可燃冰熱的冷思考，汽車燒油到燒冰有多遠？

自5月18日國土資源部部長姜大明宣布我國首次在南海海域可燃冰連續試采成功，中共中央和國務院發賀電起，短短三四天，可燃冰熱席捲全國。作為專業礦材平台的小編，查閱了幾十篇可燃冰研究文獻和報道卻發現，到目前為止，從可燃冰的物化性能、成因、分布、儲量，到可燃冰勘查、開採、存儲、運輸、成本、環保等一系列理論和應用實際問題，世界各國科學家正在研究探索，尚沒有定論和可靠答案。

可燃冰真正應用要解決問題非常多，汽車燒油到燒冰還很遠。因此，我們必須給可燃冰熱降溫，冷思考可燃冰，以科學的態度深入認識和研究可燃冰，才有助於可燃冰發展，讓我們的汽車早點燒上冰，早點加箱冰跑得更遠。

可燃冰物化性能

自然界發現的可燃冰多為白色、淡黃色、琥珀色等顏色，呈軸狀、層狀、小針狀結晶體或分散狀；可燃冰具多孔性，硬度和剪切模量小於冰，密度和冰的密度大致相同，熱導率和電阻率遠小於冰，可在0℃以上生成，但超過20℃就分解。

可燃冰實物

可燃冰是天然氣充填在水晶體籠架中形成的冰狀固體物，其本質是小分子氣體（主要是CH4）「住」在由各種規則籠形結構（水分子組成）相套在一起組成的晶胞結構里，小分子是客體，晶胞結構是主體，主客之間通過范德華力聯繫在一起，就好比是屋子裡面住了人一樣。

可燃冰結構

可燃冰成因

可燃冰結構獨特，形成條件受溫度和壓力影響大，其形成機理仍在摸索中。

可燃冰形成必須滿足三個條件：

一是溫度不能太高，海底溫度在2～4℃，這才適合可燃冰的形成，而一旦溫度高於20℃，可燃冰就會分解；

二是壓力要足夠大，需要30個大氣壓才可形成可燃冰，壓力越大可燃冰就越穩定，而海深300米才能達到30個大氣壓；

三是要有甲烷氣源，產生甲烷要靠海底古生物遺骸的沉積物被細菌分解，或者天然氣在地球深處產生並不斷進入地殼。

可燃冰分布及資源量

可燃冰有海洋和陸地凍土帶兩種，其中海洋可燃冰主要賦存於新生代欠固結岩石或沉積物中，在砂岩或粉砂岩中以細粒侵染狀分布於空隙中或網狀充填裂隙中；在未成岩的沉積物中通常呈團塊狀、絮狀、薄層狀和透鏡狀，整體含氣性差，但在砂岩儲集層中整體含氣性好，海洋可燃冰在上新世底層中發現較多。

目前海洋中發現的可燃冰數量和規模比陸地大，主要分布在東西太平洋邊緣和西大西洋邊緣。此外，東大西洋邊緣和印度洋也有少量發現，中北美洲沿岸發現最多。世界海洋陸坡面積90%具備埋藏可燃冰條件，海底可燃冰分布範圍約佔海洋總面積的10%，相當於4000萬km2。保守估計，可燃冰資源量是目前全球已探明的煤、石油和天然氣總量近兩倍，足夠人類使用1000年。中國南海可燃冰探明資源量約700 億噸油當量, 劃定了可燃冰礦區在西沙海槽。

陸地可燃冰分布於永久凍土帶，其成礦機理是煤層氣向上逸散，遇到上面凍土層的覆蓋，煤層氣和水在低溫高壓條件下形成可燃冰，其組分除了甲烷外，還有少量乙烷、丙烷等氣體。陸地上的可燃冰氣藏與常規氣藏賦存形式相同，都在沉積岩中。陸地可燃冰氣藏和海洋可燃冰氣藏相比，氣層厚度相對較大，並且均發現在含油氣盆地中，且氣藏屬於下生上儲型，氣源來自於下伏地層中常規氣藏的熱解氣。

中國是世界上第三大凍土國，凍土區總面積達215萬km2，具備良好的可燃冰賦存條件和資源前景，僅青海祁連山南緣永久凍土帶就有350億噸油當量以上遠景資源，可供中國使用90年。

可燃冰勘查

可燃冰調查有水合物賦存相關的地貌、沉積礦物地質、地球物理、地球化學、地震等相關方法技術，勘查包括鑽探船動力定位、鑽進升沉補償、隨鑽測井、保壓取心和現場檢測等方法和技術。

