新能源-可燃冰

新能源一可燃冰摘要:可燃冰作為一種新能源，具有其它能源無法比擬的優(yōu)點：它儲量大、燃燒后產(chǎn)物不污染環(huán)境而且能量巨大。各國對針對這一新能源展開了研究，并取得了重大進展。但是在這背后，還有許多問題亟待解決。比如說可燃冰的主要成分甲烷，它造成的溫室效應(yīng)比CO2更為強烈，如何確保安全是一大問題。關(guān)鍵詞:可燃冰開發(fā)利用環(huán)境問題研究調(diào)查關(guān)鍵詞:可燃冰開發(fā)利用環(huán)境問題研究調(diào)查、可燃冰（CH4-8H2O）可燃冰顧名思義像冰一樣的固體點火能燃燒，是一種非常規(guī)能源。通俗地說，就是水包含甲烷的結(jié)晶體，它是天然氣分子（除氫、氦和氖外）充填在水的晶體籠架中形成的冰狀固體物，又叫（天然）氣水合物或固體氣。由于可燃冰中以甲烷（大于90%）為主，故也稱甲烷水合物。充甲烷的可燃冰l立方米可產(chǎn)出氣164立方米和水0.8立方米，其能量密度是煤和黑色頁巖的10倍左右，是一種能量密度高的能源。要形成可燃冰，必須同時具備三個條件：一是低溫（O。10°C）；由于需要同時具備高壓和低溫的環(huán)境，它們大多分布在深海底和沿海的凍土區(qū)域，這樣才能保持穩(wěn)定的狀態(tài)。二是高壓（＞IOMPa或水深300m及更深）；可燃冰是自然形成的，它們最初來源于海底下的細(xì)菌。海底有很多動植物的殘骸，這些殘骸腐爛時產(chǎn)生細(xì)菌，細(xì)菌排出甲烷，當(dāng)正好具備高壓和低溫的條件時，細(xì)菌產(chǎn)生的甲烷氣體就被鎖進水合物中。三是充足的氣源。由于形成條件的制約，可燃冰通常僅分布在海洋大陸架外的陸坡、深海和深湖以及永久冰土帶。二、 可燃冰的研究歷史可燃冰的研究由來已久，可追溯到二百多年前。18—19世紀(jì)是在實驗室內(nèi)小規(guī)模的研究。1778年和1811年分別實驗成功二氧化硫水合物和氯氣水合物，此后至20世紀(jì)30年代前，實驗獲得了甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷，氮、二氧化碳、硫化氫、氬、氟和氙等各自的水合物。30年代初蘇聯(lián)學(xué)者在西伯利亞輸氣管道中首次發(fā)現(xiàn)了自然形成的可燃冰，1946年蘇聯(lián)學(xué)者最先提出在永久凍土帶有可燃冰的假想。上世紀(jì)60年代開始，蘇聯(lián)、美國、德國、荷蘭相繼開展水合物的結(jié)構(gòu)和熱動力學(xué)研究。1960年在西伯利亞發(fā)現(xiàn)了第一個可燃冰氣藏——麥素雅哈氣田，并于1969年投入開發(fā)，采氣14年，總采氣50.17X108m3（約為該氣田總產(chǎn)氣量的36%）。1972年美國學(xué)者蘇聯(lián)學(xué)者分別在阿拉斯加北極斜坡第三系中和黑海海底沉積物中取得可燃冰天然樣品。世界第一個可燃冰氣藏的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)，以及在地層中可燃冰自然樣品的獲得，對20世紀(jì)后葉可燃冰的綜合研究和勘探、評價及研究領(lǐng)域迅速擴大，研究國家不斷增加，起到了重大推動作用。美國、日本、印度、俄羅斯、德國、美國、加拿大、挪威和巴基斯坦、荷蘭在尋找海洋可燃冰上有較大的投入，并取得顯著的進展。