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    可燃冰:沉睡的“能源之王”何时醒来

    放大字体  缩小字体 发布日期:2014-02-10  来源:中国化工报  作者:陈丹江


                          全球可燃冰分布示意图                                      


    可燃冰类型示意图

     
     
     
      近来,一种俗称“可燃冰”的天然气水合物频频见睹媒体,成为社会关注度越来越高的热词。2013年底,国土资源部在北京举行“2013年海域天然气水合物勘探成果”新闻发布会,发布了一个重大喜讯:在我国珠江口盆地东部海域首次探获了高纯度新类型可燃冰。自此,这个被称为沉睡的“能源之王”再次走进了公众的视野。2014年2月1日,新春佳节的第二天,我国南海可燃冰富集规律与开采基础研究通过验收,由此标志着我国南海可燃冰基础研究系统理论初步建立。我国研究开发可燃冰的意义何在,其何时能够进入商业化开发,记者为此进行了采访。


      雾霾凸显能源之困


      “在探究雾霾形成的根本原因时,不能忽略石油峰值的来临。它不仅是一场能源危机,而且是一场排放灾害。”我国石油峰值学派代表人物、中国石油大学教授冯连勇接受记者采访时认为,由于石油峰值的来临,我国油气资源的短缺,煤炭替代油气能源消耗的不断增加,都与雾霾的肆虐密切相关。


      随着人们对雾霾认识的不断深入,过量燃烧煤炭是雾霾产生的主因已成为社会的普遍共识。中国煤炭工业协会副会长姜智敏2014年1月15日在新闻发布会上称,2013年全国煤炭消费量36.1亿吨,比上年增幅2.6%左右。据记者了解,我国煤炭消耗量由2003年的20亿吨增加到2013年的36.1亿吨,年均增加1.9亿吨。而这10年,恰好是我国雾霾日渐加重的10年。


      “历史上,发达国家也曾因能源过度消耗引发了空气质量恶化,伦敦雾霾因过度消耗煤炭而引发。”冯连勇说。


      从国内外的经验来看,雾霾只是表象,我国以煤炭为主的能源消耗结构已经到了难以为继、不可持续的地步。


      “要从根本上解决包括雾霾在内的一些环境问题,采用清洁能源替代煤炭才是根本出路。”冯连勇认为。


      然而,“富煤、贫油、少气”的能源资源格局使我国煤炭消耗占比能源总量达70%以上,以现有的各种能源形态要想较大份额地替代煤炭,似乎不太现实。比如,我国虽然加速开发水电、太阳能、风能、生物质能源等清洁能源,但目前这些能源由于种种原因,只能部分弥补我国能源的不足,难以占据主导地位。


      2013年以来,各地为了抑制雾霾,开始尝试“煤改气”,但“煤改气”的结果导致我国本就严重短缺的天然气资源变得更加捉襟见肘。


      无奈之下,我国开始了煤制天然气示范,试图用煤制天然气补充天然气的不足。但有专家认为,煤制天然气仍然是通过燃煤获得,污染一点没有减少,只不过是将污染从中、东部转移到了西部,而且煤制天然气二氧化碳的排放量十分巨大,用煤制天然气作为清洁能源减少部分地区的雾霾或可实现,但从整体上并不能解决我国的环境污染问题。


      冯连勇认为,大力发展清洁能源和可再生能源,寻找新的可替代能源,或许是未来确保能源安全、遏制和减少雾霾等环境问题的有效途径。


      随着美国页岩气革命的成功,一些人把希望寄托在了页岩气上。但也有一种观点认为,我国页岩气储量虽然不小,可由于储藏条件比美国要复杂得多,受制于水资源及环境约束,我国页岩气开发能否成功,以及今后在能源结构中能够占多大比例,目前还不能贸然下结论。


      然而,天无绝人之路。


      “有一种叫做可燃冰的储量巨大的清洁能源,是公认的地球上尚未开发的最大新型能源,正等待着为人类服务。”中国地质科学研究院刘玉山研究员接受记者采访时乐观地表示。


      “可燃冰是水和天然气在高压、低温条件下化合而成的一种固态物质,具有使用方便、燃烧值高、清洁无污染等特点,是21世纪的新能源。”刘玉山进一步介绍说:作为一种高效清洁能源,1立方米可燃冰分解后可生成164~180立方米天然气,因其外观像冰且遇火可燃,故俗称为“可燃冰”。目前,我国可燃冰资源主要分布在南海海域、东海海域、青藏高原冻土带及东北冻土带,储量十分可观;据早期估算,全球已探明的可燃冰总储量为10万亿吨碳当量,相当于世界上已发现的所有化石能源的总和,可供人类使用1000年以上。

     
      刘玉山说,国外学者认为可燃冰将使人类迎来第三次能源革命。如果人类的前两次能源革命分别是由木材到煤炭、由煤炭到石油天然气。即将到来的第三次能源革命将实现由石油天然气到可燃冰时代的转变。


      记者了解到,我国可燃冰资源调查与评价工作起步较晚,但进展较快。1999年,国土资源部正式启动可燃冰资源调查。2013年6月至9月,我国海洋地质科技人员在广东沿海珠江口盆地东部海域首次钻获高纯度可燃冰样品,并通过钻探获得可观的控制储量。由此,我国成为继美国、日本、印度之后第四个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。


