可燃冰真的是冰嗎？能源新寵其實(shí)不神秘

前不久國(guó)土資源部中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在中國(guó)南海宣布，我國(guó)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(guó)成為全球第一個(gè)實(shí)現(xiàn)在海域連續(xù)穩(wěn)定開(kāi)采可燃冰產(chǎn)氣的國(guó)家。這對(duì)于崛起中的中國(guó)來(lái)說(shuō)無(wú)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(guó)！

藍(lán)鯨1號(hào)開(kāi)采平臺(tái)正在開(kāi)采可燃冰

可燃冰實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定開(kāi)采的意義有多大？據(jù)世界能源會(huì)議統(tǒng)計(jì)，世界已探明可采煤炭?jī)?chǔ)量共計(jì)15980億噸，預(yù)計(jì)還可開(kāi)采150年。探明可采石油儲(chǔ)量共計(jì)1211億噸，預(yù)計(jì)還可開(kāi)采30～40年。探明可采天然氣儲(chǔ)量共計(jì)119萬(wàn)億立方米，預(yù)計(jì)還可開(kāi)采60年。也就是說(shuō)如果沒(méi)有新能源的話，再過(guò)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(zhǎng)，人類歷史幾百萬(wàn)年，區(qū)區(qū)百年真的是彈指一揮，所以我們也可以看到國(guó)家在不斷的開(kāi)發(fā)風(fēng)能、太陽(yáng)能等潔凈能源，但目前來(lái)說(shuō)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(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

可燃冰的優(yōu)勢(shì)在哪呢？現(xiàn)已探明的我國(guó)可燃冰的蘊(yùn)藏量大概有1000億噸左右，這個(gè)是什么概念呢？上文也說(shuō)道全球石油儲(chǔ)量大概1211億噸，也就是說(shuō)僅我國(guó)的可燃冰儲(chǔ)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(chǔ)量更是驚人，占全球有機(jī)碳總量的1/2以上，預(yù)計(jì)產(chǎn)生的能量可以供人類再使用1000年。所以，如果可燃冰實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定廉價(jià)的開(kāi)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(lái)自美國(guó)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(gè)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(shí)并不是，只不過(guò)是因?yàn)樗幸粋€(gè)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(gè)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(diǎn)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(jiàn)的煤炭、石油、天然氣多出數(shù)十倍（同體積下），所以無(wú)論從儲(chǔ)存量、熱量和環(huán)保角度考慮，可燃冰都可以說(shuō)是人類未來(lái)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(wàn)倍

關(guān)于人類對(duì)可燃冰的研究最早可以追溯到1778年，英國(guó)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(gè)在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(duì)美國(guó)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(shí)到了可燃冰的重要性，于1970年開(kāi)始著手研究商業(yè)開(kāi)采。而海洋中的天然氣水合物則是在1971年由美國(guó)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(kāi)采主要集中在近幾十年

而在近年來(lái)可燃冰的開(kāi)采方面，美國(guó)、日本和德國(guó)均走在世界的前列。我國(guó)屬于開(kāi)發(fā)較晚的國(guó)家，雖然大家都在覬覦這塊肥肉，但截至到我國(guó)成功海洋連續(xù)開(kāi)采前，仍沒(méi)有一個(gè)國(guó)家能夠完成安全連續(xù)開(kāi)采。以鄰國(guó)日本為例，2013年率先在南海海槽進(jìn)行海上試采，但因?yàn)槌錾暗燃夹g(shù)問(wèn)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(jì)產(chǎn)氣3.5萬(wàn)立方米，但僅過(guò)一個(gè)月再次因?yàn)槌錾皢?wèn)題項(xiàng)目再次終止。那么目前開(kāi)采有哪些方式？實(shí)際開(kāi)采需要面臨哪些難度呢？

點(diǎn)燃可燃冰開(kāi)采成功后的天然氣

從目前的開(kāi)采方式上來(lái)說(shuō)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(huì)自動(dòng)分解的特性，通過(guò)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(duì)水中的甲烷進(jìn)行2次提取，這種方式不但要對(duì)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(guò)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(duì)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(huì)分解出氣體。這種技術(shù)最主要的難點(diǎn)就是涌沙堵管的問(wèn)題，目前中國(guó)成功開(kāi)采可燃冰使用的也是這種基礎(chǔ)方法的升級(jí)版，成功解決了涌沙堵管的問(wèn)題實(shí)現(xiàn)連續(xù)開(kāi)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(méi)有大肆開(kāi)采，除了開(kāi)發(fā)難度外，還有很多環(huán)境方面的問(wèn)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(huì)失去穩(wěn)定性，不但會(huì)破壞人類鋪設(shè)在海底的管道、開(kāi)采平臺(tái)等，還可能造成海底塌方、滑坡甚至大規(guī)模海嘯。另外一個(gè)比較嚴(yán)重的問(wèn)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(huì)讓全球變暖進(jìn)程加快。還有一種更可怕的假說(shuō)“可燃冰噴射”，可燃冰瞬間汽化與爆炸無(wú)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(chǔ)條件，帶來(lái)毀滅性的災(zāi)難，據(jù)悉如果全球可燃冰爆炸其威力超過(guò)目前核武威力總和的10000倍。

