可燃冰真的像传说中那么神吗？
　　
文  张可涵

　　2017年5月10日，我国南海神狐海域可燃冰水合物试采点火测试开始，截至7月9日试采井正式关井，连续稳定产气长达60天，远远超过了美国、日本，标志着我国在可燃冰开采领域已经迈向了世界领先水平。随着这一成果的发布，越来越多的神乎其神的新闻让并不了解的读者们认为可燃冰已然能在目前的技术下代替石油、天然气等能源成为新型的清洁能源。然而，可燃冰真的是万能的清洁能源吗？我国连续开采的巨大成果又意味着什么呢？
　　
趋近完美的新能源

　　可燃冰，学名天然气水合物，跟大众想象不同的是，可燃冰并不是一种全新的能源万金油，它的本质是被困在晶胞（水合物）中的被大众熟知的小分子甲烷气体而已。因外观和冰类似，遇火可以直接被燃烧，故称其为可燃冰。
　　天然气水合物的沉积主要来源于两种方式，第一种是在海洋内的众多微生物和生物在死亡后其遗体不断地在海底沉积，分解成有机气体如甲烷、乙烷，而这些有机气体钻入深海底结构松散的沉积岩微孔中，和水分子融合被包裹，这种方式的必备条件是高压低温；第二种在气候酷寒导致矿物质层的温度降低，同时受到地层的高压力，使得原本在地壳内松散分布的碳氢化合物和地壳中的水分子构成融合的矿层。天然气混合物为白色固体，其中甲烷占化合物的80%～99.9%。既然可燃冰的能源本质是甲烷，那么可燃冰比普通甲烷气体和其他天然气的优势是什么呢？为何众多国家为之趋之若鹜？
　　作为理想的能源来说，可燃冰在能源效率上可以说是趋近完美，1立方米的可燃冰可转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水。同时，天然气水合物燃烧后几乎不产生任何残渣，单从污染上来说比煤炭、石油、天然气都小得多。但是燃烧后生成的温室气体如不加以控制则会产生更严重的温室效应。可燃冰分布十分广泛，保守估计可燃冰总量是目前全球已经探明存在的煤炭、石油和天然气总量的近两倍。
　　根据这组数据，我们不难理解为何以美国和日本为首的发达国家十分热衷于发展可燃冰能源了，在这个谁掌握能源谁是老大的工业社会，可燃冰已然成为众人跃跃欲试的香饽饽。世界上海底天然气水合物已发现的主要分布区是大西洋海域的墨西哥湾、加勒比海等，西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、冲绳海槽、日本海、日本南海海槽等，我国可燃冰分布的具体区域已探明的是东海海域、南海海域以及东北冻土地带等。
　　这其中，此次开采试点南海海域北部的可燃冰资源数量是我国南海深海已探明的油气地质存储的6倍，占据我国陆地石油总量的二分之一。另外，令人关注的是，我国台湾省西南方位海域内存在非常丰富的可燃冰资源，专业人士预估其资源量至少与350亿吨石油相当。面对如此巨大的能源储备量，各国的开采进程都如何呢？为什么我国南海持续一个月的开采是一个重大的突破？
　　
“十八般武艺”搞开采

　　可燃冰的不稳定性，成为了其开采过程和量化生产的重要难题。可燃冰在常温常压下非常容易分解为天然气和水，而其开采不当产生的甲烷气体和引发的温室效应是二氧化碳的10～0倍。目前常见的开采方法有热激发法、增添化学试剂、降压法、二氧化碳置换法等方式，不过每种方法都各有其利弊。
　　比如热激发法主要是利用加压泵将热流体从地面注入地层，同时对该地层进行加热，加快地层温度的升高，从而促使水合物分解为CH4和H2O。这种方法目前仅适用于开采时可燃冰气藏的密度相对较大，如果各层间出现较多的夹层而非全部是可燃冰层，那么这种方法就不太实用，并且在开采过程中会造成大量的热损失，且形成的甲烷气不易收集，能源的利用率过于低下。
　　降压法是在游离气体丰富的地层中通过降低压力加快形成低压的空洞，改变气压使可燃冰状态变得不稳定，从而分解为CH4和H2O。但是这种方法的缺点在于在实施降压的过程中没有额外的热量可以输送到开采层，这会导致可燃冰在进行分解的时候大量吸收周围热量，当周围的温度下降到一定的程度时候，就会降低并最终抑制可燃冰分解。
　　添加化学剂法操作起来相对简单易行，主要是通过钻井向地层注入某些有效的化学抑制剂，来破坏可燃冰相对稳定的外部条件，达到使可燃冰分解为CH4和H2O目的。但是缺点就是其开采时间非常长，成本也非常高，并不适合可燃冰的商业开采，不过这种方法可以有效降低能源浪费，利用这种特性，如果能和前面提到的降压法进行配合的话，可以在某种程度上有效提高开采效率。
　　
可燃冰的未来

　　我国较于其他发达国家，可燃冰研究发展进程较为落后。第一个成功在海底开采可燃冰的国家是日本。2013年3月12日，日本成功从爱知县附近深海可燃冰层中提取出甲烷。日本采用了降压法把可燃冰中的水分抽出降低其压力，分离了甲烷和水分，但由于海底砂层流入开采钻井，仅6天研究被迫中断，因此我国此次的南海采集足一周后登上了各种国际头条。但与此同时，日本也在2017年5月4日宣布日本石油天然气金属矿物资源机构从日本近海可燃冰层中提取出甲烷，但由于此次开采实验没有达到目标，日本方面并没有表示未来的开采计划。
　　反观此次我国南海可燃冰开采，可以说是历史性的突破也并不为过，如此长时间的开采无事故可以称之为领跑世界。但值得商榷的是，此次开采所应用的技术，在实质上并没有突破可燃冰开采的壁垒，在钻井技术以及采气技术上都使用的是常规的技术，而上文提到的开采方式的缺点，也并没有实质性地解决。在未来，可燃冰的理论研究和开采技术商业化的研究仍需大量实践与探寻。
　　可燃冰开采中最引人担心的部分，无非就是对生态环境的破坏了，这也是可燃冰被神化作为清洁能源的一大误区。与深海石油开采不同的是，可燃冰层上没有任何其他覆盖的结构，一旦开采不当，使得温度稍微变化，可燃冰中的甲烷气体就会从中分解喷发，而其喷发并不会像石油一样有迹可循，如果大面积甲烷气体异常，对海洋生态来说可谓是一场灾难。甲烷气体已被证实其温室效应是二氧化碳的20倍之多，而海水中甲烷气体的增多也使得海洋中的生物濒临死亡甚至灭绝。另外，过度开采可燃冰也会使深海结构不稳定，导致海底滑坡加剧，无论是对生态礁石抑或是海洋结构的稳定都是非常大的隐患。
　　为此，可燃冰的商业化量产是否可行，仍然是亟待各国解决的问题，对于可燃冰能源可以替代石油、天然气为人类提供至少千年能源的美好设想，也仅仅是被神化，以讹传讹罢了。我国南海首次可燃冰开采成功固然是对我国能源事业的一个重大鼓励和肯定，但“开采成功”与“稳定生产”仍有巨大的鸿沟需要跨越。希望各国能源工作者可以正视此次成功并更加努力的发展可燃冰研究，为人类发展造福。科
　　
　　(《科学大众》杂志、“今日科协”微信公众平台供稿）