浅谈可燃冰
摘要：中国作为世界上发展最快的国家之一，大量燃煤的使用造成了严重的大气污染，新能源的开发和利用迫在眉睫。可燃冰作为21世纪公认的可替代能源和清洁能源，应尽快实现商业开采，但可燃冰的开采可能会给环境带来一系列的问题，世界上有30多个国家和地区正在进行可燃冰勘察和试开采。中国南海可燃冰的试采成功［1］，让中国乃至世界看到了希望。
关键词：特点，应用，发展历史，发展现状，发展前景
1可燃冰简介
可燃冰，学名为天然气水合物，就是由天然气和水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶化合物，从外形上看是白色或浅灰色的冰雪晶体，主要分布在深海沉积物或陆域的永久冻土中。可燃冰的主要成分是甲烷，具有使用方便、燃烧值高、清洁无污染的特点，是公认的地球上尚未开发的新能源。
可燃冰的形成条件十分苛刻。首先，要有一定数量的天然气这一原材料；其次，必须是低温条件，可燃冰在0℃到10℃时生成，超过20℃就会分解；最后必须在高压条件下才能生成。在0℃时需要30个大气压才可以生成可燃冰。
可燃冰最主要的用途是做燃料，尤其是在化工上，其燃烧放出大量的热，可以用于发电供热等，类似汽油、柴油的用途。
2发展历史
1930年在苏联西伯利亚天然气输送管道中首次发现了自然形成的天然气水合物，这种类似“冰块”状的东西堵塞了管道。同年，美国学者Hammerschmidt发表了水合物造成天然气输气管线阻塞的有关数据，人们开始更加详细地研究天然气水合物和它的性质。美国从六十年代开始实施天然气水合物地矿物调查，日本90年代开始天然气水合物的开采研究。我国相对起步较晚，但现在看来走在了世界前列。
起初科学家们研究可燃冰的实验室合成，1884年Roozeboom提出了天然气水合物形成的相关理论。此后不久，Villard在实验室合成了甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等地水合物。1990年，中国科学院兰州冰川冻土研究所冻土工程国家重点实验室科研人员与莫斯科大学列别琴科博士成功进行了天然气水合物人工合成实验。合成实验采用甲烷气体和蒸馏水为原料，恒温恒压下在高压容器中进行。
2001年，我国第一个拥有自主知识产权的海洋天然气水合物模拟实验室在中国地质调查局青岛海洋地质研究所建成。并于2001年11月3日成功地合成、取出天然气水合物并点燃。
3发展现状
我国可燃冰储量丰富，主要分布在南海海域、东海海域、青藏高原冻土带以及东北冻土带，据粗略估算，其资源量［2］分别约为64.97×1012m3、3.38×1012m3、12.5×1012m3和2.8×1012m3。
近年，我国在可燃冰试开采方面取得巨大成就。2017年5月18日，国土资源部中国地质调查局宣布，我国正在南海北部神狐海域进行的可燃冰试采获得成功，这也标志着我国成为全球第一个实现了在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。2020年3月，国家自然资源部召开的成果汇报视频会上发布，由中国地质调查局组织实施的我国海域天然气水合物第二轮试采，日前取得成功并超额完成任务。在水深1225米的南海神狐海域，试采创造了“产气总量、日均产气量”两项新的世界纪录，实现了从“探索性试采”向“试验性试采”的重大突破。此次试采是继2017年我国首次海域可燃冰试采成功后，推进产业化进程中的一项重大成果。2020年2月17日，试采点火成功，持续至3月18日完成预定目标任务［3］。
我国首次成功试开采可燃冰，这也标志着我国可燃冰的勘探工作进入了一个崭新的发展阶段，甚至有望改变全球能源供应格局。
4发展前景
（1）可燃冰能缓解能源危机。
中国从1993年开始变为原油进口国，预计2020年原油进口将达 2亿t因此开发可燃冰迫在眉睫。目前已有30多个国家和地区正在勘测和试开采，预计2015年以后部分地区可能实现大规模的商业开采。中国可燃冰储量巨大，尽早实现其储量勘察及商业开采对于缓解能源危机具有重要意义。
（2）开采成本高。
巨大经济社会效益和严重的资源短缺激发人们对可燃冰的强烈征服渴望，但开采输送设备投入资金是巨大的，目前中国南海开采费用达200美元m3，折合成天然气达1美元/m3，而天然气本身开采只有1元/m3，因此计划由政府、企业及科研单位联合开发。专家建议先到青藏高原冻土区试验开采，青海省木里地区可燃冰冻土层80~120m，埋藏冰段130~ 300n，资源储量大，开采技术难度及成本会较低。专家提醒，青藏高原开采需要考虑其对周围环培影响［4］。
（3）可燃冰开发难题与解决方法。
可燃冰性质不稳定，在常温常压下分解，且由此产生的温室效应比二氧化碳高20倍，一旦海底的矿藏收到破坏，很可能导致大量甲烷泄漏，海啸，温室效应加剧等不可控的后果，所以目前仍在试验阶段。可燃冰的开采常用的方法有:加热法、减压法、添加化学试剂法、二氧化碳法等。简单介绍一下减压法:研究人员模拟可燃冰的形成过程，在一种化学反应器中，让水、甲烷和沙子在低温、高压下凝固成状如可燃冰的水合物，然后再让这一化学过程逆向还原，结果随着压力的逐渐降低，水合物开始吸收热量并释放出气态甲烷。与此同时，由于水合物周围的热量被吸收，化学反应器内的温度迅速降至0℃以下，因此完全释放出甲烷的剩余物质仍处于冰冻状态，便于与甲烷分离。
我国是世界第三冻土大国，具有良好的可燃冰储存条件和资源前景。目前，正在开展陆域的勘察、评价工作。特别是，在2017年五月，我国在南海海域试采可燃冰取得了成功。未来十年，我国有望功课开采可燃冰的技术和环保难题。届时，困扰我国的能源短缺和雾霾问题将得到彻底解决。
参考文献：
［1］南海可燃冰——第173个矿种.中国科学院地球环境研究所.［2020-04-25］
［2］张金华，魏伟，王红岩.天然气水合物研究进展与开发技术概述［J］.天然气技术，xx，3（2）:67-69.
［3］中集蓝鲸2号助力我国可燃冰第二轮试采成功.大公网.［2020-04-25］
［4］刘义兴.天然气水合物开采机理实验研究［C］.北京:中国石油大学.2009.
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