石油 新能源 冰(什么是可燃冰？)

可燃冰又称为甲烷水合物、天然气水合物，是天然气和水结合在一起的固体化合物，在海底高压下是天然气的固体状态，它的主要成分是甲烷分子和水分子。它的形成与海底石油的形成过程相似，而且它们之间还密切相关。可燃冰埋于海底地层深处的大量有机质中，处于缺氧环境中，厌气性细菌把有机质分解之后形成石油和天然气(石油气)。其中许多天然气又被包含进水分子中，在海底的低温与压力下又形成了“可燃冰”。由于天然气和水可以在温度2～5℃内结晶，这个结晶体就是“可燃冰”。因为其主要成分是甲烷，因此也被人们称为“甲烷水合物”。

可燃冰从外表上看像冰霜，从微观上看它的分子结构就像一个个由若干水分子组成的“笼子”，每个“笼子”里“关”一个气体分子。目前，可燃冰主要分布在太平洋的东、西部和大西洋的西部边缘，是非常具有发展潜力的一种新能源，但是由于其开采困难，海底可燃冰至今仍原封不动地保存在海底和永久冻土层内。据科学家们估计，海底可燃冰分布范围约占地球海洋总面积的10%，约4000万平方公里，是迄今为止人类发现的海底最具价值的矿产资源，足够人类使用1000年。

可燃冰这种宝贝资源是来之不易的，它的生成至少要满足三个条件：一是温度不能太高，如果温度高于20℃，它很快就会“烟消云散”；二是要有足够大的压力，海水越深压力就越大，可燃冰的生成也就越稳定；三是要有甲烷气源，海底古生物尸体的沉积物，被细菌分解后会产生甲烷。因此，海底的的环境最适合可燃冰的形成。

可燃冰中由于含有大量的甲烷等可燃气体，因此很容易燃烧。在同等条件下，可燃冰燃烧后产生的能量要比煤、石油和天然气多出数十倍，而且其燃烧后不产生任何残渣和废气，避免了最让人们头疼的环境污染问题。因此科学家们把可燃冰称作“属于低碳社会的能源”。

据科学家介绍，1立方米的可燃冰所释放出的能量相当于164立方米的天然气。地球上可燃冰的总能量，是所有煤、石油、天然气总和的2～3倍。此外，可燃冰还在日复一日，年复一年地积累，从而形成延伸数千至数万里的“矿产资源床”。因此，专家认为，可燃冰一旦得到开采利用，就将使人类的燃料使用时间延长几个世纪。

但是，人类要大量开采埋藏于深海的可燃冰，尚面临着许多新问题有待解决。有专家认为，在导致全球气候变暖的各个因素方面，甲烷的影响要比二氧化碳大10～20倍。因此，可燃冰矿产资源哪怕受到极小的破坏，都足以导致其中的甲烷气体大量泄漏，破坏环境。另外，位于陆地边缘的海域的可燃冰开采起来更是十分困难，一旦出现井喷事故，就会造成海啸、海底滑坡、海水毒化等灾害，给人类的生命安全和财产安全带来危害。由此可见，可燃冰虽然是未来的理想新能源，但它同时也是一种会给人类带来危险的能源。因此，可燃冰的开发和利用就像一柄“双刃刀”，需要人类小心谨慎对待。

为开发可燃冰新能源，国际上成立了由19个国家参与的地层深处，对海洋地质取样研究的联合机构，有几十位科技人员组成，他们驾驶着一艘装备着先进实验设施的轮船从对海底可燃冰进行勘探，这艘可燃冰勘探专用轮船是当今世界上唯一一艘能从深海的岩石中获取样品的轮船，船上装备有用于研究的各种项目的实验设备，相信很快，就会给人类带来好消息。

科学家预测，可燃冰有望取代煤、石油和天然气，成为21世纪的新能源。加强对可燃冰的调查评价是开发21世纪新能源、改善能源结构、增强综合国力及国际竞争力和保证经济安全的重要途径。

