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  “可燃冰”,专家们称之为“天然气水合物”或“甲烷水合物”,是水和天然气在高压和低温条件下混合产生的一种固态物质,外貌类似冰或固体酒精,点火即可燃烧。“可燃冰”储量丰富、分布广阔,科学家们预测,它是常规石油和天然气的最佳替代能源。2012年2月15日,日本开始在爱知县渥美半岛近海从海底试采“可燃冰”,拉开了人类开采“可燃冰”的序幕。

  利用可燃冰 人类刚刚迈出一小步

  “可燃冰”深藏在海底和陆域深处,迄今关于“可燃冰”储量和可采多少年,都是估计,不同研究机构和专家提供的数据差距很大。一些国家都在进行科学勘探,以大体查清储量、分布和特点,这是进行有效开发“可燃冰”资源的前提条件和基础。

  “可燃冰”赋存于海洋300—3000米水深的海底沉积物中,主要赋存于陆坡、岛坡和盆地的沉积物或沉积岩中。中国南海“可燃冰”蕴藏在水深350—3200米范围。据媒体介绍,日本负责钻探的“地球”号深海探测船向海底吊放人造金刚石钻头,降到水深约1000米的海底后通过遥控机器人寻找最佳钻探地点,向下钻探四个约260米,触及到蕴藏可燃冰的地层。

  陆地上的可燃冰资源主要分布在高纬度极地永久冻土带之下,或者大陆边缘的斜坡和隆起处。中国是世界上第三冻土面积大国,冻土区面积达215万平方公里,具备有利于可燃冰赋存条件和资源前景。2009年9月25日,在国土资源部举行的新闻发布会上,国土资源部总工程师张洪涛介绍,国土资源部2008年11月在祁连山南缘永久冻土带(青海省天峻县木里镇,海拔4062米)成功钻获甲烷水合物;2009年6月继续钻探,获得宝贵的实物样品,并对样品进行了室内鉴定,掌握了一系列数据。这是我国继2007年5月在南海北部钻获甲烷水合物之后的又一重大成果。青海省甲烷水合物储量约占我国陆域甲烷水合物储量的1/4。据“可燃冰”项目负责人之一、中国煤炭地质总局青海煤炭地质105队队长、总工程师文怀军介绍,青海木里煤田含可燃冰岩层段埋藏浅,只有130—300多米,这为可燃冰开采提供很大有利条件。这里的冻土层较薄,只有80—120米,也为将来从事科研和开发带来极大便利,中国开发可燃冰有望在这里取得突破。

  上述情况表明,查清深藏海底或陆域深处的可燃冰储量绝非易事,进行商业开采更加艰难。自19世纪30年代以来,一些学者和国家一直在研究可燃冰开发问题。但是,迄今仍处于科学勘探和试开采阶段。有专家估计,开发海底和陆域可燃冰资源,将分别在30年和15年之后才能大规模展开。开发可燃冰的重要性在于,随着常规石油和天然气储量日益减少,可燃冰将成为最佳的替代能源和战略资源。

  人们都说海洋深处是个大宝库,但是,迄今为止,海底有多少种和多大储量矿藏资源仍有待认知,仍是未经大规模开发的处女地。早在1965年,前苏联在西西伯利亚永久冻土带的麦索亚哈甲烷水合物储层中,采用降压、注化学药剂等方法实现了该矿藏的试开发,苏联成为世界上第一个成功试开发甲烷水合物的国家。1999年日本在近海试采成功。2011年,日本研发出可在海底沙地和岩礁等地形自如行走的无人探测机和探测海底地形的高性能声响技术。2012年2月15日,在日本爱知县渥美半岛近海进行试开采,为2013年正式开采做准备,届时将进行实际开采,并观测可燃冰开发给周边环境带来的影响。如果开采成功,日本将成为世界上第一个从海底开发可燃冰的国家。2006年,加拿大成功利用“减压法”在陆域开采可燃冰,如果能将“减压法”运用到海底开发并取得成功,那么加拿大将是世界上第一个利用“减压法”在海底开采可燃冰的国家。

