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1、研究与开发海底甲烷水合物———一种未来的能源20世纪遗留下来的能源危机和全球气候变暖问物很不稳定,温度稍有增加或压力稍有减少都会破坏题并没有因为新世纪的到来而获得解决。随着工业化它的稳定性。如果从压力很高而温度很低的深海转移进程的加快,有限的矿物燃料的消耗越来越快。这不这些水合物,它们会迅速分解。即使工程师们能够建仅使能源危机日趋紧张,而且燃烧矿物燃料所排放的造一个系统使水合物在分解之前被运送到水面,要从二氧化碳等温室气体的数量也大幅度增加。这些问题淤泥和岩石的混合物中把甲烷提取出来仍然是一件能否在21世纪尽早得到圆满的解决?不容易的事情。水合物层之下的游离甲烷气体并不容
2、近年来,随易被导出。不像传统的天然气矿床,这种矿床上面的着海底甲烷水水和岩石产生的压力太低,不足于以值得开采的足够合物矿床的不大的速度将甲烷排出来。断发现,人们对但是,人们对这种甲烷水合物也并非真的一点办这种新能源的法没有。对甲烷水合物的分子结构及相平衡特性的研兴趣与日骤究,为各种开采手段提供了依据。甲烷水合物的结晶增。甲烷水合物核是由水分子构成的笼型结构,水分子处于顶点位是由水分子与置,单位结构含有46个水分子和8个甲烷气体分甲烷气体分子子。甲烷水合物中所包含气体的量为标准状态下水合3所组成的冰状晶体,在低温高压条件下稳定存在,它物本体容积的约170倍。1m甲烷水合物在
3、标准状态3表面看似湿润的泥团,点上火便可以燃烧。极地永久下含有120～150m的甲烷气体。冻土的下部以及水深300米以下深海的海底地层是根据甲烷水合物的相平衡图,其稳定区域为100甲烷水合物稳定存在的环境。钻探队员向1000米的个大气压时0℃以下,250个大气压时10℃以下的区深海海底钻探,即可触及坚硬的冰冻层,此即甲烷水域。250个大气压相当于水深2500米的海底,这一深合物,其大量存在的事实已被各国钻探考察研究所证度海水的温度通常在2℃左右,所以甲烷水合物可以实。仅日本周边海底甲烷水合物的贮量,即可达日本在这样的海底稳定存在。但地下温度随深度增加而上全国100年所要消
4、耗的天然气总量。从全世界来说,升,假定温度梯度为3℃/100m,要达到10℃要有270其储量估计可超过已知石油、煤、天然气等蕴藏量的米深度,因此可以说,海底下270米以上的地层是甲总和。如此巨大的储量引起了人们极大的兴趣,一些烷水合物的稳定存在区域。政府机构和石油、天然气生产企业对这一新的能源寄从海底地层中开采甲烷水合物予了厚望,许多国家已经开始了这方面的研究和开发工作。但是,要以人们所能接受的合理的代价开发这甲烷水合物处于海底以下数百米深的水化物层,一巨大的能源宝库,还存在许许多多的困难。对这一层进行钻探挖掘,使可生成气体的贮留层减压,即可使上部的甲烷水合物分解生成甲烷
5、气体。日甲烷水合物的开采难度及其特性研究本资源环境研究所提出了一种开采方案,即首先将浅首先,海洋水合沉积物处于海底之下一千米深的海的高温水注入甲烷水合物层中,则甲烷水合物分解淤泥里,这就是一个不小的挑战。此外,由于甲烷水合生成甲烷气体。然后,从另一个钻孔将这些甲烷泵到国外科技动态202000年第5期(总第370期)研究与开发的前提下,对开采对象进行矿井挖掘,再将挖掘物搬至地面。而目前对于甲烷水合物尚不十分了解其存在状况,对供热、压力降低,添加剂等许多环节进行适当的控制调节、维持必要的气体分解速度等都是不可缺少的措施。此外,分散于地层砂泥粒子间隙的甲烷水合物在地层内是怎样流
6、动的,分解出的甲烷气体在采集过程中能否再度化合成水合物等问题也需深入考查与研究。另外,海底的这种潜在的能源也引起了一些科学家的担忧。由于这种甲烷水合物很不稳定,一旦分解将有大量的甲烷从海底冒出来。特别是当它们受到其他因素的干扰,如海底发生9级大地震时,大量的甲烷顷刻之间就将从海底喷发出来。一旦出现这种情况,甲烷就会冲出海面进入大气层,然后与氧气反应生成二氧化碳。这些二氧化碳可以在大气层中逗留几个世纪甚至上千年。甲烷捕捉热量的能力是二氧化碳的30倍左右,大量的甲烷和二氧化碳进入大气层,会海底表面,最后将甲烷送到岸上。同时,可将CO2压使全球气候变暖的趋势更加恶化。美国地球物
7、理协会入甲烷水合物分解后残留的不稳定地层,通过生成提供的大量研究成果印证了这一观点。CO2水合物而使地层稳定。但问题是海下输气管道造当然,也有一些科学家不同意这种观点。加利福价很高,而且常常受到海底山崩的威胁。尼亚州立大学的玛丽·得·安格利斯认为,大多数的美国丹佛的地质勘探专家提莫西·科莱特提出了另一种方案,通过在船上或钻井平台上把甲烷液化以节约输气管道方面的投资。在科莱特的装置中,甲烷被部分燃烧以形成氢气和一氧化碳。然后,用催化剂将混合气体转化成液体碳氢化合物以便于用船运输。这种方案的缺点是有35%的能量损失。与此相比,得克