全球可燃冰是煤石油天然气的几倍

什么是可燃冰

谈到能源，人们立即想到的是能燃烧的煤、石油或天然气，而很少想到晶莹剔透的“冰”。然而，自 20 世纪 60 年代以来，人们陆续在冻土带和海洋深处发现了一种可以燃烧的“冰”。这种“可燃冰”在地质上称之为天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate），又称“笼形包合物”（Clathrate），分子结构式为：CH4·nH2O，现已证实分子结构式为CH4·8H20。

天然气水合物是一种白色固体物质，外形像冰，有极强的燃烧力，可作为上等能源。它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。天然气水合物是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等）下，由气体或挥发性液体与水相互作用过程中形成的白色固态结晶物质。 一旦温度升高或压强降低，甲烷气则会逸出，固体水合物便趋于崩解。（1立方米的可燃冰可在常温常压下释放164立方米的天然气及0.8立方米的淡水）所以固体状的天然气水合物往往分布于水深大于 300 米 以上的海底沉积物或寒冷的永久冻土中。海底天然气水合物依赖巨厚水层的压力来维持其固体状态，其分布可以从海底到海底之下 1000 米 的范围以内，再往深处则由于地温升高其固体状态遭到破坏而难以存在。

从物理性质来看，天然气水合物的密度接近并稍低于冰的密度，剪切系数、电解常数和热传导率均低于冰。天然气水合物的声波传播速度明显高于含气沉积物和饱和水沉积物，中子孔隙度低于饱和水沉积物，这些差别是物探方法识别天然气水合物的理论基础。此外，天然气水合物的毛细管孔隙压力较高。

可燃冰燃烧方程式

CH4·8 H2O + 2 O2 == CO2 + 10 H2O （反应条件为“点燃”）

可燃冰的成因

可燃冰是天然气分子（烷类）被包进水分子中，在海底低温与压力下结晶形成的。形成可燃冰有三个基本条件：温度、压力和原材料。首先，可燃冰可在0℃以上生成，但超过20℃便会分解。而海底温度一般保持在2~4℃左右；其次，可燃冰在0℃时，只需30个大气压即可生成，而以海洋的深度，30个大气压很容易保证，并且气压越大，水合物就越不容易分解。最后，海底的有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可产生充足的气源。海底的地层是多孔介质，在温度、压力、气源三者都具备的条件下，可燃冰晶体就会在介质的空隙间中生成。

可燃冰的资源量

世界上绝大部分的天然气水合物分布在海洋里，据估算，海洋里天然气水合物的资源量是陆地上的 100 倍以上。据最保守的统计，全世界海底天然气水合物中贮存的甲烷总量约为 1.8 亿亿立方米 (18000 × 10^12m3 ) ，约合 1.1 万亿吨 (11 × 10^12t) ，如此数量巨大的能源是人类未来动力的希望，是 21 世纪具有良好前景的后续能源。

可燃冰被西方学者称为“21世纪能源”或“未来新能源”。迄今为止，在世界各地的海洋及大陆地层中，已探明的“可燃冰”储量已相当于全球传统化石能源(煤、石油、天然气、油页岩等)储量的两倍以上，其中海底可燃冰的储量够人类使用1000年。

可燃冰的缺点

天然气水合物在给人类带来新的能源前景的同时，对人类生存环境也提出了严峻的挑战。天然气水合物中的甲烷，其温室效应为 CO2 的 20 倍，温室效应造成的异常气候和海面上升正威胁着人类的生存。全球海底天然气水合物中的甲烷总量约为地球大气中甲烷总量的 3000 倍，若有不慎，让海底天然气水合物中的甲烷气逃逸到大气中去，将产生无法想象的后果。而且固结在海底沉积物中的水合物，一旦条件变化使甲烷气从水合物中释出，还会改变沉积物的物理性质，极大地降低海底沉积物的工程力学特性，使海底软化，出现大规模的海底滑坡，毁坏海底工程设施，如：海底输电或通讯电缆和海洋石油钻井平台等。