  国家间的竞争已经主要是资源特别是能源竞争。美国安全问题专家迈克尔·克莱尔在2001年出版的《资源战争:全球冲突新景观》一书中预言:“21世纪地缘政治的基本轮廓是,各国将对石油、木材、矿石和水这类战略物质资源,展开大规模的竞争。”早在20世纪70年代,美国前国务卿亨利·基辛格展望美国地缘政治的长期目标时说:“谁控制了石油,谁就控制了所有国家;谁控制了粮食,谁就控制了所有的人;谁控制了货币,谁就控制了整个世界。”据美国传统基金会网站2011年5月31日发表美国能源自由中心执行主任亚历山德拉·里迪·伯恩的一篇题为《美国的能源自由:经济复苏的基础》的文章介绍,自1973年以来,美国总统在25篇国情咨文中都就美国人日益依赖外国能源问题的危害和陷阱提出警告。近40年来,美国开发能源特别是开发非常规油气资源取得重大成果。据统计,截至2011年10月,美国的能源自给率已达到81%,为1992年以来最高水平。2010年美国消费石油八亿吨,其中从中东地区进口8600万吨,对中东石油依存度为11%。美国在开发页岩气取得重大进展的情况下,正在大力开发可燃冰资源。从2000年起,政府与大学和私营企业合作,对可燃冰进行勘探和实地研究,目标是在2016年进行商业性开采。

  中国从1999年起加强对可燃冰资源进行实质性的调查和研究,已经取得一些突破性的成果。第一,证实了我国南海存在可燃冰资源,发现了南海北部陆坡可燃冰资源有利开发区,评价了该区域可燃冰资源潜力,并确定了东沙、神狐两个可燃冰重点目标;第二,陆域勘察可燃冰资源取得重大进展,证实了在我国广阔冻土区蕴藏着丰富的可燃冰资源;第三,有了较强的科技和管理人才队伍以及技术准备,国土资源部总工程师张洪涛预计,我国有望在10—15年后进行陆域可燃冰资源的商业开发利用。有专家预计,到2015年,争取在南海实现可燃冰资源的试开采。

  据统计,2010年中国消费能源超过20亿吨油当量,约占全球能源消费总量的20%,成为仅次于美国的世界第二能源消费大国。在一次能源消费中,煤炭、石油和天然气所占比重,世界分别为29%、33%和24%,美国分别为32%、29%和24%,中国分别为70%、18%和4%,其中,国内开采石油2.03亿吨,进口2.39亿吨,进口石油依存度达54%,其中近75%来自西亚和非洲。我国海底和陆域蕴藏着丰富的页岩气和可燃冰资源,完全能够满足我国能源需求,提高能源自给率,保障能源安全供应,从而实现经济社会持续健康发展。

  可燃冰资源:引发众多国家关注

  2011年7月,“第七届国际天然气水合物大会”在英国爱丁堡召开,美国、中国、日本、韩国和英国等30多个国家的600多位代表与会;“第八届国际天然气水合物大会”将于2014年在北京举行……这么多国家和这么多代表与会,对可燃冰这种新能源表现出极大的关注,充分表明,世界很多国家都在准备参与开发全球蕴藏丰富的可燃冰资源。

  期待替代能源

  自1930年全球主导能源从煤炭转向石油以来,石油消费急剧增加。据英国石油公司统计,2010年全球消费能源120亿吨油当量,其中石油和天然气分别占33.6%和23.8%。据埃克森美孚公司总裁杜勒森预测,到2030年全球各种能源日需求量将达到3.35亿桶油当量,其中石油和天然气分别占35%和25%。据美国《油气》杂志统计,截至2010年,全球石油和天然气剩余探明储量分别为2013亿吨和188万亿立方米。常规石油和天然气都是不可再生矿藏资源,越采越少。有专家估计,目前地球上的石油资源大致还可以用40年,天然气资源还可以用70年,煤炭资源还可以用190年。储量丰富的“可燃冰”将是常规石油和天然气的最佳替代能源。

  “可燃冰”大多分布在深海海底和陆地冻土区域深处。海底“可燃冰”分布的范围约占海洋总面积的10%,达4000万平方公里,总储量是全球已探明石油、煤炭和天然气储量的两倍,是常规天然气储量的50倍。有专家估计,仅全球海底“可燃冰”资源可供人类使用1000年。还有资料估计,“可燃冰”在全球范围内广泛存在,全球约占27%的陆域是形成“可燃冰”的潜在地区。在全球边缘海、深海槽区及大洋盆地地区,有利于形成“可燃冰”的面积约为18.9亿平方千米,占海洋总面积的30%。英国《星期日泰晤士报》2012年1月15日刊登乔纳森·利克一篇题为《争夺“冻在海底”的神奇气体的竞赛开始》的文章介绍:“挪威国家石油公司最新的一项研究结果显示,应该将甲烷水合物归类为一种重要的燃料源,因为埋在海底的甲烷水合物提供的动力足够世界使用几十年甚至几个世纪。”挪威国家石油公司负责勘探非常规碳氢化合物的经理埃斯彭·安德森说:“甲烷水合物有巨大的能含量,有可能超过其他所有已知化石燃料的能含量总和。”可燃冰的热量很高,一立方米可燃冰可以释放164立方米的天然气。

