全世界的能源問題都系在一種「冰」的身上,它就是可燃冰。
為什麼冰還能燃燒?因為這種冰的成分並不是水,而是天然氣,簡單來說就是天然氣形成的冰。
可燃冰燃燒
可燃冰類似於被壓縮的天然氣固體物質,一塊標準體積的可燃冰相當於164立方米的天然氣。
只是這樣的可燃冰自然不是能夠簡單獲取的,它隱藏在很深的地方。
開採可燃冰的平台
燃燒的冰
可燃冰和天然氣一樣,主要成分都是甲烷,只不過可燃冰是甲烷的另一種形態——水合物。
天然氣和石油一樣,都儲存在地殼中,只不過它存在於地殼的淺表層。
而可燃冰就是甲烷在地殼的深層,因為高壓、低溫以及遇見了水,形成了一種外表和冰相同的固態物質。
所以可燃冰的學名叫做天然氣水合物,是一種特殊形態的天然氣,可以燃燒,燃燒的產物主要是二氧化碳。
可燃冰極其結構
由於形成條件過於苛刻,可燃冰存在於沿海大陸架深處、深海,某些湖泊深處也會存在。
可燃冰的前身就是各種生物,它們在遭遇滅絕事件之後被埋於地殼之中,自身的有機物在長年累月中形成了甲烷。
一般來說,可燃冰和天然氣與石油的存在位置重合,只是石油、天然氣在上層,它在下層。
根據形成的條件,按理來說存在可燃冰最多的是南北極,只可惜人類目前對可燃冰的研究沒有傳統化石能源多,南北極的可燃冰至今還處於未知狀態。
保存在高壓低溫狀態的可燃冰
除了地球,可燃冰還被認為廣泛存在於宇宙中,光是太陽系內就有可燃冰。
不少人認為彗星裡面就有可燃冰,所以當它和大氣發生摩擦的時候是會燃燒的,這也是為什麼彗星來到地球很難找到殘留的隕石,因為彗星的主要成分是冰和各種氣體。
太陽系有一顆衛星叫做土衛六,又名「泰坦」,上面的主要成分是甲烷和水,它具有大氣,大氣壓是地球的1.5倍。
土衛六被認為存在可燃冰
天文學家們認為,在土衛六上存在著很多可燃冰,它們就是這個星球的地基。
1立方米可燃冰能夠從中釋放164立方米的天然氣出來,這樣來看,它是濃縮的精華。
為什麼可燃冰無法撼動傳統化石能源的地位呢?最大的原因就是可燃冰的開採難度太大了!
天然氣
難開採
可燃冰存在的地方非常刁鑽,要麼是在陸地與海洋交接的沿海大陸架,要麼是在深海,甚至是在冰川覆蓋的南北極。
開採可燃冰的第一步是找到它,即需要勘察,對於淺層的天然氣,不用人去找,它自己有的時候都會冒出來。
可燃冰藏在很深的地方,想要找到它們需要派出深海探測器去往海床尋找。
光是這一步就難倒了很多國家,因為不是每個國家都有深海探測器可以用,目前世界上發現可燃冰的,無一例外都是掌握了深海下潛的國家。
深海可燃冰
第二步就是取回樣本,對其進行分析,可燃冰不是純凈物,它的裡面也會混合著各種物質,有些物質是人類不需要的。
我們在電視上看到的可燃冰已經是經過雜質剔除的,所以看起來比較乾淨,和飯店裡的固體酒精很像。
實際上剛開採出來的可燃冰長得麻麻賴賴的,像一塊冰混著很多土的臟冰塊。
經過分析,才能得出可燃冰的具體儲量,估算出自己國家目前的可燃冰總數。
勘測可燃冰
第三步就是去開採了,這個過程也是困難重重,比任何能源都要難,因為它不能像石油、天然氣那樣用管道運輸,也不能像煤炭那樣用傳送帶運輸。
可燃冰很難保存,因為它是水和天然氣在高壓、低溫之下形成的固體,如果壓力減小、溫度升高,水合物的結構就會被破壞,那麼天然氣就會逃逸,可燃冰也會「融化」。
