[科普中國]-試采6周的可燃冰到底是不是冰

截至上周，我國南海神狐海域可燃冰試采已達(dá)連續(xù)6周，累計產(chǎn)量超過23萬立方米，可謂超預(yù)期完成了試采工程，取得天然氣水合物試開采的歷史性突破。

不明真相的小伙伴們可能會要打斷一下——什么什么？可燃冰還是天然氣水合物？這倆東西到底啥關(guān)系？可燃冰真的“可燃”嗎？開采它又有什么意義？那下面我們就來了解一下！

可燃冰為什么“可燃”

可燃冰，學(xué)名天然氣水合物，也稱氣體水合物，是由天然氣與水分子在高壓（>100 大氣壓或>10MPa）和低溫（0～10℃）條件下合成的一種固態(tài)結(jié)晶物質(zhì)。因天然氣中80%～90%的成分是甲烷，故也有人叫天然氣水合物為甲烷水合物。天然氣水合物多呈白色或淺灰色晶體外貌類似冰雪，可以像酒精塊一樣被點燃，故也有人叫它"可燃冰"。

可燃冰燃燒樣態(tài)（圖片來源網(wǎng)絡(luò)）

從化學(xué)結(jié)構(gòu)來看，天然氣水合物是這樣構(gòu)成的：**由水分子搭成像籠子一樣的多面體格架，以甲烷為主的氣體分子被包含在籠子格架中。**不同的溫壓條件，具有不同的多面體格架。

天然氣水合物化學(xué)結(jié)構(gòu)（圖片來源網(wǎng)絡(luò)）

從物理性質(zhì)來看，**天然氣水合物的密度接近并稍低于冰的密度，電介常數(shù)和熱傳導(dǎo)率均低于冰。**天然氣水合物的聲波傳播速度明顯高于含氣沉積物和飽和水沉積物，中子孔隙度低于飽和水沉積物，這些差別是物探方法識別天然氣水合物的理論基礎(chǔ)。

可燃冰的特點

天然氣水合物作為未來潛在能源，具有資源量巨大、埋藏淺、能量密度高、潔凈等特點，是地球上尚未開發(fā)的最大未知能源庫。

資源量巨大——天然氣水合物是全球第二大碳儲庫，僅次于碳酸鹽巖，其蘊藏的天然氣資源潛力巨大。據(jù)保守估算，世界上天然氣水合物所含天然氣的總資源量約為（1.8～2.1）×1016立方米，其熱當(dāng)量相當(dāng)于全球已知煤、石油和天然氣總熱當(dāng)量的2倍

**埋藏淺——**與常規(guī)石油和天然氣比較，天然氣水合物礦藏埋藏較淺，有利于商業(yè)開發(fā)。在深海，水合物礦藏賦存于海底以下0～1500 米的沉積層中，而且多數(shù)賦存于自表層向下厚數(shù)百米（500～800 米）的沉積層中。

**能量密度高——**在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，水合物分解后氣體體積與水體積之比為164:1，也就是說，一個單位體積的水合物分解至少可釋放160個單位體積的甲烷氣體。這樣的能量密度是常規(guī)天然氣的2～5倍，是煤的10倍。

**潔凈——**天然氣水合物分解釋放后的天然氣主要是甲烷，它比常規(guī)天然氣含有更少的雜質(zhì)，燃燒后幾乎不產(chǎn)生環(huán)境污染物質(zhì)，因而是未來理想的潔凈能源。

可燃冰的特殊地理分布

天然氣水合物的形成必須有充足的天然氣來源，必須有低溫或高壓條件，這決定了它的特殊分布。從目前來看，天然氣水合物主要分布在地球上兩類地區(qū)：一類地區(qū)是水深為300m～4000m的海洋，在這里，天然氣水合物基本是在高壓條件下形成的，主要分布于海底以下0～1500m的松散沉積層中；另一類地區(qū)是高緯度大陸地區(qū)永凍土帶及水深100～250m以下極地陸架，在這里，天然氣水合物主要是在低海面時期低溫條件下形成。

水合物所賦存的沉積物多是新生代沉積。在沉積層中，水合物要么是以分散狀膠結(jié)尚未固結(jié)的泥質(zhì)沉積物顆粒，要么是以結(jié)核狀、團塊狀和薄層狀的集合體形式賦存于沉積物中，還可能以細(xì)脈狀、網(wǎng)脈狀充填于沉積物的裂隙之中。

根據(jù)研究，生成天然氣水合物的氣體主要來自于沉積物中微生物對有機質(zhì)的分解，個別地區(qū)也有部分氣體來自于深部沉積層中有機質(zhì)的熱分解。這些氣體在海底沉積物的孔隙空間中形成水合物。

從全球來看,海洋天然氣水合物占絕對優(yōu)勢。海洋天然氣水合物分布于世界各大洋邊緣海域的大陸坡、陸隆(深水海臺)和盆地，以及一些內(nèi)陸海。

全球天然氣水合物分布圖（圖片來源網(wǎng)絡(luò)）

已有發(fā)現(xiàn)說明，海洋天然氣水合物主要分布在北半球，且以太平洋邊緣海域最多，其次是大西洋。陸坡、陸隆區(qū)是形成天然氣水合物的最佳地區(qū)，這里沉積物較容易發(fā)育，有機質(zhì)豐富，以甲烷為主的氣體來源充足，有利于天然氣水合物生成。

可燃冰的開發(fā)

天然氣水合物研究是當(dāng)代地球科學(xué)和能源工業(yè)發(fā)展的一大熱點。該研究涉及到新一代能源的探查開發(fā)、全球碳循環(huán)和氣候變化、古海洋、天然氣運輸、油氣管道堵塞、船艇能源更新和軍事防御等領(lǐng)域，并有可能對地質(zhì)學(xué)、環(huán)境科學(xué)和能源工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。

可燃冰燃燒情景

今年，我國在南海北部神狐海域進行的可燃冰試采獲得成功，并如我們導(dǎo)引所述，在持續(xù)超額完成任務(wù)。雖然它的開采并不容易，或許還要好幾年才能投入商業(yè)使用，但是現(xiàn)今的突破，無論從技術(shù)、能源還是更宏觀的世界經(jīng)濟、政治角度來看，這都是質(zhì)的進步。

正如BBC曾報道指出的：“可燃冰有望成為具有革命意義的能源，對于滿足世界未來的能源需求至關(guān)重要?！笨扇急蛟S是地球上最后一種碳基燃料，如若真的能夠有效利用，相信一定是我們可見的未來的又一盞明燈，讓我們拭目以待！