[编辑本段]海底宝贝来之不易

可燃冰是天然气和水结合在一起的固体化合物，外形与冰相似。由于含有大量甲烷等可燃气体，因此极易燃烧。同等条件下，可燃冰燃烧产生的能量比煤、石油、天然气要多出数十倍，而且燃烧后不产生任何残渣和废气，避免了最让人们头疼的污染问题。科学家们如获至宝，把可燃冰称作“属于未来的能源”。

可燃冰这种宝贝可是来之不易，它的诞生至少要满足三个条件：第一是温度不能太高，如果温度高于20℃，它就会“烟消云散”，所以，海底的温度最适合可燃冰的形成；第二是压力要足够大，海底越深压力就越大，可燃冰也就越稳定；第三是要有甲烷气源，海底古生物尸体的沉积物，被细菌分解后会产生甲烷。所以，可燃冰在世界各大洋中均有分布。

可燃冰的储量

水合物的储量

天然气水合物在世界范围内广泛存在，这一点已得到广大研究者的公认。在地球上大约有27%的陆地是可以形成天然气水合物的潜在地区，而在世界大洋水域中约有90%的面积也属这样的潜在区域。已发现的天然气水合物主要存在于北极地区的永久冻土区和世界范围内的海底、陆坡、陆基及海沟中。由于采用的标准不同，不同机构对全世界天然气水合物储量的估计值差别很大。据潜在气体联合会（PGC，1981）估计，永久冻土区天然气水合物资源量为1.4×1013～3.4×1016m3，包括海洋天然气水合物在内的资源总量为7.6×1018m3。但是，大多数人认为储存在汽水合物中的碳至少有1×1013t，约是当前已探明的所有化石燃料（包括煤、石油和天然气）中碳含量总和的2倍。由于天然气水合物的非渗透性，常常可以作为其下层游离天然气的封盖层。因而，加上汽水合物下层的游离气体量这种估计还可能会大些。如果能证明这些预计属实的话，天然气水合物将成为一种未来丰富的重要能源。

从化学结构来看，天然气水合物是这样构成的：由水分子搭成像笼子一样的多面体格架，以甲烷为主的气体分子被包含在笼子格架中。不同的温压条件，具有不同的多面体格架。

从物理性质来看，天然气水合物的密度接近并稍低于冰的密度，剪切系数、电解常数和热传导率均低于冰。天然气水合物的声波传播速度明显高于含气沉积物和饱和水沉积物，中子孔隙度低于饱和水沉积物，这些差别是物探方法识别天然气水合物的理论基础。此外，天然气水合物的毛细管孔隙压力较高。

仅仅是目前已探明的储量，就比地球上石油的总储量还大几百倍。这些可然冰都蕴藏在全球各地的450米深的海床上，表面看起来，很象干冰，实际却能燃烧。在美东南沿海水下2700平方米面积的水化物中，含有足够供应美国70多年的可燃冰。其储量预计是常规储量的2．6倍，如果全部开发利用，可使用100年左右。中国地质大学(武汉)和中南石油局第五物探大队在藏北高原羌塘盆地开展的大规模地球物理勘探成果表明：继塔里木盆地后，西藏地区很有可能成为中国21世纪第二个石油资源战略接替区。

可燃冰的开采设想[1]

由于可燃冰在常温常压下不稳定，因此开采可燃冰的方法设想有：①热解法。②降压法。③二氧化碳置换法。

[编辑本段]全球分布区多达116处

根据专家预测，全球蕴藏的常规石油天然气资源消耗巨大，预计在四五十年之后就会枯竭。能源危机让人们忧心忡忡，而可燃冰就像是上天赐予人类的珍宝，它年复一年地积累，形成延伸数千乃至数万里的矿床。仅仅是现在探明的可燃冰储量，就比全世界煤炭、石油和天然气加起来的储量还要多几倍。

