山东省桓台第二中学 马山山
目前全球蕴藏的煤和油气等资源极尽枯竭,人们迫切需要寻求新型替代能源。自20世纪60年代以来,人类陆续在海洋深处和冻土带发现了一种可以燃烧的、白色的、外形像冰的固体物质,这就是可作为优质能源的“可燃冰”。其正式名称为天然气水合物,主要由水分子和烃类气体分子(主要是甲烷)组成,所以也称它为甲烷水合物,分子结构式为:CH4•8HO。
“可燃冰”是在低温、高压条件下,由气体或挥发性液体与水相互作用形成的白色固态结晶物质。其形成有三个基本条件:温度、压力和原材料。首先,温度不能太高,若高于20℃便会分解;其次,压力要足够大,且压力越大,水合物就越稳定;最后,海底的有机物沉淀,能转化生成充足的气源。
固体状的天然气水合物往往分布于水深大于 300 米的海底沉积物中或寒冷的永久冻土中。据估计,海底“可燃冰”的分布范围约4 000万平方千米,占海洋总面积的10%,可供人类使用1 000年,而陆地上的“可燃冰”主要在北极地区的永久冻土带。迄今为止,在世界各地的海洋及大陆地层中,已发现的“可燃冰”分布区多达116处,已探明储量相当于全球常规化石能源(煤、石油、天然气等)储量的两倍以上。近年来,我国已在南海、东海及祁连山南缘成功钻获可燃冰样品。按成矿条件推测,中国可燃冰资源储量接近常规石油资源量,资源潜力约为803.44亿吨油的量,发展空间巨大。
“可燃冰”具有储量大、使用方便、燃烧值高、清洁等特点。同等条件下,燃烧产生的能量比煤、石油、天然气要多出数十倍,是公认的地球上尚未开发的新型能源。
但就目前的技术,开采“可燃冰”主要面临三个难题。首先,“可燃冰”非常不稳定,常温、常压下极易分解释放出甲烷气体。而甲烷作为温室气体,比二氧化碳所产生的温室效应要大10~20倍。其次,在特殊的存在条件下开采可能会破坏地壳稳定平衡,引发海底塌方,甚至导致大规模海啸的发生,带来灾难性后果。目前开采方法主要有三种:热解法、降压法、置换法(用二氧化碳置换出“可燃冰”里的天然气),但均因开采成本过于高昂,都不适合大规模作业。
因此,世界各国均采取了谨慎的态度和明智的做法——在没有找到理想的开采方法解决其对自然环境的影响之前,不能像常规一次性矿产资源那样大量开采“可燃冰”。