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天然气相对密度(可燃冰，究竟是不是画大饼？- 地球知识局)

可燃冰,天然气,甲烷天然气相对密度(可燃冰，究竟是不是画大饼？- 地球知识局)

发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：

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每天一篇全球人文与地理

微信公众号：地球知识局

NO.2295-可燃冰是画大饼？

作者：中年维特

校稿：辜汉膺 / 编辑：板栗

2015年前后，在石油价格节节攀升，环境问题日益凸显的背景下，看名字就很有噱头的可燃冰一度成为地球村全村人的希望。不但中、美、日等大国纷纷进行实验性开发，还被编入考题，写进新闻，一时间风光无两。

可燃冰 新晋网红？▼

甚至数学不好的主流媒体编辑，还闹出过“100L可燃冰，可让汽车跑5万公里”的大乌龙，经过广泛传播，进一步加深了可燃冰的神话色彩。

100L可燃冰换算一下还不够100L常规液态天然气

别说5万公里，300公里也难跑到▼

然而，几年过去了，曾经被嘲笑骗补贴的新能源发展成了“宁王”、“迪王”。可燃冰却不见踪迹，只是偶尔会被冠以“中国储量第一”、“够用1000年”的标题，出现在犄角旮旯的推文中。

可燃冰为什么搞不出大新闻了？它真的那么有前景吗？

能源续命的种子选手

可燃冰指的是天然气水合物，因看上去像冰却可以燃烧的特性得名。它通常在0℃-10℃、10MPa以上的压力、拥有充足水源和气源的环境下，由气体分子和水分子形成。气体可以是甲烷，也可以是乙烷、二氧化碳、硫化氢、氮气等，都是天然气田中的常见成分。

甲烷被水分子包围并被困在分子笼中

这种分子结构被称为包合物

（图：可燃冰球棍模型 参考：world ocean review）▼

可燃冰分解时吸热并会释放大量的水

因此手托着燃烧的可燃冰也没事

（图：world ocean review）▼

可燃冰中的烃类气体主要有三种来源，有的来自于微生物的分解，称为微生物气型；有的来自于深部油气田的热降解，称为热解气型，两者混合形成的就叫混合气型。在海域发现的可燃冰绝大多数为微生物气型，在陆域发现的可燃冰以混合气型、热解气型为主。

（图：可燃冰生成过程 参考：world ocean review）▼

根据气体分子的不同，可燃冰可以分为三类：

I型由甲烷、乙烷、二氧化碳、硫化氢等较小直径的气体分子和水分子结合而成；

Ⅱ型由甲烷、乙烷等小分子，丙烷及异丁烷等较大分子和水分子结合而成；

H型由气体组分中有异戊烷等较大气体分子和水分子结合而成。

（各类可燃冰结构及组成 图：wiki）▼

（I型甲烷笼型结构 图：flickr）▼

在标准状况下，1立方米可燃冰可释放出164立方米天然气和0.8立方米的水，能量密度是天然气的2至5倍、是煤的10倍。惊人的能量密度让它具备广泛的应用场景。

更好的消息是，可燃冰的分布非常广泛，27%的陆域和90%的海域都存在可燃冰。前者主要分布在大陆永久冻土区；后者主要贮藏在深海浅底部的沉积物中，太平洋沿岸海域分布尤其密集。全球可燃冰含碳量超过已探明煤炭、石油、天然气三者含碳量总和的2倍。

横屏—全球可燃冰分布情况 （图：USGS）▼

中国的可燃冰开发潜力尤其巨大，根据《中国矿产资源报告2018》的初步预测，中国可燃冰资源量高达800亿吨油当量。

不过，正因为对于可燃冰的勘探与应用还在比较初期的阶段，很难给出一个可靠的世界各国可燃冰储量排名。所以中国的可燃冰储量虽然大，在现阶段渲染“全球储量第一”未必准确也缺乏实际意义。

中国的冻土区总面积达215万平方公里，排名世界第三，蕴藏着350亿吨油当量左右的可燃冰。冻土下的可燃冰可供我国使用近90年。

中国冻土区及可燃冰找矿远景预测图

（参考：地质调查科普网 ）▼

青藏高原、西部高原山地和大小兴安岭是中国陆域冻土区可燃冰的集中分布地区。然而，这些地方普遍位于交通不便的高寒地区，地质条件复杂，想要开发并不容易。

而且，这些地区又是中国乃至半个亚洲的水塔，中国、印度、中南半岛和俄罗斯远东地区的母亲河普遍发源于此。当地生态非常脆弱，一旦开发不当，就可能造成严重的环境后果。

冻土区生态环境一旦遭到破坏很难恢复

（图：图虫创意）▼

中国广袤的深海中预计蕴藏着450亿吨油当量的可燃冰，又以南海的贮藏量最为突出。中国在南海已经发现了两个超千亿立方米的矿藏，圈定11个成矿远景区、25个有利区块。其中神狐海域的可燃冰已经分别于2017年和2020年完成了两次试采。

未来南海可能会成为中国的能源重地。

可燃冰试采的功臣——蓝鲸一号

（图：图虫创意）▼

易散的白色石油

可燃冰具备种种优势，奈何自然状态的可燃冰并不是纯净、集中、敲下来几块就能用的“可燃冰冰川”。而是深埋于高寒的冻土、深海海底沉积物之下，混杂于沙石之中的可燃冰矿产。

可燃冰形成条件十分复杂，在自然界往往呈现出多种形态

（不同形态的可燃冰 图：USGS）▼

开采可燃冰，要面对井筒温度压力控制、安全钻井液密度窗口狭窄、试采出砂严重、环保风险等方方面面的问题。比石油、天然气麻烦多了，甚至比页岩油开采难度更大。

当代社会的能源、化工产业很多是与天然气适配的。能量密度很大的可燃冰，却不能以“冰”的形式直接利用。所以目前的开采方法，还是把可燃冰当作杂质多的天然气，想办法置换出其中的甲烷。

我国采取的地层流体抽取法开采可燃冰示意

（图：地质云）▼

目前，中国、美国、日本、加拿大等强国都在努力研究、勘探可燃冰，谋求早日实现商业化开采。

2002年加拿大率先在北极冻土区利用注热法试采可燃冰。这种方法利用可燃冰20℃时气体分子就会溢出的特性，直接加热天然气水合物层，促使天然气溢出。这是最初级的方法。

注热法示意 （参考：world ocean review）▼

2008年，加拿大试验减压法，通过降低压力促使天然气水合物分解，取得了比第一次更好的效果。随后2013、2017年日本试采；2017、2020年中国试采使用的都是这种方式。目前减压法是相对比较成熟，应用最多的方法。

减压法示意

（参考：world ocean review）▼

2012年，美国试验了二氧化碳置换开采法，在一定的温度和压强下注入二氧化碳，与水结合置换出甲烷。二氧化碳水合物形成会放热，进一步促进可燃冰分解。这种骚操作不但采集了甲烷，还封存了二氧化碳，而且更安全，就是难度系数太大，暂时没有商业化前景。

二氧化碳置换法示意 （参考：world ocean review）▼

除了这些成功试采的方法外，还有化学试剂注入开采法；直接开采可燃冰矿，在浅水分解的固体开采法等等方式。

从目前五花八门的开采方式便不难看出，可燃冰的大规模开采尚在试验阶段。类似20年前处在页岩革命前夕的页岩油气，可燃冰未来可期，但是当前技术却不够成熟，商业化成本较高。

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