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[新兴能源]一块正在升温的"冰" 远"冰"何时解近"渴"?

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更多 发布于:2012-04-18 13:49
近日,日本在爱知县近海海底启动可燃冰钻探试验作业,为预定于明年实施的生产试验做前期准备,此举引起世界关注。
 
尽管开采过程一波三折,但这毕竟是人类首次对可燃冰进行海底勘探,将为人类利用这种新型洁净能源提供有益的探索。
 
一块正在升温的“冰”
 
可燃冰能量密度非常高,是煤的10倍,具有使用方便、燃烧值高、清洁等特点,是近20年来在海洋和冻土带发现的最大新型洁净能源。更为重要的是,可燃冰储量巨大,相当于全球已探明石油、煤炭和天然气总量的两倍,因此被誉为未来最具有开发前景的战略资源之一。
 
“可燃冰”学名天然气水合物,是水和天然气在高压、低温条件下混合而成的一种固态物质。俄罗斯、美国、加拿大等国采出的可燃冰大多呈现类冰状的结晶体,像我们日常使用的固体酒精,遇火即可燃烧,故被称为可燃冰。自然界中的可燃冰主要存在于高纬度的陆地冻土带以及海洋大陆坡沉积物中。
 
“通常1立方米的可燃冰,在常温常压下,最高可分解出接近170立方米的甲烷气体。”广州海洋地质调查局矿产所副所长梁金强说。我国在南海北部神狐海域和青藏高原发现了可燃冰,成为世界上较少的在海洋和陆地都发现可燃冰的国家。由国土资源部广州海洋地质调查局完成的《南海北部神狐海域天然气水合物钻探成果报告》显示,科考人员在中国南海北部神狐海域钻探目标区内,圈定11个“可燃冰”矿体,预测天然气储量约为194亿立方米。
 
据中科院广州能源所天然气水合物研究中心首席科学家李小森介绍,初步估计,我国仅在南海的可燃冰储量就相当于目前陆上石油、天然气资源量总数的一半。我国作为第三大冻土大国,具备良好的天然气水合物储存条件和资源前景,据科学家粗略估算,远景资源量至少有350亿吨油当量。
 
在今年全国“两会”期间,有政协委员呼吁把可燃冰开发利用列入规划,并表示,可燃冰是世界上第四代清洁能源,2009年在青海省天峻县发现储量可观的可燃冰,不仅是我国地质勘探的重大突破,也是保障能源需求、优化能源结构和实现可持续发展的重大历史机遇。在青海勘探出的储量,可供13亿中国人的子孙后代用110年。在能源日趋紧缺的今天,可燃冰研究开发应该纳入国家战略。国家能源局副局长钱智民表示,可燃冰将作为一种新型资源被纳入“十二五”能源规划。
 
一条清晰而遥远的路
 
当前可燃冰的开采方法主要有:热激发开采法,即直接对可燃冰层加热,使其温度超过其平衡温度,令可燃冰分解为水和天然气;减压开采法,即通过降低压力促使其分解;此外,还包括化学试剂注入、二氧化碳置换开采法等。
 
虽然可燃冰前景诱人,可它的开采难度也很大,从勘探开发到成熟的商业应用,还有很长的一段路要走。
 
目前,至少有40多个国家对可燃冰展开了调查和研究工作,许多发达国家包括美国、日本、韩国等正在加紧研究海洋可燃冰开发技术,但还没有成熟的开发技术方案。有些国家计划在5到10年内实现商业开采,但由于还存在诸多技术难题未解决,开采时间一再被推迟。美国科学家表示,美国并不急于可燃冰的商业化开采。
 
“可燃冰的形成需要高压力和低温度,不是在深海海底,就是在极圈附近。开采过程中,怎样保存住它是一大难题。”青岛海洋地质研究所海地所水合物实验室负责人业渝光认为,可燃冰距真正被大规模应用还很遥远。“一旦温度和压力突破了可燃冰存在的极限条件,它就会很快分解。这样一来,被水包裹着的甲烷气体会释放到大气层中。如果不顾后果地大量开采,不仅存在着安全隐患,而且甲烷气体一旦挥发,很可能会加剧地球的温室效应。这也是我们今后的研究方向。”
 
美国是关注可燃冰较早的国家之一。美国科学家在阿拉斯加附近开始“二氧化碳置换法”的试验:利用废弃的二氧化碳,注入海底的可燃冰储层,将其中的甲烷分子置换出来。研究人员表示,按此方法开采可燃冰,不仅释放的温室气体少,还能把大量二氧化碳送入深海。
 
一系列有待破解的题
 
可燃冰勘探开发是一个系统工程,涉及众多学科,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,并带动相关产业发展,形成新的经济增长点。
 
“目前,我国的可燃冰开发技术大部分还停留在实验阶段,实现大规模海下开采尚需时日。如果一切进展顺利,大概也要到2030年才能实现商业开采。”中国石油大学孙长宇教授说。
 
由于发达国家知识产权和技术保护等原因,我国可燃冰研发进展缓慢,在钻探取样技术、试采开发技术等方面跟国外差距比较大,我国可燃冰开发目前的重点还是前期的基础研究。
 
“具体到可燃冰开采层面,确实面临很多问题,包括开发本身技术问题和开发过程中所面临的环境控制等诸多问题。”梁金强分析说,中国可燃冰的开发,应该遵循勘探评价——开采试验——商业化开发的路径,同时,注重相关阶段技术研发和创新突破,下一阶段应进一步开展详细的勘探评价,并加强开采技术方法及装备的研发,一旦技术成熟,环境可控,成本又能降下来,那么距离可燃冰的商业开发就不远了。“根据国内外技术发展趋势,预计2020年之前有望实现我国海域可燃冰试点开采,最快到2030年有望实现商业性开发。”
 
中国地质调查局总工程师张洪涛认为,陆域可燃冰的开采前景较海域更为乐观。海洋相对于陆地有更多的不可控因素,所以开采海洋可燃冰的难度更大,国际上一般都先在陆地上进行开采。目前国际上惟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。张洪涛预计,我国需要30年的时间才能投入海底可燃冰的商业开采,但只要加紧勘探研究,陆域可燃冰可能只需10到15年即可进入商业性试采阶段。
 
今年,“蛟龙号”有望赴南海执行勘探考察任务。据透露,“蛟龙号”很有可能直接获取可燃冰样品。
 
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