一、引言

    上世纪60～90年代，科学家在南极冻土带和海底发现一种可以燃烧的“冰”(又称天然气水合物)，这种环保能源一度被看做是替代石油的****能源。可燃冰是自然形成的，它们最初来源于海底的细菌。海底有很多动植物的残骸，这些残骸腐烂时产生细菌，细菌排出甲烷，当正好具备高压和低温的条件时，细菌产生的甲烷气体就被锁进水合物中。由于需要同时具备高压和低温的环境，它们大多分布在深海底和沿海的冻土区域，这样才能保持稳定的状态。“可燃冰”外貌像雪，又类似于固体酒精。

    二、什么是“可燃冰”?

    可燃冰”是甲烷与水分子的化合物，其学名为 “天然气水合物”(CH4·H20)，因其呈白色固态结晶体状，外观像冰而又极易燃烧而得名。它是在一定条件下由甲烷(即天然气的主要成分)与水相互作用而形成的，其燃烧所放出的热量是同体积天然气的160多倍，且燃烧后同天然气一样，几乎不产生任何残渣或废弃物，是一种理想的清洁能源。

    天然气水合物自1965年在前苏联西伯利亚声索亚哈气田被首次发现矿层以后，又于1970年在高纬度极地永冻层被再次发现，以后又陆续在前苏联黑海1950米深处、墨西哥湾深海中的天然冒油点、东太平洋、白令海域及我国青海省祁连山南缘永久冻土带下等处被发现，于是各国相继投入巨额经费对其进行研究。经过世界各国政府和科学家的努力，一个世界范围勘查海底天然气水合物的战役已经打响，发现的矿区与日俱增，1980年{K9处，到2008年已猛增到188处。由于受研究程度的限制，现在还很难确定地球上(主要是海底)天然气水合物的绝对数量，但目前公认的看法是：全球海底天然气水合物的甲烷资源量是迄今地球上所有已知的煤、石油及天然气矿床的甲烷总量的两倍。因此在人们担心地球上化石能源将被耗尽的今天，这种可望成为21世纪替代煤、石油、天然气的新型能源矿产，具有巨大的资源潜力和商业价值。

  三、“可燃冰”的形成

  天然气水合物(即“可燃冰”，以下同)的形成有

三个基本条件，即：

  ①温度不能太高(0℃左右)；

  ②有较高的压力(30个大气压)；

  ③有气源。

  在温度、压力和气源三项条件都具备的条件下，便会在介质的空隙中生成天然气水合物的晶体，自然界具备这些条件的地区大多在深海及冰川地区，因此目前世界上也主要是在海洋发现它。在我国的南海及西北内陆已发现了它的踪迹，在东海、黄海及青藏高原永久冻土层都存在着极大的储藏可能性。

    目前应用天然气水合物的困难在于开采，世界上至今都没有完美的开采方案，这主要是因为开采这种水合物会给生态带来一系列严重问题。因为天然气水合物中存在着两种温室气体：甲烷和二氧化碳，甲烷是其主要成分，同时也是一种反应快速、影响明显的温室气体。天然气水合物中的甲烷总量大致是大气中甲烷含量的3000倍，作为短期温室气体，甲烷的温室效应是二氧化碳的10至20倍，如果在开采中甲烷气体大量泄漏于大气中，造成的温室效应将比二氧化碳更加严重。而天然气水合物这种矿藏，哪怕是受到最，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进入大气中，造成严重的环境问题。

    天然气水合物应用的第二个困难在于其运输，要保证天然气水合物的完整就必须保持相应的压力及温度一一O⁰C左右及30个大气压。否则其便会迅速气化而散失。

    当然，这些问题并不是不能克服的，从技术角度来看，己完全不是问题。只是其经济代价太高，尚未能达到供工业化生产，供普通用户使用的地步。目前世界各国都在加大投入进行实用性研究。日本就准备在10年内将其实用化。我国科技界也已开始进行类似的模拟试验，并取得了初步成功。

