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可燃冰能帮我们实现燃料自由吗?

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2020-3-29 13:55:09 显示全部楼层 阅读模式
如果我说有一种“冰”可以被点燃,你会相信吗?
不信?有图为证:
小伙伴们是不是惊呆了呢?其实这不是魔术也不是电脑特效。这块“冰”之所以能被点燃,是因为它可不是普通的冰块,它叫天然气水合物,是一种倍受全世界追捧的新型绿色能源,俗称“可燃冰”。
可燃冰从哪里来,为什么能被点燃,相比于传统燃料有哪些优势?我们一起了解下吧~
可燃冰到底是什么?
可燃冰是水分子和甲烷在低温高压下结合成的固体。甲烷分子就像被水分子组成的“笼子”套住一样,被固定住,形成固体。常见的“笼子”由20和24个水分子组成。
在0℃以及30个大气压的作用下,天然气和水可以结晶而成为“冰块”。“冰块”里甲烷占80%~99.9%,可直接点燃。因此,可燃冰又称甲烷水合物,其外形看起来像冰,又能在空气中燃烧。
陆地上同时符合低温高压的环境并不多,只有在大陆永久冻土上才有。因此,除了冻土层之外,可燃冰主要分布在岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。
在标准状况下(0℃,101kPa),1单位体积的天然气水合物分解后,最多可产生164单位体积的甲烷气体。
天然气水合物燃烧后几乎不产生任何残渣,污染比煤、石油、天然气都要小得多。我国南海海域可燃冰试采结果表明,其资源储存量相当于千亿吨石油。
产量最多的是神狐海域,具体位置在南海北部陆缘,珠江口盆地,珠二坳陷以及白云凹陷南侧。据估计,这里拥有超千亿方级可燃冰。


可燃冰是如何形成的?
海底有很多有机沉积物,有机物在缺氧环境下被细菌分解会产生大量的甲烷。有了原材料,加之低温和高压两个条件,就能形成可燃冰。
可燃冰在0到10℃时生成,超过20℃就会分解,变得“烟消云散”。因此,无论是在海底还是陆域的永久冻土带只有满足特定的温度条件才会出现可燃冰。
可燃冰并非都像冰块一样。在地球上,绝大多数的天然气水合物其实都是和泥沙混在一起的,如同污浊的泥块一般。


可燃冰的发现
1934年,苏联在被堵塞的天然气输气管道里发现了天然气水合物。由于水合物的形成,输气管道被堵塞。
这一发现引起了苏联人对天然气水合物的重视。1965年,苏联首次在西西伯利亚永久冻土带发现了天然气水合物矿藏,并于1969年投入开发。
由于当时的国际局势,苏联已经开始开发新能源了,美国当然不能袖手旁观。
1969年,美国就开始实施可燃冰调查。
1970年,国际深海钻探计划(DSDP)在美国东部大陆边缘的布莱克海台正式实施。在海底沉积物取芯过程中,人们发现冰冷的沉积物岩心嘶嘶地冒着气泡,并达数小时。
当时的海洋地质学家非常不解。后来才知道,气泡是天然气水合物分解引起的。
于是在1971年,美国科学家正式提出“天然气水合物”的概念。之后日本和德国的科学家也开始关注可燃冰开采,德国人首先从海底挖出可燃冰。
自2000年开始,可燃冰的研究与勘探进入高峰期,世界上至少有30多个国家和地区参与其中。
中国已经在南海,建立”蓝鲸一号”钻井平台,长117米,宽92.7米,高118米,最大作业水深3658米,最大钻井深度15240米,适用于全球深海作业,是目前全球最先进的超深水双钻塔半潜式钻井平台。
实现燃料自由?别高兴太早
可燃冰这种天然气水合物,在给人类带来新能源的同时,也对包括人类在内的所有物种的生存环境带来了潜在威胁。
天然气水合物中的甲烷,其温室效应为二氧化碳的20倍,而全球海底天然气水合物中的甲烷总量约为地球大气中甲烷总量的3000倍。
若有不慎,让海底天然气水合物中的甲烷气逃逸到大气中去,整个地球的温度将继续升高,最直接的后果是南北极的冰盖融化,产生无法想象的灾难。
同时,固结在海底沉积物中的水合物,一旦条件变化使甲烷气从水合物中释出,还会改变沉积物的物理性质,极大地降低海底沉积物的工程力学特性,使海底软化,出现大规模的海底滑坡,毁坏海底工程设施,如海底电缆或通讯光缆,以及海洋石油钻井平台等。


因此,想要安全开采可燃冰,还需要技术上的进一步升级。
全球可燃冰的储量是现有天然气、石油储量的两倍,具有广阔的开发前景,为了获取这种清洁能源,世界许多国家都在研究天然可燃冰的开采方法。
美国在阿拉斯加陆上永久冻土带进行过CO2/N2交换法(化学法)测试,加拿大在其西北部地区永久冻土带进行过热力和降压法测试。
日本是世界上最早进行可燃冰研究和开采的国家之一,1990年就采集到可燃冰样本,2013年3月,日本成为世界上第一个掌握海底可燃冰采掘技术的国家,不过试开采仅6天就被迫中断。之后(2017年)日本再次试开采,不过仍未完成原计划,开采再次中断。
我国目前已经凭借蓝鲸一号,在全球范围内实现首次成功试开采,但这仅是万里长征迈出关键性一步,未来要实现产业化和商业化开采,仍有长路要走。


基于中国可燃冰调查研究和技术储备的现状,可燃冰具有很大的潜力,预计我国在2030年左右有望实现可燃冰的商业化开采。
但愿在不久的将来,我们能够安全地使用上这种清洁能源。

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