  可燃冰储量令人惊讶

  据美国地质调查局估计,仅美国加州沿海地区就拥有甲烷水合物约37万亿立方米。美国趣味科学网站2010年5月23日发表题为《追踪甲烷可估算墨西哥湾浮油的规模》一文中援引英国石油公司负责人的话说,泄漏的原油约有40%是由甲烷构成的。甲烷在从海底深处的油井往上升的过程中会溶解于水,美国的许多科研船只已经拥有了相应设备,可以估算出这些往上升的甲烷的储量。法新社2010年3月4日发表的一项报告介绍,从2003年到2008年,由阿拉斯加大学费尔班克斯分校的科学家纳塔利娅·沙霍娃和利伊戈尔·谢米列托夫领导的国际研究小组探查了西伯利亚东部北极地带大陆架,其面积覆盖北冰洋海底200万平方公里。他们的研究报告指出,北冰洋不稳定永久冻土层中的甲烷气体向大气层外泄的速度比科学家们以前认为的要快。研究报告称,“这一发现揭示,海底永久冻土层而并非陆域是被忽视的甲烷气体巨大来源,甲烷气体的大范围排放可能将大大加剧全球变暖。”这些事实都显示,在墨西哥湾和北极地区海底都蕴藏着大量“可燃冰”资源。

  日本几乎没有矿藏资源,所需99.7%的石油依赖进口,其中87%来自中东地区。香港《亚洲时报》网站2009年12月22日发表记者高桥浩佑题为《日本视甲烷水合物为能源救星》的文章认为,日本“也许找到了一种在一定程度上改变几乎完全依赖从其它国家进口石油这一局面的办法”。投资者相信,日本能够采掘甲烷水合物并对其进行商业利用。人们希望,甲烷水合物能够取代石油。据估计,仅日本周边海底沉积物中甲烷水合物的储量,就足以提供相当于日本目前每年天然气使用量90倍的能源。日本政府在2007年宣布,距离本州岛东海岸大约50公里的南海海槽地区蕴藏着1 .14万亿立方米甲烷水合物,这一储量几乎相当于日本目前每年天然气消费量的14倍。日本周边海底还蕴藏着其他大量甲烷水合物。据估计,四国、九州、北海道等海域蕴藏的“可燃冰”总量,相当于日本天然气100年的消费量。日本石油、天然气和金属矿物资源机构(Jogm ec)预测,日本西南沿海的南海海槽区域的甲烷水合物储量可以提供足够日本使用300年的能源。

  中国资源量可观

  中国是“可燃冰”资源储量最多的国家之一。2004年,中德联合科考队的“太阳号”考察船在南海海底发现了当今全球最大的碳酸盐结壳,面积达430平方公里。它充分证实了海底甲烷水合物曾释放出大量的甲烷。据专家预测,我国南海西沙海槽、台湾西南陆坡、南沙海槽、冲绳海槽海底可能存在大量的甲烷水合物资源,可以满足我国今后数百年的需求。2009年夏,在祁连山南缘,一簇火苗的燃烧,成为令人振奋的消息:我国成为世界上第一个在中低纬度冻土区发现“可燃冰”的国家!据专家们估计,我国“可燃冰”的资源储量为803 .44亿吨油当量,接近于我国常规石油资源量,约是我国常规天然气资源量的两倍。据国土资源部专家估计,我国陆域“可燃冰”远景资源量至少有350亿吨油当量,可供我国使用近90年。

  新能源利用:不能让环境付出代价

  截至2010年,煤炭、石油和天然气等化石能源仍占全球能源消费的86%,源自化石能源消费排放的温室气体占全球温室气体排放总量的2/3。有效安全开发清洁能源,不仅是化石能源的最佳替代能源,而且将大大改善环境。可燃冰是一种洁净能源,它所含的杂质比常规天然气更少,燃烧后几乎不产生污染物质。

