可燃冰真的是冰嗎？能源新寵其實不神秘

前不久國土資源部中國地質(zhì)調(diào)查局在中國南海宣布，我國正在南海北部神狐海域進(jìn)行的可燃冰試采獲得了成功，這也意味著我國成為全球第一個實現(xiàn)在海域連續(xù)穩(wěn)定開采可燃冰產(chǎn)氣的國家。這對于崛起中的中國來說無疑是打了一針強(qiáng)心劑，網(wǎng)友們紛紛在網(wǎng)絡(luò)上留言表示，厲害了我的國！

藍(lán)鯨1號開采平臺正在開采可燃冰

可燃冰實現(xiàn)穩(wěn)定開采的意義有多大？據(jù)世界能源會議統(tǒng)計，世界已探明可采煤炭儲量共計15980億噸，預(yù)計還可開采150年。探明可采石油儲量共計1211億噸，預(yù)計還可開采30～40年。探明可采天然氣儲量共計119萬億立方米，預(yù)計還可開采60年。也就是說如果沒有新能源的話，再過50-100年，地球上可用的化石燃料能源就將消耗殆盡。不要以為百年很長，人類歷史幾百萬年，區(qū)區(qū)百年真的是彈指一揮，所以我們也可以看到國家在不斷的開發(fā)風(fēng)能、太陽能等潔凈能源，但目前來說這些能源的使用情況并不是特別理想。

人類主要能源可用年限圖表（來源于網(wǎng)絡(luò)）

可燃冰的優(yōu)勢在哪呢？現(xiàn)已探明的我國可燃冰的蘊(yùn)藏量大概有1000億噸左右，這個是什么概念呢？上文也說道全球石油儲量大概1211億噸，也就是說僅我國的可燃冰儲量的總量已經(jīng)接近了全球石油的總量。而全球的可燃冰儲量更是驚人，占全球有機(jī)碳總量的1/2以上，預(yù)計產(chǎn)生的能量可以供人類再使用1000年。所以，如果可燃冰實現(xiàn)穩(wěn)定廉價的開采，很可能改變現(xiàn)在人類所面臨的這種能源結(jié)構(gòu)。

可燃冰全球大致的分布情況（數(shù)據(jù)來自美國地質(zhì)勘探局）

那么神奇的可燃冰到底是怎樣一種能源呢？可燃冰學(xué)名天然氣水合物，又稱氣冰或者固體瓦斯，是目前世界公認(rèn)的理想型替代能源，主要蘊(yùn)藏于陸地永久凍土帶和深海海底中，由天然氣和水在0°低溫和30個大氣壓的作用條件下形成的類冰狀的結(jié)晶物質(zhì)。這里值得一提的是全球海底大概有90%以上、陸地大概有27%以上的面積具備天然氣水合物生成條件。所以可燃冰這一礦物資源在全球的分布是相當(dāng)豐富的。

可燃冰是一種很好的清潔能源

可燃冰真的是冰嗎？其實并不是，只不過是因為它有一個類似冰狀形態(tài)的外觀，又具有燃燒的特性，才獲得了這樣一個形象的名字，可燃冰中甲烷（大家家里使用的天然氣的主要成分）的含量高達(dá)80%-99.9%，燃燒后產(chǎn)生水和二氧化碳，是一種非常清潔環(huán)保的能源，化學(xué)方程式如下：CH4+8H2O+ 2O2== CO2+ 10H2O（反應(yīng)條件為“點燃”）。

除了燃燒更加清潔環(huán)保外，它燃燒產(chǎn)生的能量要比我們常見的煤炭、石油、天然氣多出數(shù)十倍（同體積下），所以無論從儲存量、熱量和環(huán)保角度考慮，可燃冰都可以說是人類未來要抱穩(wěn)的一條“能源大腿”。

