉为21世纪的绿色能源。

“黑烟囱”横截面是存在可燃冰的直接证据。

2005年10月19日,国土资源部广州海洋地质调查局宣布对南海海域可燃冰调查取得重大突破。此次调查,初步摸清了可燃冰在南海北部陆坡区的分布范围及资源量,并划定了具体的钻探目标区。 新华社发

可燃冰释放的气体能够在空气中燃烧。

2009年6月17日,我国在南海北部成功钻获的天然气水合物实物样品“可燃冰”在广州亮相。中国是继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划采到天然气水合物实物样品的国家。

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