可燃冰试采获重大进展!它有多难开采?我国储量约800亿吨油当量

2022年09月30日01:45:18 科学 1656

全世界的能源问题都系在一种“冰”的身上,它就是可燃冰

为什么冰还能燃烧?因为这种冰的成分并不是水,而是天然气,简单来说就是天然气形成的冰。

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可燃冰燃烧

可燃冰类似于被压缩的天然气固体物质,一块标准体积的可燃冰相当于164立方米的天然气。

只是这样的可燃冰自然不是能够简单获取的,它隐藏在很深的地方。

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开采可燃冰的平台

燃烧的冰

可燃冰和天然气一样,主要成分都是甲烷,只不过可燃冰是甲烷的另一种形态——水合物

天然气和石油一样,都储存在地壳中,只不过它存在于地壳的浅表层

而可燃冰就是甲烷在地壳的深层,因为高压、低温以及遇见了水,形成了一种外表和冰相同的固态物质

所以可燃冰的学名叫做天然气水合物是一种特殊形态的天然气,可以燃烧,燃烧的产物主要是二氧化碳

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可燃冰极其结构

由于形成条件过于苛刻,可燃冰存在于沿海大陆架深处、深海某些湖泊深处也会存在。

可燃冰的前身就是各种生物,它们在遭遇灭绝事件之后被埋于地壳之中,自身的有机物在长年累月中形成了甲烷。

一般来说,可燃冰和天然气与石油的存在位置重合,只是石油、天然气在上层,它在下层。

根据形成的条件,按理来说存在可燃冰最多的是南北极,只可惜人类目前对可燃冰的研究没有传统化石能源多,南北极的可燃冰至今还处于未知状态

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保存在高压低温状态的可燃冰

除了地球,可燃冰还被认为广泛存在于宇宙中,光是太阳系内就有可燃冰。

不少人认为彗星里面就有可燃冰,所以当它和大气发生摩擦的时候是会燃烧的,这也是为什么彗星来到地球很难找到残留的陨石,因为彗星的主要成分是冰和各种气体。

太阳系有一颗卫星叫做土卫六,又名“泰坦”,上面的主要成分是甲烷和水,它具有大气,大气压是地球的1.5倍。

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土卫六被认为存在可燃冰

天文学家们认为,在土卫六上存在着很多可燃冰,它们就是这个星球的地基。

1立方米可燃冰能够从中释放164立方米的天然气出来,这样来看,它是浓缩的精华。

为什么可燃冰无法撼动传统化石能源的地位呢?最大的原因就是可燃冰的开采难度太大了!

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天然气

难开采

可燃冰存在的地方非常刁钻,要么是在陆地与海洋交接的沿海大陆架,要么是在深海,甚至是在冰川覆盖的南北极。

开采可燃冰的第一步是找到它,即需要勘察,对于浅层的天然气,不用人去找,它自己有的时候都会冒出来。

可燃冰藏在很深的地方,想要找到它们需要派出深海探测器去往海床寻找

光是这一步就难倒了很多国家,因为不是每个国家都有深海探测器可以用,目前世界上发现可燃冰的,无一例外都是掌握了深海下潜的国家。

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深海可燃冰

第二步就是取回样本,对其进行分析,可燃冰不是纯净物,它的里面也会混合着各种物质,有些物质是人类不需要的。

我们在电视上看到的可燃冰已经是经过杂质剔除的,所以看起来比较干净,和饭店里的固体酒精很像。

实际上刚开采出来的可燃冰长得麻麻赖赖的,像一块冰混着很多土的脏冰块

经过分析,才能得出可燃冰的具体储量,估算出自己国家目前的可燃冰总数。

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勘测可燃冰

第三步就是去开采了,这个过程也是困难重重,比任何能源都要难,因为它不能像石油、天然气那样用管道运输也不能像煤炭那样用传送带运输

可燃冰很难保存,因为它是水和天然气在高压、低温之下形成的固体,如果压力减小、温度升高,水合物的结构就会被破坏,那么天然气就会逃逸,可燃冰也会“融化”

