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第六章 水火相容可燃冰
当人们谈起燃料时，脑海中通常会出现火焰熊熊燃烧的场景。而冰块则被看作是与火互不相容的东西，正所谓“*两重天”。但就是这种*不相容的场景却被可燃冰完美地结合起来。顾名思义，可燃冰就是可以燃烧的冰。当然，它并非是我们所说的一般意义上的冰块，尽管外观看上去与普通冰块没有两样，但是当这种冰冷、雪白的“冰块”靠近火焰的时候，它就会立刻熊熊地燃烧起来（见图6…1），释放出巨大的热量。在化学结构上，可燃冰的主要成分是天然气，是一种天然气与水在低温、高压条件下形成的冰状晶体。因此学名叫作天然气水合物，其广泛分布于海底沉积物层及陆上冻土带等低温、高压的自然环境中，是天然气在自然界的主要存在形式，比传统油气资源多得多。在全球传统油气资源日渐枯竭的大背景下，可燃冰的开发无疑为人类的能源更替之路点燃了新的曙光。如果说人类社会的能源更替过程是一场接力跑的话，如今再次到了交接棒的关键时刻。我们需要用可燃冰这种“白金”替代石油黑金。
图6…1 正在燃烧的可燃冰
曲折的认识历程
在这里，读者或许会问了，既然自然界蕴藏有如此多的可燃冰资源，为什么人类没有尽早予以开发利用这种“白金”，反而弃多求少、舍优择劣，导致了现今的能源危机以及气候危机呢？的确，存在这样的疑问是很自然的。在这个问题上，历史似乎与人类开了一个不大不小的玩笑。
事实上，人们对这类“冰块”的探究由来已久，最早可追溯到两百年前，那时石油还没有开始大规模开发与利用。1810年，英国科学家汉弗莱·戴维在实验室中将氯气通入了水中，结果在0摄氏度以上出现了固体状的“冰块”，而且确定不是水结成的冰块。因为通常情况下，0摄氏度以上的温度条件是不会结冰的。本来水和气是不相容的，但在一定条件下，它们竟然结合在一起形成了单独的一种冰状晶体。由此，人们首次意识到了竟有“气水合物”这种物质。至此之后，人们出于科学探索上的好奇，再也没有停止过对气水合物的研究和探索，研究人员纷纷把各种各样的气体例如甲烷气、二氧化碳气等通入水中试一试，看是否能够形成类似的“冰块”。随着实验条件的不断进步，科研已经在实验室中证明，只要条件合适，几乎所有气体都可以和水生成类似的“冰块”。遗憾的是，当时这一切的发现都只是停留在实验室的局部范围内，并没有在更大的层面上引起足够重视。以至于人类后来将能源利用的目光锁定在了石油上，轰轰烈烈地开始了一个世纪之久的寻找和争夺石油的大战。
一次意外的事件使得可燃冰引起了人们的广泛关注，而这相距实验室中发现可燃冰晶体已经过去了近一个世纪。1934年，美国工程人员在阿拉斯加的天然气输送管道里发现，有一些异常的“冰块”堵塞了输气管道，并且难以根除，这给天然气输送带来极大的麻烦，后来查明这种冰块就是可燃冰。也就是说一定条件下，管道中存有的水与天然气结合形成了可燃冰固体（见图6…2），从而阻断了管道的连通，人们这才认识到了可燃冰的重要性，只不过是从负面的角度。至此之后，人们对可燃冰的研究工作开始逐步深入。但是，研究人员一开始似乎本末倒置了，他们把主要精力放在如何消除输气管道的堵塞上，以期在工业条件下对可燃冰进行预测和清除，并没有考虑将可燃冰作为一种能源加以研究和利用。因此，那时候人们希望这种“冰块”越少越好，只要能保证天然气管道正常输送就谢天谢地了。
第六章 水火相融可燃冰（2）
直到上世纪60年代末，在前苏联科学家马科冈等人的努力下，可燃冰这个“麻烦制造者”才终于翻了身，人们开始从积极的层面对可燃冰加以重视了。科研人员在思考，此前不论是在实验室里，还是输气管道里的可燃冰，都是人为环境中产生的。那么在自然环境中，如果满足可燃冰形成所需的低温高压、有气有水的条件，是否有天然的可燃冰存在呢？当然不排除这样的可能。
