可燃冰：未来潜在的替代能源

吴能友

早在1934年，人们在天然气输送管道中发现了一种酷似冰块的堵塞物质，这是第一次在自然界中发现可燃冰。然而，早期对可燃冰的研究仅处于科学探索阶段，直到20世纪50年代，X射线衍射技术的应用才真正揭开了其神秘面纱。

什么是可燃冰？

可燃冰是由气体分子与水分子在低温高压条件下形成的笼形化合物，水分子形成固定笼子而包裹气体分子。其中，气体分子主要为甲烷，此外还有少量多碳烃类、二氧化碳与氮气等，故称为“天然气水合物”，又称“甲烷水合物”。

通常情况下，可燃冰仅在低温高压条件下稳定存在，呈白色或乳白色的固态，外形看起来像冰，点火即可燃烧，故称之为“可燃冰”。虽然可燃冰在我们日常生活中不常见，但组成可燃冰的甲烷与水分子却再普通不过了。事实上，由于可燃冰分子中近85%含量均为水分子，从而使得可燃冰与冰的物理性质极为相似，密度约为0.9g/cm3，在水中将呈漂浮状态。

可燃冰在自然界中以多种形态产出，其中，肉眼可见的仅为块状、条带状等，绝大多数则是以肉眼不可见的弥散状产出，但将这种弥散状可燃冰放进水中，又可见大量气泡冒出，这是不可见的可燃冰分解后产生甲烷导致的。

可燃冰哪里有？有多少？

常温常压下可燃冰非常不稳定，极易发生分解，因此自然界可燃冰仅存在于环境相对特殊的海底与陆地冻土带。其中，99%的可燃冰都蕴藏在海底，陆地区域仅占可燃冰总量的1%。全球海域总面积的93%区域都具备可燃冰形成的低温高压条件。但是这种“低温高压”是一个相对概念。当海水较深，区域地温梯度较低时，深度埋藏的可燃冰可达十几摄氏度。

根据可燃冰资源类型及赋存状态，结合我国海域地质条件，预测我国海域可燃冰资源量800亿吨油当量。通过重点地区普查，我国在南海圈定11个可燃冰有利远景区，19个可燃冰成矿区带，经过钻探验证圈定了两个千亿方级的可燃冰矿藏。

可燃冰有何作用与价值？

非常规化石能源——可燃冰，已被许多国家作为可替代能源之一开始探寻。可燃冰燃烧产能巨大，一体积可燃冰分解时可释放164—172体积的常压甲烷气，并且可燃冰燃烧后只生成二氧化碳和水，和煤比起來，可燃冰没有粉尘污染，和石油比起来没有毒气污染，甚至和传统天然气相比没有其他杂质污染。而对于温室气体排放而言，每千立方米可燃冰燃烧较等热值煤炭而言，可分别减排二氧化碳、二氧化硫约4.33吨和0.0483吨，且基本不含铅尘、硫化物以及PM2.5等有害物质，所以相对于煤炭、石油等常规能源来讲，可燃冰属于绿色清洁能源。在石油与天然气用尽之前，加大对可燃冰的研究能有效减少对常规化石燃料的依赖，实现其开采，也对保障我国国家能源安全具有重要意义。

可燃冰作为一种高效能源，是大自然对人类的馈赠，且与此同时，神奇的大自然还创造了与可燃冰密切联系的生命体——冷泉生物。冷泉生物包括微生物与动物，作为化能营养型生物，以甲烷为主要的能量来源。研究海底可燃冰赋存及其可能的分解位置，也有利于发现全新的海洋物种。

由于大量可燃冰分布在海底，当全球气候变暖导致海平面下降时，可燃冰稳定存在的温压条件将被破坏，可燃冰发生分解致使大量甲烷泄漏到大气中，又因为甲烷温室效应为二氧化碳的23倍，其大量泄漏将进一步加剧气候变暖。因此，在整个全球碳循环中，可燃冰起着举足轻重的作用，当其在非可控条件下大量分解时，对全球生态平衡将造成灾难性影响，引起生物大灭绝。因此，可燃冰对环境的潜在威胁应引起高度重视。