科学家的评价结果表明，仅仅在海底区域，可燃冰的分布面积就达4000万平方公里，占地球海洋总面积的1／4。目前，世界上已发现的可燃冰分布区多达116处，其矿层之厚、规模之大，是常规天然气田无法相比的。科学家估计，海底可燃冰的储量至少够人类使用1000年。

开采不当会引发灾难

天然可燃冰呈固态，不会像石油开采那样自喷流出。如果把它从海底一块块搬出，在从海底到海面的运送过程中，甲烷就会挥发殆尽，同时还会给大气造成巨大危害。为了获取这种清洁能源，世界许多国家都在研究天然可燃冰的开采方法。科学家们认为，一旦开采技术获得突破性进展，那么可燃冰立刻会成为21世纪的主要能源。

相反，如果开采不当，后果绝对是灾难性的。在导致全球气候变暖方面，甲烷所起的作用比二氧化碳要大20倍；而可燃冰矿藏哪怕受到最小的破坏，都足以导致甲烷气体的大量泄漏，从而引起强烈的温室效应。另外，陆缘海边的可燃冰开采起来十分困难，一旦出了井喷事故，就会造成海啸、海底滑坡、海水毒化等灾害。所以，可燃冰的开发利用就像一柄“双刃剑”，需要小心对待。

世界各国竞相开发可燃冰

1960年，前苏联在西伯利亚发现了可燃冰，并于1969年投入开发；美国于1969年开始实施可燃冰调查，1998年把可燃冰作为国家发展的战略能源列入国家级长远计划；日本开始关注可燃冰是在1992年，目前已基本完成周边海域的可燃冰调查与评价。但最先挖出可燃冰的是德国.

2000年开始，可燃冰的研究与勘探进入高峰期，世界上至少有30多个国家和地区参与其中。其中以美国的计划最为完善——总统科学技术委员会建议研究开发可燃冰，参、众两院有许多人提出议案，支持可燃冰开发研究。美国目前每年用于可燃冰研究的财政拨款达上千万美元。

为开发这种新能源，国际上成立了由19个国家参与的地层深处海洋地质取样研究联合机构，有50个科技人员驾驶着一艘装备有先进实验设施的轮船从美国东海岸出发进行海底可燃冰勘探。这艘可燃冰勘探专用轮船的7层船舱都装备着先进的实验设备，是当今世界上唯一的一艘能从深海下岩石中取样的轮船，船上装备有能用于研究沉积层学、古人种学、岩石学、地球化学、地球物理学等的实验设备。这艘专用轮船由得克萨斯州A·M大学主管，英、德、法、日、澳、美科学基金会及欧洲联合科学基金会为其提供经济援助。

世界上可燃冰的分布

海底天然气水合物作为 21 世纪的重要后续能源，及其对人类生存环境及海底工程设施的灾害影响，正日益引起科学家们和世界各国政府的关注。本世纪六十年代开始的深海钻探计划 (DSDP) 和随后的大洋钻探计划 (ODP) 在世界各大洋与海域有计划地进行了大量的深海钻探和海洋地质地球物理勘查，在多处海底直接或间接地发现了天然气水合物。到目前为止，世界上海底天然气水合物已发现的主要分布区是大西洋海域的墨西哥湾、加勒比海、南美东部陆缘、非洲西部陆缘和美国东海岸外的布莱克海台等，西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳海槽、日本海、四国海槽、日本南海海槽、苏拉威西海和新西兰北部海域等，东太平洋海域的中美洲海槽、加利福尼亚滨外和秘鲁海槽等，印度洋的阿曼海湾，南极的罗斯海和威德尔海，北极的巴伦支海和波弗特海，以及大陆内的黑海与里海等。

