​一种神奇可燃烧的冰 深藏在地底 对人类的未来有多重要

一种神奇可燃烧的冰 深藏在地底 对人类的未来有多重要

先说说可燃冰是什么。

可燃冰，顾名思义就是可以燃烧的冰。

冰怎么能燃烧呢？这就要学点化学知识了。

可燃冰的化学式为CH·nHO，是天然气与水形成的类冰状结晶物，在高压低温条件下形成，其外观看起来像冰，遇到火即可点燃，因此就叫可燃冰。

但这只是俗称，其正式化学名叫天然气水合物。

这里特别要说明一下，可燃冰并不都是晶莹剔透的冰雪状，大多数情况下天然气水合物在地底下是与泥沙混合在一起的，比如在南海神狐海域采集起来的就是一种泥质粉砂状的物质，有点像黏土。

由于这种矿藏渗透力较差，因此开采难度较大，出气强度、持续性、防砂防堵要求都很高。

可燃冰是一种清洁能源，比使用石化燃料的污染小多了，因此是人类未来石化燃料的理想替代能源。

可燃冰的热当量。

可燃冰是世界近年来越来越火的一种新能源，由于其储量大，热值高，在石油煤炭资源越来越匮乏，人类面临能源危机的情势下，对可燃冰的期待越来越高。

可燃冰是由水和天然气在高压低温下结晶而成，其比重约为0.9g/cm^3，略低于水和水冰，每个立方米可燃冰含有0.8m^3的水，可转化释放出160~180m^3天然气。

根据油气标准当量，石油原油的热值与天然气热值对比，每吨原油相当于天然气1255m^3，为了方便计算，一般会把1吨原油约等于1000m^3天然气来比较。

这样我们就可以得出，1m^3可燃冰，约相当于原油0.16吨，或者说约6.25m^3可燃冰，可等值1吨原油。

可燃冰的发现过程。

最早提出可燃冰这个概念的是美国人哈默·施密特，他在一个被堵塞的输气管道中发现罪魁祸首是一块可燃燃烧的冰块，这是人类首先发现这种甲烷气水化合物。

在此之前，1810年，英国化学家汉弗来.戴维爵士率首次在实验室发现过这种物质。

1946年，苏联学者斯特里诺夫提出了可燃冰在自然中可能存在的概念，他认为只要有适当的低温和压力，就能够形成这种矿藏；1968年，前苏联地质学家们在寒冷的西伯利亚发现了可燃冰的矿藏。

1972年，美国人首次在阿拉斯加的永冻层中采集到了可燃冰的样品；1968年开始，美国挑战者号海洋钻探船发现了某种奇怪的地震反射波，怀疑海底地层中有冰层带或者可燃冰的存在；1979年，挑战者号从这种反射层中钻取到了可燃冰，由此确定具有这种反射波的海域地下，就可能存在可燃冰。

从此，世界上可燃冰的勘探开采研究如火如荼起来。

中国在可燃冰勘探研究上起步较晚，1999~2001年，地质科技人员才首次在南海西沙海槽发现存在可燃冰的地震异常信息，2002年国务院批准设立了海域可燃冰资源调查专项。

由此，拉开了中国可燃冰调查勘探的序幕，以后发展非常迅速，现在走到了世界前列。

2017年5月，中国在南海北部神狐海域首次试采可燃冰取得成功；2020年2月17日，又实现了第二轮试采点火成功。

可燃冰的储量。

现在人类的主要燃料是石油，能源危机已经日益迫近。

据世界上一些能源研究机构统计，全球石油已经探明的总储量大致在2000亿吨左右，除了已经开采使用的，剩下也就1500亿吨左右，根据目前的储量与消耗量计算，世界石油储量只够人类再使用40年左右。

在这种日益迫近的能源危机面前，可燃冰勘探成果的不断涌现，让濒临绝望的人们又抓住了一根稻草。

现在世界上已经勘探出可燃冰总储量约2100万亿m^3，折算成石油约合336万亿吨。

这是个什么概念？我们简单算一下就知道，这是现有石油储量的2240倍，如果现在的石油储量还可以供人类用40年，那么这些可燃冰储量就可以供人类用上89600年。

不过网络上一般认为，现在世界上探明的可燃冰储量可供人类使用1000年，我实在不知道这些数据是如何得来的。

中国可燃冰储量。

在这个领域，中国近年来可是战果频频。

在南海、东海、青藏高原等地，已经探明相当巨大的可燃冰储量，相当于原油当量1000亿吨以上。

这又是一个什么概念？就是中国的可燃冰不完全统计，就达到了世界燃油总剩余储量的约70%。

中国2020年消耗石油7.2亿吨，按这个消耗量，中国的可燃冰储量可以供中国人消耗138年，即便储量再大些，在1500吨以上，也就可供消耗200来年。

但网络上有些说法，似乎远远不止这些。

比如许多帖子认为中国是世界上可燃冰储量最大的国家，还有的说中国可燃冰总储量占据了世界的90%。

这些说法我就不知道有什么数据支撑，是如何得来的。

如果按照前面说的，世界上可燃冰总储量2100万亿m^3，约合原油当量336万亿吨来看，中国约合原油1000亿吨的储量只占其中的3360分之一，怎么可能会成为世界第一，又如何占据了世界的90%呢？

