可燃冰或成为未来重要能源:你了解它吗?

可燃冰或成为未来重要能源:你了解它吗?
2018年11月26日 09:22 新浪科技
这种看似平平无奇的物质能解决我们的能源危机吗?这种看似平平无奇的物质能解决我们的能源危机吗?

  新浪科技讯 北京时间11月26日消息,据国外媒体报道,人类已经成功从海床中提取出了一种鲜有人问津的燃料——甲烷水合物,又称可燃冰。支持者认为,可燃冰可以有效解决能源危机。但它是否存在环境风险呢?

  在海床下面,埋藏着众多被困在冰“分子笼”中的甲烷。在有些地区,覆盖着这些冰与甲烷的沉积物已经逐渐消失,露出了一堆堆略呈白色、形同脏冰的物质。

  如果把这种物质捞出水面,它的外观与手感都与普通的冰几乎无异,只不过你的手心会感觉到它正在冒气泡。但若用点燃的火柴靠近它,它并不会像冰块一样融化,而是会燃烧起来。如今有许多大型国际科研项目和公司都在争相从海底捕捞这种奇异的、反直觉的物质,希望把可燃冰中所含的甲烷用作燃料。如果一切按计划进行,人们也许再过10年左右,便可以开始提取可燃冰了。但到目前为止,这条路走得相当不顺利。

  毫无疑问,可燃冰可以成为重要的燃料来源。据近期研究估计,可燃冰中的碳元素约占其它化石能源——如石油、天然气和煤炭——的三分之一。有几个国家很希望提取出这种能源,日本尤其如此。可燃冰并不难找,往往会留下很明显的痕迹。但问题在于,如何捕获其中的甲烷、并将其带到地表。

  “有一点很清楚:我们永远不可能亲自潜入海底,像开采矿石一样开采可燃冰。”带领美国地质调查天然气水合物项目的科学家卡洛琳•拉佩尔(Carolyn Ruppel)指出。

  这一切都要归咎于物理学。甲烷水合物对压力和温度非常敏感,不能简单地捞起了事。它们通常形成于500米深的海底下方数百米处,那里的压强远高于地表,且温度接近零度。一旦离开这种环境,可燃冰就会迅速分解,根本来不及采集其中的甲烷。不过,我们还有别的方法来采集它。

  “恰恰相反,我们必须迫使甲烷从可燃冰中释放出来,然后就可以对释放出的气体进行采集了。”拉佩尔解释道。

可燃冰也许很脆弱,假如在钻取过程中坍塌,可能会向海洋中释放大量甲烷。有些人担心这可能引发海啸。  可燃冰也许很脆弱,假如在钻取过程中坍塌,可能会向海洋中释放大量甲烷。有些人担心这可能引发海啸。

  这正是一项日本政府赞助的研究项目的计划在海床的甲烷水合物矿藏中钻了一个孔,并对其进行降压处理,成功从中释放出了甲烷气体。此次测试持续了六天时间,直到后来砂子灌入钻井,阻塞了气体的释放。但公众对此的反应褒贬不一。有些人很高兴人类看到了实现能源独立的希望。有些人则对该技术持警惕态度,因为它会干扰板块交界处附近的海床。

  “总的来说,人们对任何涉及海床的操作都感到恐惧。因为大家都知道,海床很不稳定,容易发生地震。” 人们担心,对甲烷水合物矿藏的任何一处进行降压处理,都可能导致整个矿藏变得极不稳定。“人们担心,一旦我们开始从甲烷水合物中提取甲烷气体,就会形成连锁分解反应,再也无法停止。”拉佩尔解释道。

  这方面存在两层问题。首先,会有大量甲烷气体突然释放到海洋中,这可能导致大气中的温室气体含量大幅度上升。其次,甲烷水合物在分解时除了释放甲烷气体,还会释放出大量的水,这些水会渗入海床下方的沉积物中。在地形陡峭的环境中,这可能会造成滑坡。一些环境学家甚至担心最后会形成海啸。

  不过拉佩尔指出,甲烷水合物的物理性质会自动制止这一连串反应。要想从矿藏中释放出甲烷,首先要向该系统中施加能量。如果不努力降低压强或提高温度,甲烷水合物就会始终保持原有的稳定状态。

  “所以问题和人们担心的恰恰相反。我们可以启动释放气体的过程,但要让这个过程持续下去,就要向系统中持续输入能量才行。”拉佩尔表示。

  虽然反应失控的可能性很小,但科学家仍在开展大量环境研究,测试甲烷水合物生产的安全性。除了埋藏在海床之下的甲烷水合物之外,还有另一种甲烷水合物吸引了研究人员的注意,在非常接近海床表面的位置,还存在一些埋藏得较浅的甲烷水合物。科学家也在对其进行研究。不过,这些可燃冰或许存在另一种截然不同的风险。

  “这些可燃冰处于非常活跃的生物环境中。”美国地质调查天然水合物项目高级科学家蒂姆•柯莱特(Tim Collett)指出,“许多生物群落都依赖着这些甲烷生存。”

  这些环境中存在大量特殊生物,如细菌、管虫、蟹类等等。在全球其它地区,这种以甲烷为基础的生物群落往往被视作罕见的自然环境,受到严格保护。

  在永久冻土层之下

可燃冰融化时,看上去仿佛在冒烟。可燃冰融化时,看上去仿佛在冒烟。

  不过,在采集甲烷水合物方面所做的主要努力根本不在海床上,而是在另外唯一一处能找到可燃冰的地方——永久冻土层深处。永久冻土层是指极地地区或高山上一层处于永久冰冻状态的岩石或土壤。

  今年十二月,美国地质调查项目与美国能源部希望开发一处长期生产试验基地。虽然这种甲烷水合物的来源与众不同,但采集方法其实与前文描述的非常接近。

  “永久冻土层之下的压强和温度都与海槽颇为类似。”柯莱特指出,“就我们所知,虽然北极与海洋环境差别很大,但两地储存的甲烷水合物的物理特性其实非常相似。”

  在阿拉斯加采用的甲烷生产技术或许也可以用在海洋环境中。但科学家仍面临着很大的挑战。无论是在地面上还是在海底,人类从未在任何地方开展过长期甲烷水合物的生产。

  “我们目前仍主要停留在研究阶段。”柯莱特表示。

  作为一种经济型能源,甲烷水合物的诱惑力不言自明。但归根结底,它只是天然气的另一种来源,燃烧它也会促进气候变化的发生。“我们必须意识到,甲烷水合物只是另一种化石燃料。”柯莱特指出,“与化石燃料有关的一切社会问题和环境问题都可以套用到甲烷水合物上。”

  拉佩尔指出,就算作为一种过渡期燃料,天然气水合物也极为重要。“假如一个国家能利用该物质高效生产甲烷,就等于开启了过渡期燃料的新领域。”该物质的重要性还要取决于我们采集甲烷水合物、以及进行商业生产的速度。

  甲烷水合物是地球上储量最丰富的碳来源,也许是人类以商业规模进行提取的最后一种化石燃料。各国对甲烷水合物的追求堪称独一无二:等研究人员实现了他们的目标,可再生能源或许已经大行其道,甲烷水合物也就没有了用武之地。(叶子)

 

 

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