可燃冰勘查技術手段

可燃冰開採

可燃冰一般是固體狀態，如果溫度和壓力等因素髮生變化就會分解，從而產生天然氣和水，給開採帶來了非常大難度，目前全世界對其開採大多還處於摸索階段，主要開採思路和方法有兩種：

一是與傳統油氣開採相結合

通過降壓、注熱和注化學藥劑和注CO2

方法，將可燃冰在海底分解為氣體，

然後開採。其優點在於，海底以上部

分可以用現有的油氣技術開採，只需

開發提高可燃冰的分解效率技術即可；

缺點是要注入大量的能量和化學藥劑，

開採效率不高，同時可能對海底環境

造成危害。

二是固體開採

將可燃冰以固體形態輸送到海面，進行

初步泥砂分離後採用固液氣三項輸送技

術，將固態可燃冰及輸送過程中分解出

的氣體輸送到海面，然後利用海面的高

溫海水對可燃冰進行分解、收集並通過

管道輸送，或將分解出來的可燃冰重新

製成可燃冰固體轉入船運。該技術與現

有油氣開採技術差別較大，需要全面開

發，技術難度較大。

可燃冰存儲和運輸

可燃冰一般呈固體狀，其儲存與運輸技術實質為對天然氣的固態儲運技術。可燃冰可在常壓和低溫 ( 通常為-15℃ ) 的條件下儲存、運輸，氣體逸失不明顯。可燃冰在常壓下的分解只發生在表面，分解產生水又覆蓋在其表面，形成了一層冰膜，起到保護作用，避免了更多分解，理論上可以將其置於相應條件絕熱儲罐中進行存儲、運輸。裝運可燃冰設備在運輸途中不需要承受高壓、低溫 , 由於可燃冰具有自我儲存能力，同樣不需要特殊絕熱措施，因此設備對建造材料要求不高。可燃冰的運輸具有生產成本低、儲存條件相對較易實現、儲存和運輸過程中安全性高等優點。

海上運輸可燃冰可分為集裝運輸與散裝運輸兩種模式，集裝運輸是將可燃冰固體裝載在專用的冷藏集裝箱里，通過普通集裝箱船進行運輸。集裝運輸的關鍵技術為專用冷藏箱的絕熱技術與降低氣體逸失技術，箱內貨物裝卸技術等，需確保可燃冰在整個輸送過程中不會發生分解與融化；散裝運輸可燃冰需研製出新型專用船舶，專家將此船型稱為NGH CARRIERS運輸。

可燃冰成本

可燃冰賦存於海底，在這些地方開採，成本可想而知，據估計可燃冰開採成本高達200美元/m3，摺合成天然氣要1美元/m3；另外，還需要考慮儲存設備成本，高壓下長距離鋪設運輸管道成本也不菲。因此，可燃冰最終到民用成本不會低。

可燃冰環保

可燃冰從開採到使用會造成溫室效應和地質災害，因此僅僅從可燃冰最終燃燒物是CO2和H2O，說可燃冰是清潔能源並不科學。

一是溫室效應

現有研究發現，相同質量CH4所造成溫

室增溫效應是CO2的56倍，如果可燃冰

泄露，全球都會受到溫室效應影響，兩

級冰川會融化，海平面會上升，島國會

淹沒；另外環境溫度上升會破壞陸地和

水生生物圈，最可怕的是，水溫上升會

導致海底可燃冰進一步分解，會惡性循

環。

二是地質災害

固結在海底沉積物中的可燃冰，一旦條

件變化會使甲烷氣從中釋出，不僅會改

變沉積物物理性質，極大地降低海底沉

積物工程力學特性，使海底軟化，出現

大規模海底滑坡，毀壞海底工程設施，

如海底輸電或通訊電纜和海洋石油鑽井

平台等；另外可燃冰開採時極易引發井

噴事故，造成海嘯和海水毒化等災害。

綜上所述，雖然可燃冰物化性能、成因、分布、儲量等研究已取得階段性進展，但也僅停留在表面，至於勘查、開採、儲存和運輸、環保等關鍵性問題仍然處於探索階段，尤其是開採還沒有進入到大規模穩定階段，儲存和運輸也沒有實際操作應用，過程中的溫室效應和地質災害等環保問題尚沒有答案，所有這些障礙一時半會兒難以解決。因此，可燃冰離應用還很遠，但我們要保持對可燃冰的科學熱情和現有熱度，全社會共同努力，讓我們的汽車早點加上冰，早點跑得更遠！

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