迄今，世界上至少有30多個國家和地區(qū)進行可燃冰的研究與調(diào)杏勘探。三、 我國有關(guān)可燃冰的研究及調(diào)查根據(jù)地質(zhì)條件分析。從理論上講，可燃冰在我國分布也應(yīng)該十分廣泛.我國南海、東海、黃海等近300萬平方公里廣大海域以及青藏高原的凍土層，都有可能存在。近年來，國家領(lǐng)導(dǎo)和國土資源部、科技部、財政部、國家計委等部委領(lǐng)導(dǎo)非常重視天然氣水合物的調(diào)查與研究。首先是對我國管轄海域歷年來做過大量的地震勘查資料分析，在沖繩海槽的邊坡、南海的北部陸坡、西沙海槽和兩沙群島南坡等處發(fā)現(xiàn)了海底天然氣水合物存在的似海底地震反射層(BSR)標(biāo)志。并在對海底天然氣水合物的成因、地球化學(xué)、地球物理特征、資料處理解釋、鉆孔取樣、測井分析、資源評價、海底地質(zhì)災(zāi)害等方面進行了系統(tǒng)的研究，并取得了豐富的資料和大量的數(shù)據(jù)。從1984年開始，我國地質(zhì)界對國外有關(guān)水合物調(diào)查狀況及其巨大的資源潛力進行了系統(tǒng)的資料匯集。在2002年，中國地質(zhì)調(diào)查局組織有關(guān)單位在我國南海海域某區(qū)首次開展天然氣水合物資源調(diào)查工作中發(fā)現(xiàn)：在采集的高分辨率多道地震剖面上，初步鑒別出在400多公里地震剖面上、面積為8000多平方公里的區(qū)域上存在有可燃冰氣藏的顯示標(biāo)志，顯示出了巨大的資源前景。另外，在我國的東海陸坡海域也有類似重大發(fā)現(xiàn)。四、可燃冰成為替代能源新熱點儲存量和前景據(jù)專家估計，全世界石油總儲量在2700億噸到6500億噸之間。按照目前的消耗速度，再有50—60年，全世界的石油資源將消耗殆盡。可燃冰的發(fā)現(xiàn)，讓陷入能源危機的人類看到新希望。美國地質(zhì)勘探研究院地質(zhì)學(xué)家迪姆?克勒特表示，可燃冰有望成為人們向未來更清潔能源(氫能和太陽能)過渡時的“橋梁”，在為人們提供所需能源的同時，減少向大氣中排放二氧化碳，延緩全球變暖過程?？扇急荒茉纯茖W(xué)家看作最環(huán)保的化石氣體，經(jīng)過燃燒后僅會生成少量的二氧化碳和水，并且能量巨大，是普通天然氣的2至5倍。1立方米可燃冰可轉(zhuǎn)化為164立方米的天然氣和0.8立方米的水。科學(xué)家估計，海底可燃冰分布的范圍約4000萬平方公里，占海洋總面積的10%，海底可燃冰的儲量夠人類使用1000年。隨著研究和勘測調(diào)查的深入，世界海洋中發(fā)現(xiàn)的可燃冰逐漸增加， 1993年海底發(fā)現(xiàn)57處，2001年增加到88處。據(jù)探查估算，美國東南海岸外的布萊克海嶺，可燃冰資源量多達180億噸，可滿足美國105年的天然氣消耗；日本海及其周圍可燃冰資源可供日本使用100年以上。開采、利用可燃冰1開發(fā)利用中的問題從本質(zhì)上來說，可燃冰就是埋在海洋或凍土層下的天然氣礦層。盡管含量如此豐富，但利用起來卻面臨麻煩。要大量開采可燃冰，首先就是能源消耗問題。雖然可燃冰中存在的天然氣能源利用率比石油和煤炭都高，但在目前的技術(shù)水平下，將其從埋藏處輸送至地表所需的能源消耗量，遠高于其自身所含能源量。