    因此，天然气水合物的开发利用就像是一柄“双刃剑”，需要小心谨慎地对待，在考虑其资源价值的同时，必须充分注意到有关开发利用将给人类带来重环境灾难。

    四、“可燃冰”的利用

    “可燃冰”的利用，除直接开采使用自然界有的现成资源外，还可以和环境保护工作结合起来，如目前，日本就正在研究从下水道污泥中提取“可燃冰”的实用技术，其基本步骤为：

  ①把下水道污泥中产生的沼气集中起来；

  ②再将沼气(实际是甲烷)制为可燃冰。

  这中间第①步容易做到，普通的污水处理厂也是这样操作的，但由于其所产生的沼气中的甲烷含量不固定，加之总量又较少，一般只能就地利用或燃烧掉 (如重庆市唐家桥污水处理厂)，要利用就必须扩大污水处理厂的规模，以增加甲烷的产量。这第②步制 “可燃冰，在技术上也是可行的，我国的青岛海洋地质研究所就已经试验成功了。但要制造“可燃冰”，一要高压(30个大气压)，二要低温(0℃)，所花的代价 (即生产成本)太高，与制成的可燃冰其体积减少为 原来的1／160左右所带来的便利相比(且不谈高价的储存运输设备及带来的相应危险性)，实在是得不偿失。这就像普通的天然气现在完全可以将其液化后用

  罐储存、运输，但我们日常使用却还是采用管道输送一样，“非不能也，是不为也”。但从长远来看，在我市以至全国大量的大型污水处理厂建立起来以后，则应该说是具有一定价值的。实际上，我国燃气界也已开始关注此事，重庆大学燃气教研室与重庆燃气集团已经联手开始此项工作，并已开始对此类燃气新技术开

  展研发，以此作为燃气行业的新技术储备之一。

【链接阅读】可燃冰的开采方案  

  可燃冰开采方案主要有三种。

  ◆方案一热解法

  利用。。可燃冰’’在加温时分解的特性，使其由固态分解出甲烷蒸气。但此方法难处在于不好收集。海底的多孔介质不是集中为“一片”，也不是一大块岩石，而是较为均匀地遍布着。如何布设管道并高效收集是急于解决的问题。

  ◆方案二一一降压法

  有科学家提出将核废料埋入地底，利用核辐射效应使其分解。但它们都面临着和热解法同样布设管道并高效收集的问题。

    ◆方案三一一置换法

    研究证实，将C02液化(实现起来很容易)，注入1500米以下的洋面(不一定非要到海底)，就会生成二氧化碳水合物，它的比重比海水大，于是就会沉入海底。如果将CO。注射入海底的甲烷水合物储层，因C02较之甲烷易于形成水合物，因而就可能将甲烷水合物中的甲烷分子“挤走”，从而将其置换出来。

    但如果“可燃冰”在开采中发生泄露，大量甲烷气体将分解出来，经由海水进入大气层。甲烷的温室效应比CQ要大21倍，因此一旦这种泄露得不到控制，全球温室效应将迅速增大，大气升温后，海水温度也将随之升高、地层温度上升，这会造成海底的“可燃冰，的自动分解，引起恶性循环。因此，开采必须要受控，使释放出的甲烷气体都能被有效收集起来海底可燃冰的开采涉及复杂的技术问题，所以目前仍在发展阶段，估计需要lo~30年的时间才能投入商业开采。其实，中国、美国、加拿大、印度、韩国、挪威和日本己开始各自的可燃冰研究计划，其中日本建成7口探井，期望在2010年投入商业开采，美国近年也急起直追，希望在2015年在海床或永久冻土带进行商业开采。

    可见，“可燃冰”带给人类的不仅是新的希望，同样也有新的困难，只有合理的、科学的开发和利用， “可燃冰”才会真正的为人类造福。

    但由于资源并不易于发展，所以可燃冰的利用并不能在短期内实现。

 

转载：中国燃气设备网