当然，我希望是我孤陋寡闻，有些数据不清楚，我国的天然冰储量真的像一些网友们说的那样，世界第一。

但我搜遍了网络，也无法找到能够证明这个说法的依据。

如果有这方面可靠数据的朋友，欢迎在评论区予以指正，先行谢过。

可燃冰是怎么形成的。

形成可燃冰要具备三个基本条件，即温度、压力和气源。

温度就是要有低温环境，可燃冰只有在0~10℃的情况下才会生成，超过了20℃就会分解，因此可燃冰一般在海底或永久冻土层才会生成，海底温度一般保持在2~4℃，冻土层温度一般都在0℃以下。

压力就是要有30个海平面大气压，在海洋，只要有300米深的海水就能够形成30个大气压，因此较容易保证这个气压，现在开采到的可燃冰的海洋几乎都在1000米以上；在冻土层一般可燃冰会在800~1000m一下生成。

气源就是那里要有天然气来源，如果没有天然气，就巧妇难做无米之炊了，即便有适当的温度和压力，也无法生成可燃冰。

一般海底有机物沉淀，经过碳化和生物转化，就形成了充足的气源，在适当的温度、气压和气源的交织下，可燃冰晶体就会在海底多孔介质的空隙中间生成。

而陆地冻土中的可燃冰一般混合在砂岩或粉砂岩岩床纵波，以甲烷包合物的方式存在。

可燃冰的分子结构有点像有若干水分子组成的笼子，而甲烷就被包裹在笼子的中间。

这是因为水分子中氧原子的电负性较大，在高压下能吸引与之相近水分子中的氢原子形成氢键，构成笼状结构。

这种笼状结晶化合物只有在一定温度和压力下才能稳定存在，温度和压力两个条件有一个出了问题，锁在笼子里的甲烷气体就会逸出，所谓可燃冰就会崩解而不复存在。

可燃冰的开采过程的问题。

可能有些人看到网上像冰块一样的可燃冰燃烧，会以为开采可燃冰就是把地底的可燃冰块挖出来，然后装上火车汽车轮船，运输到世界各地去。

其实这种想法完全错了，如果这样开采的话，不要说不能得到这些燃料造福人类，反而会祸害地球生态。

因为如果将这些可燃冰固体开采出来，由于开采过程的温度升高和压力的降低，这些可燃冰还没出水面或到地表，其笼状结晶都会分解了，还没有到挖起来装载到运输车船上，天然气就挥发殆尽了。

而可燃冰中的甲烷，其温室效应是二氧化碳20倍。

地下储存的可燃冰中的甲烷总量，是大气中甲烷总量的3000倍，如果这些气体逃逸到地球大气层，将对地球气温和气候造成不可逆转的巨大损害，即便泄漏到了海底，也会改变沉积物的工程力学性质，导致因海底软化造成的大规模滑坡，破坏海底构造以及通讯电缆、海洋钻井平台等设施。

可燃冰开采方法。

由于要注意防泄漏，因此可燃冰开采就是一个难度较高的技术。

简单地说，人们只能在地底下让这些可燃冰打破樊笼，天然气逸出后，不泄漏地把它们抽取出来，密封在管道和或槽罐中，运输到需要的地方。

现在正在试验中的主要开采方法有热激发法、减压法、置换法等三种，就是通过给地下天然冰加热或减压，或通过用其他化学物质置换，让可燃冰在地底打破晶体笼状结构，使甲烷逃逸出来，然后把它们从地底用管道输送到地面。

技术的难点就是如何做到密封，让逸出的天然气只能顺着管道乖乖地流进到储罐或输送管道中，不能泄漏到海底或空气中。

现在世界各国都在研究更安全高效的开采方式，改进和提升开采设施。

中国有关专家表示，现在通过试采，可燃冰作为未来替代能源的前景是广阔的，但根据目前对可燃冰调查研究和技术储备现状，要实现商业化开采大概还要到2030年左右，也就是还需10年准备时间。

世界上怎么样呢？我想也差不多吧。

这个问题就说到这，码字很累，如果喜欢就请给个关注和点赞吧。

谢谢阅读，欢迎讨论。

时空通讯版权，侵权抄袭是不道德的行为，敬请理解合作。

来源:

本文科普中国

举报/反馈