因為可燃冰光依靠發(fā)掘不能實現(xiàn)自噴，而且埋藏在深海域，所以將其開采運輸所需要的工程量十分巨大，自然也就帶來相應(yīng)的成本消費和能源消費。另一個現(xiàn)實問題就是環(huán)境保護。直接開采會導(dǎo)致甲烷泄露。因為”可燃冰”中存在兩種溫室氣體甲烷和二氧化碳。甲烷是絕大多數(shù)可燃冰中的主要成分.同時也是一種反應(yīng)快速、影響明顯的溫室氣體?？扇急屑淄榈目偭看笾率谴髿庵屑淄閿?shù)量的3000倍。如果在開采中甲烷氣體大量泄漏于大氣中.造成的溫室效應(yīng)將比二氧化碳更加嚴(yán)重。而可燃冰礦藏哪怕受到最小的破壞，甚至是自然的破壞，都足以導(dǎo)致甲烷氣的大量散失。而這種氣體進入大氣，無疑會增加溫室效應(yīng)，進而使地球升溫更快?？扇急部赡苁且鸬刭|(zhì)災(zāi)害的主要因素之一。由于可燃冰經(jīng)常作為沉積物的膠結(jié)物存在，它對沉積物的強度起著關(guān)鍵的作用?？扇急男纬珊头纸饽軌蛴绊懗练e物的強度，進而誘發(fā)海底滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。美國地質(zhì)調(diào)查所的調(diào)查表明，可燃冰能導(dǎo)致大陸斜坡上發(fā)生滑坡。這對各種海底設(shè)施是一種極大的威脅。由此可見.可燃冰作為未來新能源的同時也是一種危險的能源?？扇急拈_發(fā)利用就像一柄“雙刃劍”.需要加以小心對待。2開發(fā)利用方法可燃冰開采方案主要有三種。第一是熱解法。利用“可燃冰”在加溫時分解的特性，使其由固態(tài)分解出甲烷蒸汽。但此方法難處在于不好收集。海底的多孔介質(zhì)不是集中為“一片”，也不是一大塊巖石，而是較為均勻地遍布著。如何布設(shè)管道并高效收集是急于解決的問題。方案二是降壓法。有科學(xué)家提出將核廢料埋入地底，利用核輻射效應(yīng)使其分解。但它們都面臨著和熱解法同樣布設(shè)管道并高效收集的問題。方案三是“置換法”（或注入劑法）。研究證實，將CO2液化（實現(xiàn)起來很容易），注入1500米以下的洋面（不一定非要到海底），就會生成二氧化碳水合物，它的比重比海水大，于是就會沉入海底。如果將CO2注射入海底的甲烷水合物儲層，因CO2較之甲烷易于形成水合物，因而就可能將甲烷水合物中的甲烷分子 “擠走”，從而將其置換出來。開采的最大難點是保證井底穩(wěn)定，使甲烷氣不泄漏、不引發(fā)溫室效應(yīng)。針對這些問題，日本提出了“分子控制”的開采方案?？扇急鶜獠氐淖罱K確定必須通過鉆探，其難度比常規(guī)海上油氣鉆探要大得多，一方面是水太深.另一方面由于可燃冰遇減壓會迅速分解，極易造成井噴。日益增多的成果表明，由自然或人為因素所引起的溫壓變化，均可使水合物分解，造成海底滑坡、生物滅亡和氣候變暖等環(huán)境災(zāi)害。因而研究天然氣水合物的鉆采方法已迫在眉捷。盡快開展室內(nèi)外可燃冰分解、合成方法和鉆采方法的研究工作刻不容緩。3中國的可燃冰研發(fā)狀況2007年5月，中國地質(zhì)勘探人員首次在南海采集到了高純度可燃冰樣品，成為繼美國、日本、印度之后，第4個采到可燃冰實物樣品的國家。專家根據(jù)地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)分析，我國在塔里木盆地、藏北高原的