图6…2 管道中取出的成块可燃冰固体
事实上，这种条件在自然界还真不少。例如像南北极那样的永久冻结区，青藏高原、西伯利亚等寒冷的冻土带，几大洋的海底地层等等，就连彗星上也不能排除。由此科学家推测，自然界中天然存在着可燃冰。果不其然，1968年人们在前苏联西伯利亚北部的麦索雅哈气田首先发现了可燃冰，并成功实施了试验开采，一直持续了几十年。这成为可燃冰勘测与开发过程中的经典一幕。至此，人们对可燃冰在未来能源结构中所扮演的角色开始了重新定义，可燃冰作为石油接续能源的概念才逐步清晰起来。
极其庞大的储量
在实验室的微观条件下进行观察，可燃冰的结构是极其独特的。水分子搭建了无数精巧的“笼子”，这些笼子大小不一，甲烷、乙烷等不同“体格”的气体分子就“寄宿”在这些笼子里。没有这些笼子，气体分子就无处藏身；而缺了这些气体分子，那些空笼子自然也无法独立存在。液体与气体这两种物质结构迥异的分子就如此相依，巧妙地结合在一起，令人不由得不叹服大自然的巧夺天工。可燃冰的微观形状像笼子一样，因而也被称作笼型晶体（见图6…3）。
图6…3 可燃冰的笼型微观结构
同样，正是由于这种笼型结构，使得可燃冰晶体能尽可能多地容纳天然气。通常1立方米体积的可燃冰可含有高达150…180 立方米以上的天然气资源，从这个角度上看，可燃冰更像是高密度储存天然气的精巧容器。
自然之手的玄妙不仅体现在对可燃冰微观结构的精雕细琢上，宏观层面上也同样能显现出自然之手的雄浑与厚重。这一点从可燃冰在全球的分布与储量上便可感知无余。可燃冰在自然界大面积存在，这已在全球大范围的地质勘探中得到证实，并且为各国科研人员所普遍公认。根据可燃冰赋存的条件推断，目前在地球上大约有30％的陆地是可以形成可燃冰的潜在地区，而在大洋水域中约有90％的面积也属于这样的潜在区域。谈及可燃冰的具体储量，由于采用的标准不同，各国的不同研究机构对全球可燃冰总储量的计算值有不小的出入。但无论采取哪种标准计算，可燃冰的储量在数值上都堪称天文量级。
目前，研究领域公认的数据是可燃冰所蕴含的碳含量高达×1013吨之多，是目前已探明的所有常规化石燃料包括煤炭、石油、天然气等碳含量总和的两倍。换句话说，按照目前人类社会的能源消耗水平，全球可燃冰中蕴藏的能量足以供人类利用数百年。尽管上述的储量数字已经极为可观，但一部分科学家仍然坚持这是比较保守的估算，他们报有更乐观的期待。由此也难怪能源学家惊呼，可燃冰是继煤炭和石油之后大自然奉送给人类的又一“能源厚礼”。
目前，全球范围内已勘探出的可燃冰矿区已多达120多处。美国、俄罗斯、日本等国已发现大面积的可燃冰分布区，如美国的阿拉斯加地区和墨西哥湾海域、俄罗斯西伯利亚冻土区及萨哈林岛、日本冲绳海槽等区域，可燃冰的探明储量均十分可观。如在美国阿拉斯加北坡地区，地下的岩层中储藏着数量巨大的可燃冰资源。据美国地质调查局（USGS）的统计数据，约万亿立方米的天然气可供开采，足以保证美国1亿户家庭超过10年的用气需求。目前，美国康菲石油公司正在阿拉斯加进行试验开采工作（图6…4）。书 包 网 txt小说上传分享
第六章 水火相融可燃冰（3）
图6…4 美国获取的奶酪状可燃冰沉积物
2009年5月29日，美国地质调查局再次宣布，雪佛龙石油公司的工程钻井人员在美国墨西哥湾中部的沃克海岭发现非常集中的含可燃冰的储层，这是雪佛龙公司在墨西哥湾开钻的第一口这种类型的试验井；资源潜力相当大。再如日本静冈县的陆坡海域，仅初探的可燃冰资源所含天然气量高达7万亿立方米之多，如果能全部开采，足够日本使用50多年。另外，日本冲绳海槽也是可燃冰资源的富集区（图6…5），有望成为日本的后续能源基地。
图6…5 日本科研人员在冲绳海槽获取的可燃冰样品
中国在周边海区也发现了大面积的可燃冰赋存证据，并于2007年5月在南