天使or魔鬼 能量是全球原子彈總和一萬倍

關(guān)于人類對可燃冰的研究最早可以追溯到1778年，英國的化學(xué)家普德斯特里就著手研究形成可燃冰的溫度和壓強(qiáng)，他也成為第一個在實驗室中制造天然氣水合物的科學(xué)家，直到1811年，戴維首次在實驗室中發(fā)現(xiàn)了可燃冰的水合物，他也被一些科學(xué)家認(rèn)為是天然氣水合物的發(fā)現(xiàn)者。轉(zhuǎn)瞬100年后1934年哈默施密特發(fā)表了對美國天然氣管道堵塞現(xiàn)象的檢查結(jié)果，表示這些阻塞物不是普通冰塊而是天然氣水合物。而人類真正發(fā)現(xiàn)自然界中存在可燃冰是1965年前蘇聯(lián)科學(xué)家Makogon在西西伯利亞永久凍土帶中發(fā)現(xiàn)天然氣水合物礦藏，至此人類發(fā)現(xiàn)了自然界中的可燃冰并認(rèn)識到了可燃冰的重要性，于1970年開始著手研究商業(yè)開采。而海洋中的天然氣水合物則是在1971年由美國學(xué)者Stoll等人在深海鉆探巖心中發(fā)現(xiàn)的。

可燃冰的研究和開采主要集中在近幾十年

而在近年來可燃冰的開采方面，美國、日本和德國均走在世界的前列。我國屬于開發(fā)較晚的國家，雖然大家都在覬覦這塊肥肉，但截至到我國成功海洋連續(xù)開采前，仍沒有一個國家能夠完成安全連續(xù)開采。以鄰國日本為例，2013年率先在南海海槽進(jìn)行海上試采，但因為出砂等技術(shù)問題失敗，而到了2017年4月日本又在同一海域進(jìn)行了第二次試采，第一口試采井累計產(chǎn)氣3.5萬立方米，但僅過一個月再次因為出砂問題項目再次終止。那么目前開采有哪些方式？實際開采需要面臨哪些難度呢？

點燃可燃冰開采成功后的天然氣

從目前的開采方式上來說主要有三種，分別是熱解法、置換法和降壓法，熱解法是利用了可燃冰溫度升高就會自動分解的特性，通過將溫水注入可燃冰層的方式，使固態(tài)可燃冰分解成氣態(tài)使甲烷氣體溶解到水中后，再對水中的甲烷進(jìn)行2次提取，這種方式不但要對甲烷進(jìn)行多次分離提取，還需要消耗大量的熱水，經(jīng)濟(jì)性很差。置換法是將化學(xué)試劑注入可燃冰層中，通過與可燃冰反應(yīng)，改變可燃冰狀態(tài)，達(dá)到采氣的目的，這種方法和熱解法類似，對甲烷氣體的收集和經(jīng)濟(jì)性都有一定的難度。降壓法是利用可燃冰層下面往往存在游離的天然氣，將這些天然氣抽出后降低了可燃冰礦層的壓力，當(dāng)壓力減小后，可燃冰不具備保存條件就會分解出氣體。這種技術(shù)最主要的難點就是涌沙堵管的問題，目前中國成功開采可燃冰使用的也是這種基礎(chǔ)方法的升級版，成功解決了涌沙堵管的問題實現(xiàn)連續(xù)開采。

白色的小顆粒物就是可燃冰

可燃冰是天使也是魔鬼，可燃冰之所以沒有大肆開采，除了開發(fā)難度外，還有很多環(huán)境方面的問題，首先可燃冰的穩(wěn)定性比較差，一旦汽化，海底的沉積物會失去穩(wěn)定性，不但會破壞人類鋪設(shè)在海底的管道、開采平臺等，還可能造成海底塌方、滑坡甚至大規(guī)模海嘯。另外一個比較嚴(yán)重的問題是全球可燃冰蘊(yùn)含的甲烷量是大氣圈中的3000倍，而大氣中的甲烷總量增加0.5%就會讓全球變暖進(jìn)程加快。還有一種更可怕的假說“可燃冰噴射”，可燃冰瞬間汽化與爆炸無疑，所以如果海底地質(zhì)發(fā)生劇烈變化，很可能改變可燃冰的存儲條件，帶來毀滅性的災(zāi)難，據(jù)悉如果全球可燃冰爆炸其威力超過目前核武威力總和的10000倍。