因此，从20 世纪80 年代开始，美、英、德、加、日等发达国家纷纷投入巨资相继开展了本土和国际海底天然气水合物的调查研究和评价工作，同时美、日、加、印度等国已经制定了勘查和开发天然气水合物的国家计划。特别是日本和印度，在勘查和开发天然气水合物的能力方面已处于领先地位。

2009年9月中国地质部门公布，在青藏高原发现了一种名为可燃冰(又称天然气水合物)的环保新能源，预计十年左右能投入使用。这是中国首次在陆域上发现可燃冰，使中国成为加拿大、美国之后，在陆域上通过国家计划钻探发现可燃冰的第三个国家。初略的估算，远景资源量至少有350亿吨油当量。

可燃冰在中国的状况

作为世界上最大的发展中的海洋大国，我国能源短缺十分突出。目前我国的油气资源供需差距很大， 1993 年我国已从油气输出国转变为净进口国， 1999 年进口石油 4000 多万吨， 2000 年进口石油近 7000 万吨，预计 2010 石油缺口可达 2 亿吨。因此急需开发新能源以满足中国经济的高速发展。海底天然气水合物资源丰富，其上游的勘探开采技术可借鉴常规油气，下游的天然气运输、使用等技术都很成熟。因此，加强天然气水合物调查评价是贯彻实施党中央、国务院确定的可持续发展战略的重要措施，也是开发我国二十一世纪新能源、改善能源结构、增强综合国力及国际竞争力、保证经济安全的重要途径。

我国对海底天然气水合物的研究与勘查已取得一定进展，在南海西沙海槽等海区已相继发现存在天然气水合物的地球物理标志 BSR ，这表明中国海域也分布有天然气水合物资源，值得我们开展进一步的工作；同时青岛海洋地质研究所已建立有自主知识产权的天然气水合物实验室并成功点燃天然气水合物。

[编辑本段]我国发现海底可燃冰

2005年4月14日，我国在北京举行中国地质博物馆收藏我国首次发现的天然气水合物碳酸盐岩标本仪式。

宣布我国首次发现世界上规模最大被作为“可燃冰”即天然气水合物存在重要证据的“冷泉”碳酸盐岩分布区，其面积约为430平方公里。

该分布区为中德双方联合在我国南海北部陆坡执行“太阳号”科学考察船合作开展的南中国海天然气水合物调查中首次发现。冷泉碳酸盐岩的形成被认为与海底天然气水合物系统和生活在冷泉喷口附近的化能生物群落的活动有关。此次科考期间，在南海北部陆坡东沙群岛以东海域发现了大量的自生碳酸盐岩，其水深范围分别为550米～650米和750米～800米，海底电视观察和电视抓斗取样发现海底有大量的管状、烟囱状、面包圈状、板状和块状的自生碳酸盐岩产出，它们或孤立地躺在海底上，或从沉积物里突兀地伸出来，来自喷口的双壳类生物壳体呈斑状散布其间，巨大碳酸盐岩建造体在海底屹立，其特征与哥斯达黎加边缘海和美国俄勒岗外海所发现的“化学礁”类似，而规模却更大。

“可燃冰”是由天然气与水分子结合形成的外观似冰的白色或浅灰色固态结晶物质，因其成分的80%～99.9%为甲烷，这些碳酸盐岩的形成和分布记录了富含甲烷流体的类型、性质、来源、强度变化及其与海底可能存在的水合物系统的关系等情况。

中德科学家一致建议，借距工作区最近的中国香港九龙的名谓，将该自生碳酸盐岩区中最典型的一个构造体命名为“九龙甲烷礁”，其中“龙”字代表了中国，“九”代表了多个研究团体的合作。

