可燃冰主要成分是甲烷与水分子

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2023-3-30 01:20

“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”。


有天然气的地方不一定都有“可燃冰”,因为形成“可燃冰”除了压力主要还在于低温,所以一般在冰土带的地方较多。长期以来,有人认为我国的海域纬度较低,不可能存在“可燃冰”;而实际上我国东海、南海都具备生成条件。


东海底下有个东海盆地,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,中国工程院院士、海洋专家金翔龙带领的课题组根据天然气水化物存在的必备条件,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。这为周边地区在新世纪使用高效新能源开辟了更广阔的前景。


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。科学家估计,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。


随着研究和勘测调查的深入,世界海洋中发现的可燃冰逐渐增加,1993 年海底发现 57 处,2001 年增加到 88 处。据探查估算,美国东南海岸外的布莱克海岭,可燃冰资源量多达 180 亿吨,可满足美国 105 年的天然气消耗;日本海及其周围可燃冰资源可供日本使用 100 年以上。


据专家估计,全世界石油总储量在 2700 亿吨到 6500 亿吨之间。按照目前的消耗速度,再有 50-60 年,全世界的石油资源将消耗殆尽。可燃冰的发现,让陷入能源危机的人类看到新希望。


战略性与危险性共同打造的“双刃剑”


迄今,世界上至少有 30 多个国家和地区在进行可燃冰的研究与调查勘探。


1960 年,前苏联在西伯利亚发现了第一个可燃冰气藏,并于 1969 年投入开发,采气 14 年,总采气 50.17 亿立方米。


美国于 1969 年开始实施可燃冰调查。1998 年,把可燃冰作为国家发展的战略能源列入国家级长远计划,计划到 2015 年进行商业性试开采。


日本关注可燃冰是在 1992 年,目前,已基本完成周边海域的可燃冰调查与评价,钻探了 7 口探井,圈定了 12 块矿集区,并成功取得可燃冰样本。它的目标是在 2010 年进行商业性试开采。


但人类要开采埋藏于深海的可燃冰,尚面临着许多新问题。有学者认为,在导致全球气候变暖方面,甲烷所起的作用比二氧化碳要大 10 20 倍。而可燃冰矿藏哪怕受到最小的破坏,都足以导致甲烷气体的大量泄漏。另外,陆缘海边的可燃冰开采起来十分困难,一旦出了井喷事故,就会造成海啸、海底滑坡、海水毒化等灾害。


由此可见,可燃冰在作为未来新能源的同时,也是一种危险的能源。可燃冰的开发利用就像一柄“双刃剑”,需要小心对待。


“可燃冰”是深藏于海底的含甲烷的冰。它是由于处于深海之高压低温条件下,水分子通过氢键紧密缔合成三维网状体,能将海底沉积的古生物遗体所分解的甲烷等气体分子纳入网体中形成水合甲烷。这些水合甲烷就象一个个淡灰色的冰球,故称可燃冰。这些冰球一旦从海底升到海面就会砰然而逝。[page_break]


可燃冰是一种潜在的能源,储量很大。据国际地质勘探组织估算,地球深海中水合甲烷的蕴藏量足以超过 2.84×1021 m3,是常规气体能源储存量的 1 000 倍。且在这些可燃冰层下面还可能蕴藏着 1.135×1020 m3 的气体。有专家认为,水合甲烷一旦得到开采,将使人类的燃料使用史延长几个世纪。


为开发这种新能源,国际上成立了由 19 个国家参与的地层深处海洋地质取样研究联合机构,有 50 个科技人员驾驶着一艘装备有先进实验设施的轮船从美国东海岸出发进行海底可燃冰勘探。这艘可燃冰勘探专用轮船的 7 层船舱都装备着先进的实验设备,是当今世界上唯一的一艘能从深海下岩石中取样的轮船,船上装备有能用于研究沉积层学、古人种学、岩石学、地球化学、地球物理学等的实验设备。这艘专用轮船由得克萨斯州 A?M 大学主管,英、德、法、日、澳、美科学基金会及欧洲联合科学基金会为其提供经济援助。


海底可燃冰的存在很可能使海床不稳定,常会导致大规模的海底泥流,对海底管道和通讯电缆有严重的破坏作用。更严重的是,如果地震中海底地层断裂,游离的气体和水合甲烷分解产生的气体就会喷出海面,或在海水表层及水面上形成许多高度集中的易燃气泡,这不仅会对过往行船有危险,也会给低空飞行的飞机带来厄运。有学者认为,近几个世纪,在位于佛罗里达、百慕大群岛和波多黎各之间的百慕大三角区海域发生过的许多船只和飞机神秘失踪事件,即所谓百慕大之谜就可能与此有关。


由于可燃冰是在深海处低温高压条件下形成的,氢键是一种弱作用,冰状的水合甲烷一出水面就会自动融化分解成气体,故我们没有必要在分解水合甲烷上费神,只要用专用设备将这些气体收集起来就可利用。


值得注意的是,可燃冰作为一种新能源虽具有开发应用前景,但甲烷是一种高效的温室效应气体,可燃冰的开采如果方法不当,释放出的甲烷扩散到大气中,会增强地球的温室效应,导致地球上永久冻土和两极冰山融化而使地球变暧。安全合理地开发可燃冰,必须同时考虑环境保护。


一种特别的物质被科学家发现,它存在于 300―500 米海洋深处的沉积物中和寒冷的高纬度地区,其储量是煤炭、石油和天然气总和的两倍,1 立方米的它可释放出相当于天然气 164 倍的能量。在能源紧缺的现在发现它真可解燃眉之急。


可燃冰有望取代煤、石油和天然气,成为 21 世纪的新能源。科学家估计,海底可燃冰分布的范围约占海洋总面积的 10%,相当于 4000 万平方公里,是迄今为止海底最具价值的矿产资源,足够人类使用 1000 年。但在繁复的可燃冰开采过程中,一旦出现任何差错,将引发严重的环境灾难,成为环保敌人—— 首先,收集海水中的气体是十分困难的,海底可燃冰属大面积分布,其分解出来的甲烷很难聚集在某一地区内收集,而且一离开海床便迅速分解,容易发生喷井意外。更重要的是,甲烷的温室效应比二氧化碳厉害 10 至 20 倍,若处理不当发生意外,分解出来的甲烷气体由海水释放到大气层,将使全球温室效应问题更趋严重。此外,海底开采还可能会破坏地壳稳定平衡,造成大陆架边缘动荡而引发海底塌方,甚至导致大规模海啸,带来灾难性后果。目前已有证据显示,过去这类气体的大规模自然释放,在某种程度上导致了地球气候急剧变化。8000 年前在北欧造成浩劫的大海啸,也极有可能是由于这种气体大量释放所致。

 
玄能
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