墨西哥灣鉆井平臺爆炸起因也是可燃冰

而且在現(xiàn)實中已經(jīng)有非常慘痛的例子了，2010年著名的墨西哥灣鉆井平臺爆炸，罪魁禍?zhǔn)拙褪倾@井鉆到了可燃冰，當(dāng)可燃冰被鉆頭的熱量分解后，氣泡就在巨大的壓力下，順著鉆柱就沖出了海綿。據(jù)幸存的鉆井工人描述，當(dāng)時海水突然向他們噴射出來，一直噴射到高達(dá)70多米的高空，隨后甲烷氣體也跟著噴出，遇到火源后發(fā)生了爆炸。

成就并非朝夕 “藍(lán)鯨一號”竟然還有妹妹

1997年我國正式有關(guān)部門開始著手研究調(diào)查可燃冰，經(jīng)過整整10年在2007年我國成功在南海北部神狐海域完成了可燃冰的首次采樣工作，這讓我國成為世界上第五個采集到自然狀態(tài)下可燃冰的國家。而又過了整整10年，2017年我國在同樣海域試采可燃冰獲得了成功。也就是說今天看到的成績并非一朝一夕的結(jié)果，而是整整花費了20年的人力物力。

我國開采可燃冰方法的示意圖

這次中國是首先利用降壓法、打破了天然氣水合物儲層的成藏條件，再將分散在類似海綿空隙中一樣的可燃冰聚集，利用自主研發(fā)的水、沙、氣分離核心技術(shù)（地層流體抽取試采法），有效解決了儲層流體控制與可燃冰穩(wěn)定持續(xù)分解的難題，最終將天然氣取出。這其中涉及到了我國新研發(fā)的儲層改造增產(chǎn)、可燃冰二次生成預(yù)防、防砂排砂等開采測試關(guān)鍵技術(shù)，其中很多技術(shù)都超出了石油工業(yè)的防砂極限。

藍(lán)鯨1號

而負(fù)責(zé)此次開采的國之重器“藍(lán)鯨一號”由中集來福士海洋工程有限公司建造于三個月前在山東煙臺交付。這是中國造船企業(yè)在海洋工程超深水領(lǐng)域的首個“交鑰匙”工程。該平臺采用Frigstad D90基礎(chǔ)設(shè)計，配備DP3動力定位系統(tǒng)，長117米，寬92.7米，高118米，最大作業(yè)水深3658米，最大鉆井深度15240米，是目前全球作業(yè)水深、鉆井深度最大的半潛式鉆井平臺，適用于全球深海作業(yè)。

藍(lán)鯨2號內(nèi)部細(xì)節(jié)

這樣一臺國之重器的復(fù)雜程度可想而知，27354臺設(shè)備，40000多根管路，50000多個MCC報驗點，120萬米電纜拉放長度等等，據(jù)悉這臺設(shè)備的一張設(shè)計圖紙的數(shù)據(jù)量高達(dá)上百GB，需要幾十位工程師分別對每個不同部件進(jìn)行單獨的設(shè)計，然后進(jìn)行信息共享，完成組裝。其姊妹號“藍(lán)鯨2號”也將于近期交付。

100升可燃冰能跑50000公里？假的！

在可燃冰的介紹中，央視給大家舉了一個汽車的例子，一輛使用天然氣的汽車，如果一次加100升天然氣能跑300公里，那么加入相同體積的可燃冰這輛車就能跑5萬公里。乍一聽，感覺人類真的是遇到了希望，未來買了可燃冰汽車加一次“冰”就能跑一年，簡直是樂壞了老司機(jī)們啊。