[编辑本段]中国绘制可燃冰的商业开发路线

按照战略规划的安排，2006年—2020年是调查阶段，2020年—2030年是开发试生产阶段，2030年—2050年，中国可燃冰将进入商业生产阶段。

[编辑本段]日冒险开采可燃冰 可能造成海沟崩塌

如今，迫于发展需求、急于改变能源依赖他人局面的日本把目光投向了海底沉睡的“能源水晶”——天然气水合物，也称“可燃冰”。(它是水和天然气在中高压和低温条件下混合时产生的晶体物质，外貌极似冰雪，点火即可燃烧。)在日本附近平静的太平洋海面下3000英尺，数以亿吨的可燃冰正等待被人们利用。日本认为，如果这些资源能为日本所用，将大大改善它依赖从中东和印尼进口能源的困境。据初步估算，这些“可燃烧的冰块”可供日本全国14年之用。但开发这些未明资源的同时，有一个关键问题必须应对：环境保护。

日加合作开采“可燃冰”

在本州岛海岸线30英里外，科学家们发现了一条蕴藏量惊人的海沟：在海沟里的甲烷呈水晶状，大约有500米厚，总量达40万亿立方米。这个储量尽管还不能与沙特或者俄罗斯的石油资源相比，但也足够日本用上一阵了。日本科学家们对这一结果很是兴奋，他们表示将尽快拿出合适的方案开采这些被遗忘的资源。

相比日本，拥有广袤海洋资源的加拿大可谓在这方面先行一步。他们通常采用“降压”的方法开采此类冰冻资源，即先在冰层中打许多很深的孔，然后借助大量抽水机降低打孔带来的重压，从而让有用的甲烷气体从海水中分离出来，慢慢浮至人力便于提取的深度。日加两国科学家决定合作，采用这个最有效的办法开采本州岛附近海域发现的资源。

日本政府很快同意了这个开采方法，先期的演练工作已在今年4月完成，其余各项测试将在2008年初完成。

开采面临许多未知威胁

向日本招手的除了巨大能源，还有很多看不见的危险。比如，在“降压”方法的第三个步骤，降压让大量的甲烷气体慢慢浮上海面，这些温室气体的出现会对全球气温造成什么样的影响还不得而知。日本政府也对此表示，他们一直高度重视环境的保护问题，绝不会为了能源牺牲环境，他们已安排许多先期测试以防万一。

这还是开采成功后的顾虑，在开采过程中依然有许多未知威胁。科学家们提醒日本政府在开采中必须警惕海底的海沟崩塌。表面平静的海洋底下究竟在进行着哪些变化，人们还没有完全搞清楚。如果开采中一个不小心造成目标海沟坍塌或是类似于泥石流的灾难，不仅会给开采国带来巨大人力、财力损失，由此泄露的大量温室气体更会让世界担忧。

此外，大规模地在海底钻孔、安置各种设备无疑会让鱼类远离海岸，生活在海边的渔民们的收入自然会受到不小的影响。日本的渔民已经表达了这样的担忧。

划时代意义：

我国发现巨量可燃冰

青藏高原发现新能源可燃冰 至少350亿吨油当量 ，中国国土资源部总工程师张洪涛先生09年9月25日在北京介绍，中国地质部门在青藏高原发现了一种名为可燃冰(又称天然气水合物)的环保新能源，预计十年左右能投入使用。

可燃冰是水和天然气在高压、低温条件下混合而成的一种固态物质，具有使用方便、燃烧值高、清洁无污染等特点，是公认的地球上尚未开发的最大新型能源。

全球海底“可燃冰”所含的有机碳总量相当于全球已知煤、石油和天燃气总和的2倍以上。

可燃冰常见于深海沉积物或陆上永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。由于分布浅、分布广泛、总量巨大、能量密度高，而成为未来主要替代能源，受到世界各国政府和科学界的密切关注。

扩展资料：

可燃冰其资源密度高，全球分布广泛，具有极高的资源价值，因而成为油气工业界长期研究热点。自上世纪60年代起，以美国、日本、德国、中国、韩国、印度为代表的一些国家都制订了天然气水合物勘探开发研究计划。

迄今，人们已在近海海域与冻土区发现水合物矿点超过230处，涌现出一大批天然气水合物热点研究区。

百度百科-可燃冰