      据国土资源部地质勘查司副司长车长波介绍:这次发现的天然气水合物样品具有埋藏浅、厚度大、类型多、纯度高四个主要特点。天然气水合物赋存于水深600~1100米的海床下220米以内的两个矿层中,上层厚度15米,下层厚度30米,自然呈层状、块状、结核状、脉状等多种类型,肉眼可辨。通过实施23口钻探井,控制天然气水合物分布面积55平方公里,将天然气水合物折算成天然气,控制储量达1000亿~1500亿立方米,相当于特大型常规天然气规模。


      此外,我国还查明拥有世界首个中低纬度大陆可燃冰矿田。2009年6月,我国在青海省祁连山南缘永久冻土带成功钻获天可燃冰实物样品,成为世界上第一次在中低纬度冻土区发现可燃冰的国家。据测算,青藏高原可燃冰也具有较大的资源量。


      针对记者提出的不少人对可燃冰是否可以商业化开采的疑问,业界专业表示,可燃冰未来可投入商业开采的问题毋庸置疑。


      2013年3月,日本已在南海海域进行了可燃冰的试验开采,共开采了6天,每天产出2000立方米甲烷,在全世界首次成功实现了海底开采。而目前,我国试采可燃冰也已列入国家计划,按照计划,我国将在勘查评价的基础上,利用诲上开采配套技术研究成果,实施水合物试验性开采。这表明,我国可燃冰的研究不仅在基础理论方面取得重大突破,在实际运用方面也取得长足进步,并已上升为国家战略。


      产业化步伐需再提速


      “目前,国际上对可燃冰的勘探与商业化开采步伐呈你追我赶之势,在可燃冰商业化竞赛中,走在前面的是日本、美国等国家,印度也在急起直追。”刘玉山介绍说。

     
      可燃冰勘探开发是一个系统工程,涉及众多的学科,如海洋地质、地球物理、地球化学、流体动力学、热力学、钻探工程、地质实验技术、海洋生物学等,大力开展可燃冰勘探开发研究可推动世界各国海洋地质、矿产资源、全球变化等基础研究的技术进步,并带动相关产业发展,形成新的经济增长点。


      刘玉山进一步介绍说,中国开始可燃冰勘察研究较发达国家晚近20年,目前仍有5~7年的技术差距。我国于1999年第一次启动可燃冰的相关研究,而主要发达国家早在上世纪80年代之前就开始了对可燃冰的研究,无论从能源结构、还是环境容量等方面考虑,我国在可燃冰研究方面都是时不我待,应该再提速。


      “尽管目前我国已在南海北部圈定出若干个钻探目标区,但仅在神狐海域这一局部地区实施了钻探,还有大量目标区有待进一步精确调查和钻探研究,这些都要通过国家新的可燃冰计划来进一步完成。”刘玉山说。


      我国较早进行可燃冰研究的中国地质科学研究院矿床地质研究吴必豪研究员呼吁,我国应加强对可燃冰的基础研究,特别是要加强对已发现矿的深入研究。


      就可燃冰开采的技术问题,刘玉山介绍说,可燃冰的开采主要有三种方法。一是降压法,二是热激法,三是试剂注入法。无论哪一种方法,无非是使处于低温高压下的可燃冰迅速分解,最终以气态呈现出来,使人类使用。


      近5年来,美国和加拿大开采经验表明,降压法开采比较经济,可持久。专家表示,把降法和热激法结合起来,开采效率会更高。


      刘玉山说,2002年,加拿大用热激法开采了5天,产出几百立方米气体,取得了一些经验。2008年采用降压法在同一地区开采6天,比第一次多出10倍。美国在阿拉斯加地区已试验3年时间,积累了大量数据,通过数据模拟表明,该地区可开采10年以上。


      据记者了解,可燃冰开采现在又有了新的方法,研究表明,CO2水合物比可燃冰更稳定,人们完全可以把工业生产排放的二氧化碳实施“碳捕”,将捕获得的碳通过注入法置换出可燃冰,可谓一举两得。美国在阿拉斯加地区已经在开展这方面的试验。


      按照我国可燃冰战略规划的安排,2006~2020年是调查阶段,2020~2030年是开采试验阶段,2030~2050年,中国可燃冰将进入商业生产阶段。


      据记者了解,我国已有石化企业在着手参与可燃冰开采的前期准备工作。2010年6月,中海油与青海省政府签署《资源合作战略框架协议》,两者组建工程研究中心,进行可燃冰勘查研究和试验。2013年6月,神华集团与青海省有色地质勘查局签订合约,计划投资6600万元用于聚乎更矿区三露天可燃冰项目的勘探。这也是神华集团自2011年11月与青海省政府签订可燃冰开发合作协议后的最新进展。


      有专家认为,在可燃冰的勘探与开发这个环节上,国家可以考虑制定一些新的鼓励政策来加快对这一能源的了解,其中包括吸引更多的石化企业和中小技术企业一同参与可燃冰的技术研究和商业开发。


      业界专家表示,只要国家高度重视,加之环境的倒逼,这一规划完全可以大大提前,也应该提前;如果深海勘探技术、运输技术、储藏技术能够加快进展,则可燃冰或能在2030年前后进入商业开发阶段,逐步成为替代煤炭的清洁能源。


      在21世纪中后期,天然气及天然气水合物在能源资源中所占的份额将逐步超过煤炭和石油,成为主导能源。图为木材(Wood)、煤炭(Coal)、石油(Oil)、天然气(Natural Gas)、氢能(Hydro)、核能(Nuclei)、天然气水合物(G-Hydrate)等各种能源占比。

     


    可燃冰或成能源新星
     

     
     
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