墨西哥灣鉆井平臺(tái)爆炸起因也是可燃冰

而且在現(xiàn)實(shí)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(tái)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(shí)海水突然向他們噴射出來(lái)，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(hào)”竟然還有妹妹

1997年我國(guó)正式有關(guān)部門(mén)開(kāi)始著手研究調(diào)查可燃冰，經(jīng)過(guò)整整10年在2007年我國(guó)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(guó)成為世界上第五個(gè)采集到自然狀態(tài)下可燃冰的國(guó)家。而又過(guò)了整整10年，2017年我國(guó)在同樣海域試采可燃冰獲得了成功。也就是說(shuō)今天看到的成績(jī)并非一朝一夕的結(jié)果，而是整整花費(fèi)了20年的人力物力。

我國(guó)開(kāi)采可燃冰方法的示意圖

這次中國(guó)是首先利用降壓法、打破了天然氣水合物儲(chǔ)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(chǔ)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(guó)新研發(fā)的儲(chǔ)層改造增產(chǎn)、可燃冰二次生成預(yù)防、防砂排砂等開(kāi)采測(cè)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(hào)

而負(fù)責(zé)此次開(kāi)采的國(guó)之重器“藍(lán)鯨一號(hào)”由中集來(lái)福士海洋工程有限公司建造于三個(gè)月前在山東煙臺(tái)交付。這是中國(guó)造船企業(yè)在海洋工程超深水領(lǐng)域的首個(gè)“交鑰匙”工程。該平臺(tái)采用Frigstad D90基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，配備DP3動(dòng)力定位系統(tǒng)，長(zhǎng)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(tái)，適用于全球深海作業(yè)。

藍(lán)鯨2號(hào)內(nèi)部細(xì)節(jié)

這樣一臺(tái)國(guó)之重器的復(fù)雜程度可想而知，27354臺(tái)設(shè)備，40000多根管路，50000多個(gè)MCC報(bào)驗(yàn)點(diǎn)，120萬(wàn)米電纜拉放長(zhǎng)度等等，據(jù)悉這臺(tái)設(shè)備的一張?jiān)O(shè)計(jì)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(duì)每個(gè)不同部件進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行信息共享，完成組裝。其姊妹號(hào)“藍(lán)鯨2號(hào)”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(gè)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(wàn)公里。乍一聽(tīng)，感覺(jué)人類真的是遇到了希望，未來(lái)買(mǎi)了可燃冰汽車加一次“冰”就能跑一年，簡(jiǎn)直是樂(lè)壞了老司機(jī)們啊。

但實(shí)際上可燃冰并沒(méi)有央視說(shuō)的那么神奇，或者說(shuō)是央視把這筆賬給算錯(cuò)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(shí)數(shù)據(jù)來(lái)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(shí)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(lái)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(shuō)大家就發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的根本了吧，原因就在于，100升天然氣其實(shí)也是壓縮后的液化天然氣，這個(gè)因素央視并沒(méi)考慮在內(nèi)。）

網(wǎng)友天然氣車實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

所以說(shuō)，100升的可燃冰并不能跑50000公里，而且按照目前的開(kāi)采技術(shù)來(lái)看，未來(lái)可燃冰依舊會(huì)按照天然氣的能源使用方式，為用戶提供能源，而不會(huì)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(guó)宣布在海域?qū)崿F(xiàn)安全連續(xù)開(kāi)采可燃冰的意義有多大？從大面來(lái)看，人類未來(lái)1000年不必?fù)?dān)心能源枯竭的問(wèn)題。但從我國(guó)整體的能源形勢(shì)來(lái)看，我國(guó)作為能源大國(guó)，每年石油的消耗量超過(guò)5億噸，其中56.42%的原油需要對(duì)外進(jìn)口（2012年數(shù)據(jù)），所以能源的供給對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)非常重要，而由于中國(guó)過(guò)分的依賴海外進(jìn)口，所以一旦國(guó)際局勢(shì)緊張，我國(guó)的能源入口很可能就被“卡住”，但是如果可燃冰實(shí)現(xiàn)商用化開(kāi)采，我們對(duì)于海外原油的依賴度將大大下降，即便未來(lái)國(guó)際形勢(shì)緊張，我國(guó)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(guò)能源供給模式帶來(lái)利好外，從這次可燃冰試采成功也可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)可燃冰很可能影響目前傳統(tǒng)能源的價(jià)格體系，一旦可燃冰的開(kāi)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(guó)都將喪失競(jìng)爭(zhēng)力。而從近日的資本市場(chǎng)可燃冰概念股價(jià)大熱就可見(jiàn)一斑。

預(yù)計(jì)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(shí)現(xiàn)了開(kāi)采，但從日本國(guó)家石油天然氣和金屬公司估算，從海底開(kāi)采可燃冰成本高達(dá)2.8-10.8元每立方米，所以即便實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定開(kāi)采，價(jià)格也沒(méi)什么優(yōu)勢(shì)。根據(jù)中國(guó)戰(zhàn)略規(guī)劃對(duì)可燃冰開(kāi)放的安排，2006-2020年為調(diào)查階段，2020-2030年是開(kāi)發(fā)試生產(chǎn)階段，2030-2050年中國(guó)的可燃冰將進(jìn)入商業(yè)生產(chǎn)階段。從目前的進(jìn)度來(lái)看，我們最早也要到13年后才能用上可燃冰。