  可燃冰主要气体成分为甲烷。《科技日报》曾刊登杨玉峰一篇题为《“可燃冰”:沉睡的未来能源》的文章介绍,关于“可燃冰”的成因,目前主要有两种观点,一种认为,可燃冰最初来源于海底的细菌。海底存在大量动植物的残骸,这些残骸腐烂时产生细菌,细菌排出甲烷,当正好具备高压和低温的条件时,细菌产生的甲烷气体就被锁进气水合物中,即“甲烷水合物”。另一种观点认为,可燃冰由海洋板块活动而成。当海洋板块下沉时,较古老的海底地壳会下沉到地球内部,海底石油和天然气便随板块的边缘涌上表面。当接触到冰冷的海水和深海压力,天然气与海水产生化学作用,就形成“甲烷水合物”。认清“可燃冰”主要气体成分为甲烷的重要性在于,如果不能保证足够的高压和低温,可燃冰会迅速融化为水和甲烷,如果不能对甲烷进行安全有效地收集,大量甲烷将直接进入大气,全球气候将面临一场灾难。

  英国《星期日泰晤士报》2012年1月15日发表题为《争夺“冻在海底”的神奇气体的竞赛开始》的文章援引英国爱丁堡的赫里奥特—瓦特大学气体水化物研究中心主任巴赫曼·托希迪教授的话说:“人们的想法是,通过稍微加热或稍微降低压力来扰乱沉积层。甲烷随后会变回气体,我们就可以收集了。如果我们能找到一种技术来实现这个想法,就像日本人正在做的那样,那么我们就有可能获得巨大的新能源。”不过,需要克服巨大的技术和环境障碍。“最担心的是,甲烷水合物沉积层的化学不稳定性意味着开采有可能产生一种失控反应,会向海洋释放数百万吨甲烷气体。”文章指出:“这类泄漏也将对气候造成灾难性影响,因为甲烷在导致全球变暖上比二氧化碳大很多倍。”中国能源问题专家胡文瑞最近发表题为《可燃冰:灼灼其华待有时》的文章指出,可燃冰在资源方面显得非常重要,但开发和利用可燃冰也会给人类带来一系列的环境问题,其中包括可燃冰与温室效应有着密切联系;因海底可燃冰分解而导致斜坡稳定性降低是海底滑坡产生的另一个重要原因;如果在开采过程中向海洋排放大量甲烷气体,将会破坏海洋中的生态平衡。

  从勘探到开发可燃冰资源是一个系统工程,需要各领域专家协力合作,不断提高科技水平和拥有先进的设备,开发要由点到面,不断总结经验,实现安全开发,既提供新能源,又保护环境。

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  日本研究机构着手钻探可燃冰

  □记者 蓝建中 何德功 东京报道

  日本石油天然气和金属矿物资源机构日前宣布,其钻探可燃冰的工作已进入最后准备阶段,力争于近期当晚开始在爱知县渥美半岛近海海底进行钻探,为明年的生产试验做准备。

  可燃冰又称甲烷水合物,是甲烷气体和水分子形成的白色结晶体,能像天然气一样燃烧。地球上可燃冰的储藏量非常大,被认为是有望取代煤、石油和天然气的新能源。可燃冰在高压低温条件下形成,通常存在于大陆架海底地层以及地球两极的永久冻结区域。

  预计此次可燃冰钻探和生产试验的费用将达到170亿日元(1美元约合77日元)。如能实现稳定生产,日本石油天然气和金属矿物资源机构希望在2018年度实现商业生产。

  此次钻探的地点位于爱知县渥美半岛以南70至80公里的近海海底,该海域被认为埋藏着约一万亿立方米的可燃冰,相当于日本十几年的天然气消费量。届时,日本海洋研究开发机构的深海探测船“地球”号,将在海面下约1260米处可能蕴藏可燃冰的地层钻四个井。

  据了解,此次可燃冰的生产试验将研究是否能切实从海底开采可燃冰,以及开采过程对周边环境的影响。其中一个钻井将用于实际生产试验,其余钻井用于观测生产前后温度等变化情况。

  日本近海海底是可燃冰宝库。据估算,其储藏量相当于日本国内90年的天然气消费量。但是,可燃冰被封闭在海底严酷的低温高压环境下,采掘时一旦甲烷气体喷出而不能得到有效控制的话,后果不堪设想。为防止此类事故发生,有必要事先对海底的地质条件等进行缜密的调查,并谨慎确定采掘地点和方法。