“偷梁换柱”开发海底可燃冰

2009-04-11 01:55:00 来源: 青年参考(北京)
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  ::本报特约撰稿 森堡 3月底,美国科考船“马库斯·郎赛特”号来到台湾,据称是协助台湾勘探海底“可燃冰”资源的。

  什么是可燃冰?它的储藏量如何?美国人在开采可燃冰方面有什么突破?据英国《新科学家》杂志网站3月26日报道,美国研究人员宣布在利用可燃冰的技术方面取得突破,将率先用于开采阿拉斯加附近海域的可燃冰资源。

  可以点燃的“冰”

  人们听到“可燃冰”这个奇怪的名字,或许最先想到的是和固体酒精相似的东西。的确,可燃冰在外形上与固体酒精有几分神似,也可以像固体酒精那样直接点燃。但它们的组成有天壤之别,固体酒精是醋酸钠与酒精形成的人工凝胶,与冰没什么关系;而可燃冰是甲烷(天然气的主要成分)与水组成的混合物,里面含有冰晶成分,没有人工凝胶。

  “水火不相容”是人所共知的事实,含有水的“冰”何以得“可燃”之名?这得从可燃冰与众不同的结构讲起。可燃冰的主要成分是甲烷与水分子,学名为“天然气水合物”(Gas Hydrate)。在自然条件下,甲烷是不溶于水的,但在可燃冰中形成了一种“笼形结构”——水分子通过氢键相互吸引构成“笼”子,甲烷分子就被关在这个“笼”中,甲烷分子与水分子间通过范德瓦耳斯力(一种存在于中性分子或原子间的弱电吸引力)相互吸引,形成了一种相对稳定的结构。在点燃时甲烷气流“脱笼而出”被逐渐释放,这便是可燃冰的燃烧机理。

  储量是化石能源的两倍

  令人惊奇的是,这样独特的结构是大自然给人类留下的一笔巨大的能源资产。早在1778年英国著名化学家、氧气的发现者普利斯特里,就着手研究气体生成的气体水合物温度和压强,但未能制出实验条件下的可燃冰。1934年,美国科学家在油气管道中发现了冰状固体堵塞现象,这是可燃冰首次进入人类视野。科学家随即对可燃冰的形成条件进行研究,发现海底的土层有助于形成这种物质。自上世纪70年代开始,人类在海底勘探活动中开始大量发现可燃冰层,这种物质才逐渐引起能源专家的兴趣。

  与陆地上以游离气体存在的天然气不同,可燃冰中的甲烷从一开始就在高温高压下被“锁在笼中”,这也使得可燃冰含有的能量十分可观。据美国化学协会公布的数据,在标准状况下,1立方米可燃冰最多可分解产生164立方米的甲烷气体,是一种潜力巨大的能源。

  在零摄氏度以上、30个标准大气压的条件下,地底的甲烷逐渐被水分子固定,形成固体形态的可燃冰。据估计,陆地上20.7%和大洋底90%的地区,都具有形成可燃冰的有利条件。可燃冰被西方学者称为“未来新能源”。目前在世界各地的海洋及大陆地层中,已探明的可燃冰储量相当于全球传统化石能源(煤、石油、天然气等)储量的两倍以上,其中海底可燃冰的储量就够人类使用1000年。去年11月,美国地质勘测局(USGS)一个研究小组宣称,仅在阿拉斯加北部海区蕴藏的可燃冰,就足够1亿个家庭使用10年。

  储存和利用是难点

  从本质上来说,可燃冰就是埋在海洋或冻土层下的天然气矿层。尽管含量如此丰富,但利用起来却面临麻烦。由于大量甲烷集中在笼状结构中,直接开采会导致甲烷泄露。甲烷导致全球气候变暖的能力是二氧化碳的25倍左右,如在开采可燃冰的过程中将大量甲烷排入大气,温室效应将达到人类难以忍受的地步。

  目前,全球很多能源实验室都在研发利用可燃冰的技术。可燃冰在常压下不能稳定存在,温度超过20摄氏度时就会分解,因此储存问题是可燃冰被大规模开发利用的瓶颈。即便顺利地将可燃冰中的甲烷从笼中“救”出,直接燃烧也会产生大量二氧化碳,这会使得愈演愈烈的温室效应雪上加霜。最理想的办法是在其燃烧时不让二氧化碳逃逸到大气中。有没有这种方法呢?

  答案是:有!美国地质勘测局联合美国能源部发布的一份报告中提到,研究人员发明了一种二氧化碳置换法,在实验中已取得成功。美国能源部已同康菲石油公司合作,希望能在阿拉斯加附近海底的矿层中利用这种方法开采可燃冰。

  研究证实,将二氧化碳液化,注入1500米以下的海水中,就会生成二氧化碳水合物,它的密度比海水大,会沉入海底。如果将二氧化碳注入海底的可燃冰储层,因二氧化碳较甲烷更容易形成水合物,就能将可燃冰中的甲烷分子“挤走”,从而将其置换出来。这样既可将燃烧甲烷产生的二氧化碳埋入海底,又可“解放”甲烷。把危害人类的二氧化碳“锁入”深海,换来对人类有利的甲烷,整个过程可用“偷梁换柱”来形容。

  美国地质勘测局的蒂姆·科莱特博士是美国地质勘测局联合美国能源部发布的这份报告的作者之一,他说:“可燃冰是人类未来采用清洁燃料的一座桥梁,未来人类将更多地采用清洁环保能源。”他认为按此方法开采可燃冰(二氧化碳置换法),有助于减缓全球气候变暖,不仅比其他燃料释放更少的二氧化碳气体,还能把大量二氧化碳送入深海。

  我国也有大量可燃冰供开采

  提到这种能源,不能不说中国的可燃冰研发状况。2007年5月,中国地质勘探人员首次在南海采集到了高纯度可燃冰样品,成为继美国、日本、印度之后,第4个采到可燃冰实物样品的国家。专家根据地质勘探数据分析,中国在塔里木盆地、藏北高原的冻土层中都有大量可燃冰层。

  科莱特研究报告中的数据显示,目前全球各地可燃冰中的甲烷总量达到了1000~100000万亿立方米,可提供的能量比目前所剩的石油多得多。但横亘在人们面前的开采难题,就像人们在利用石油之初对几千米下的油层毫无办法一样,海底数百甚至数千米的可燃冰带来的麻烦更大。海底高压、缺氧、低温环境的情况异常复杂,既要保证无污染利用,还要经济实惠,有诸多难题需要克服。

netease 本文来源:青年参考 责任编辑:王晓易_NE0011
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