因此开采的时候还得保证它的压力和温度不要有巨大的变化,但无论怎样开采,过程中必然有损耗

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开采可燃冰

这也增加了可燃冰的开采成本,如果将其投入生产和使用,那么它产出的天然气一般家庭用不起。

实际上还没有哪个国家能够做到大面积商业开采可燃冰的程度,都是仅停留在研究和勘探的程度

我国也没有在这场找“冰”行动中落下,我国在2007年成功采得可燃冰的样本,成为世界上第四个采集到可燃冰的国家。

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在海上开采可燃冰

我国和可燃冰的故事

可燃冰被发现的历史非常久远,早在1810年就在实验室被证明天然气和水可以形成水合物。

既然能够人工合成,那么自然界也会存在这样的物质,于是1946年,苏联的科学家们一头扎进了冰天雪地的西伯利亚寻找可燃冰,找了22年终于发现了自然状态下的可燃冰。

1972年,美国在阿拉斯加的永久冻土层中采集到了可燃冰,这是世界上第一块可燃冰样本

自此之后,越来越多的国家加入到可燃冰的寻找大军,都希望在自家找到可燃冰。

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阿拉斯加冰原

我国从1999年开始加入找“冰”大军,先后在南海青藏高原发现了可燃冰的踪迹,并成功于2007年获得可燃冰的样本

随着勘测的进行,我国的可燃冰总量逐年提高,如果换算成同能量的石油的话,它相当于800亿吨石油

要知道我国在2020年进口了石油5.4亿吨,如果将这些可燃冰投入使用,那么会极大减缓我国对进口石油的依赖。

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运油船

事实上我国也正在这么做,在2021年,工程院发布了《海洋烃类能源有序开发的“负碳”路径》,预计将在2030年对可燃冰进行商业开采。

同时,我国已经研制出了可以开采可燃冰的钻探平台蓝鲸2号,它已经成功执行了两次可燃冰开采任务。

有支持开采,自然也有反对开采的声音,工程院的一些院士认为,与其花大价钱去开采可燃冰,不如将这些钱投入开发新型能源

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我国每年进口很多石油

可燃冰说白了也是天然气,它在使用的过程中依旧会产生二氧化碳,本质上和其他化石能源没有什么区别。

而且开采可燃冰会破坏一些大陆架,引发大陆架的颤动,会带来后续的各种负面反应。

国际上对于可燃冰的开采一直都是持谨慎态度,不少地质学家认为,大规模开采可燃冰很有可能会造成地壳表面的改变。

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大陆架结构

能源魔咒

可燃冰虽然释放的能量巨大,但是它依旧属于不可再生的化石能源,可以解决一时的能源危机,但不能解决长久的能源需求

可持续、可再生的能源,才是未来所需要的,这其中被寄予厚望的,就是核聚变反应

核聚变和核裂变就是我们常说的核能的来源,它们都属于原子之间的反应,但是裂变需要的是重原子,如铀、钚等,它们主要来自自然界中的矿,是有限的资源。

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铀矿石

核聚变就不一样,它的原料是氢原子氢原子是整个宇宙中含量最多的物质,在地球上它无处不在。

氢原子可以从水中提取,地球最不缺的资源就是水,尤其是海水,这也让核聚变的原料取之不尽用之不竭。

然而,核聚变的威胁之一就是不可控,一旦出现失控,那么整个人类都会被灭亡。

人类未来真的能源希望,可控核聚变,即可以随时停止,随时开始的核聚变反应。

在没有攻破这项技术之前,人类的大部分能源需求都是化石能源在满足,它们是每用一点,地球上就会少一点。

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原子核

可燃冰也是化石能源之一,用完之后,想要再形成今天的规模,还需要很长的时间。

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