因此開採的時候還得保證它的壓力和溫度不要有巨大的變化,但無論怎樣開採,過程中必然有損耗。
開採可燃冰
這也增加了可燃冰的開採成本,如果將其投入生產和使用,那麼它產出的天然氣一般家庭用不起。
實際上還沒有哪個國家能夠做到大面積商業開採可燃冰的程度,都是僅停留在研究和勘探的程度。
我國也沒有在這場找「冰」行動中落下,我國在2007年成功採得可燃冰的樣本,成為世界上第四個採集到可燃冰的國家。
在海上開採可燃冰
我國和可燃冰的故事
可燃冰被發現的歷史非常久遠,早在1810年就在實驗室被證明天然氣和水可以形成水合物。
既然能夠人工合成,那麼自然界也會存在這樣的物質,於是1946年,蘇聯的科學家們一頭扎進了冰天雪地的西伯利亞尋找可燃冰,找了22年終於發現了自然狀態下的可燃冰。
1972年,美國在阿拉斯加的永久凍土層中採集到了可燃冰,這是世界上第一塊可燃冰樣本。
自此之後,越來越多的國家加入到可燃冰的尋找大軍,都希望在自家找到可燃冰。
阿拉斯加冰原
我國從1999年開始加入找「冰」大軍,先後在南海、青藏高原發現了可燃冰的蹤跡,並成功於2007年獲得可燃冰的樣本。
隨著勘測的進行,我國的可燃冰總量逐年提高,如果換算成同能量的石油的話,它相當於800億噸石油。
要知道我國在2020年進口了石油5.4億噸,如果將這些可燃冰投入使用,那麼會極大減緩我國對進口石油的依賴。
運油船
事實上我國也正在這麼做,在2021年,工程院發布了《海洋烴類能源有序開發的「負碳」路徑》,預計將在2030年對可燃冰進行商業開採。
同時,我國已經研製出了可以開採可燃冰的鑽探平台「藍鯨2號」,它已經成功執行了兩次可燃冰開採任務。
有支持開採,自然也有反對開採的聲音,工程院的一些院士認為,與其花大價錢去開採可燃冰,不如將這些錢投入開發新型能源。
我國每年進口很多石油
可燃冰說白了也是天然氣,它在使用的過程中依舊會產生二氧化碳,本質上和其他化石能源沒有什麼區別。
而且開採可燃冰會破壞一些大陸架,引發大陸架的顫動,會帶來後續的各種負面反應。
國際上對於可燃冰的開採一直都是持謹慎態度,不少地質學家認為,大規模開採可燃冰很有可能會造成地殼表面的改變。
大陸架結構
能源魔咒
可燃冰雖然釋放的能量巨大,但是它依舊屬於不可再生的化石能源,可以解決一時的能源危機,但不能解決長久的能源需求。
可持續、可再生的能源,才是未來所需要的,這其中被寄予厚望的,就是核聚變反應。
核聚變和核裂變就是我們常說的核能的來源,它們都屬於原子之間的反應,但是裂變需要的是重原子,如鈾、鈈等,它們主要來自自然界中的礦,是有限的資源。
鈾礦石
核聚變就不一樣,它的原料是氫原子,氫原子是整個宇宙中含量最多的物質,在地球上它無處不在。
氫原子可以從水中提取,地球最不缺的資源就是水,尤其是海水,這也讓核聚變的原料取之不盡用之不竭。
然而,核聚變的威脅之一就是不可控,一旦出現失控,那麼整個人類都會被滅亡。
人類未來真的能源希望,是可控核聚變,即可以隨時停止,隨時開始的核聚變反應。
在沒有攻破這項技術之前,人類的大部分能源需求都是化石能源在滿足,它們是每用一點,地球上就會少一點。
原子核
可燃冰也是化石能源之一,用完之後,想要再形成今天的規模,還需要很長的時間。