但實際上可燃冰并沒有央視說的那么神奇，或者說是央視把這筆賬給算錯了。我們都知道1L可燃冰大概可以產(chǎn)生天然氣164升，100升就是16400升，而現(xiàn)在的汽車用的天然氣都是壓縮液化的天然氣，罐體一般是65L的氣瓶，天然氣的工作壓力是20MP，1L液化天然氣可以釋放天然氣200L。所以如果把100L可燃冰釋放的天然氣按照天然氣罐的標(biāo)準(zhǔn)液化后是82L,根據(jù)司機(jī)的真實數(shù)據(jù)來看70L的罐體跑高速大概可以跑200公里，所以82L的天然氣最多可跑235公里。與50000公里相差甚遠(yuǎn)。

可燃冰其實可以理解成固態(tài)的天然氣

那么央視的超高數(shù)據(jù)是如何算出來的呢？根據(jù)之前的數(shù)據(jù)可以看出1L的可燃冰可以釋放天然氣164L，所以可燃冰1L相當(dāng)于164L天然氣，根據(jù)100升天然氣可以讓汽車跑300公里得知，300公里X164結(jié)果約等于50000公里。（這么說大家就發(fā)現(xiàn)問題的根本了吧，原因就在于，100升天然氣其實也是壓縮后的液化天然氣，這個因素央視并沒考慮在內(nèi)。）

網(wǎng)友天然氣車實測數(shù)據(jù)

所以說，100升的可燃冰并不能跑50000公里，而且按照目前的開采技術(shù)來看，未來可燃冰依舊會按照天然氣的能源使用方式，為用戶提供能源，而不會讓用戶直接燃燒可燃冰。

告別能源進(jìn)口依賴 商用至少還得13年

中國宣布在海域?qū)崿F(xiàn)安全連續(xù)開采可燃冰的意義有多大？從大面來看，人類未來1000年不必?fù)?dān)心能源枯竭的問題。但從我國整體的能源形勢來看，我國作為能源大國，每年石油的消耗量超過5億噸，其中56.42%的原油需要對外進(jìn)口（2012年數(shù)據(jù)），所以能源的供給對于中國來說非常重要，而由于中國過分的依賴海外進(jìn)口，所以一旦國際局勢緊張，我國的能源入口很可能就被“卡住”，但是如果可燃冰實現(xiàn)商用化開采，我們對于海外原油的依賴度將大大下降，即便未來國際形勢緊張，我國在能源上也完全可以自產(chǎn)自足。

石油等傳統(tǒng)能源作為燃料的地位將下降

除了給我過能源供給模式帶來利好外，從這次可燃冰試采成功也可以預(yù)見，未來可燃冰很可能影響目前傳統(tǒng)能源的價格體系，一旦可燃冰的開采技術(shù)和成本下降，依靠傳統(tǒng)石油天然氣生產(chǎn)的輸出國都將喪失競爭力。而從近日的資本市場可燃冰概念股價大熱就可見一斑。

預(yù)計最早也要13年以后我們才能用上可燃冰能源

雖然目前可燃冰實現(xiàn)了開采，但從日本國家石油天然氣和金屬公司估算，從海底開采可燃冰成本高達(dá)2.8-10.8元每立方米，所以即便實現(xiàn)了穩(wěn)定開采，價格也沒什么優(yōu)勢。根據(jù)中國戰(zhàn)略規(guī)劃對可燃冰開放的安排，2006-2020年為調(diào)查階段，2020-2030年是開發(fā)試生產(chǎn)階段，2030-2050年中國的可燃冰將進(jìn)入商業(yè)生產(chǎn)階段。從目前的進(jìn)度來看，我們最早也要到13年后才能用上可燃冰。