感受可燃冰的“温度”

苏更林

2017年5月18日，我国试采可燃冰获得成功的消息在国内外产生了巨大的影响，人们对可燃冰的关注度持续升温。今天，就让我们一同走进可燃冰的世界，了解关于可燃冰的更多秘密。

颠覆常识的可燃冰

俗话说，水火不容。冰作为固态的水，自然也是不能燃烧的。可是，可燃冰却是一种可以燃烧的冰。那么，可燃冰到底凭借什么颠覆了我们的常识呢？

原来，可燃冰是天然气水合物的俗称。它是甲烷类天然气被包进水分子后，在海底低温与压力作用下形成的一种透明结晶状物质。由于这种物质大多呈白色或浅灰色，看起来与冰雪十分相像，还能像蜡烛或酒精块一样燃烧，因此人们将其称为可燃冰。

说来也怪，存在于可燃冰内部的甲烷气体分子和水分子倒是十分投缘。在由若干水分子组成的“冰笼”中，“囚禁”着一个甲烷气体分子。构成“冰笼”的水分子是以氢键相互吸引的，并与被锁在其中的甲烷分子形成稳定的笼型水合物。

它们称得上是相依为命的兄弟，没有了“冰笼”的保护，甲烷分子就会逸出笼外;而抽去了甲烷分子这个“房客”，“冰笼”就会发生塌陷。

可燃冰的“底气”何在

我国可燃冰试采成功引起了社会各界的特别关注。那么，可燃冰的“底气”是什么呢？除了在能源上的战略地位之外，可燃冰优秀的燃烧品质也是其走红的“底气”之一。

由于可燃冰是在低温、高压条件下由天然气与水分子结合而成的天然气水合物，因此可形成单种或多种天然气水合物。不过，形成天然气水合物的主要气体为甲烷，甲烷分子含量超过99%的天然气水合物通常被称为甲烷水合物。

這样的结构特征决定了可燃冰是一种能量密度很高的能源，并且是一种很好的清洁能源。通常1立方米的可燃冰在常温常压下分解后可释放出约0.8立方米的水和164立方米的天然气。因此，开采时只要给固体的可燃冰升温减压就可释放出大量的甲烷气体来。

在崇尚生态文明建设的今天，我们更关心可燃冰的燃烧品质，也就是会不会产生环境污染。可燃冰在燃烧后几乎不产生任何残渣或废弃物，因此其燃烧产生的污染要比煤炭、石油、天然气等小得多。因此可以作为未来石油、天然气的替代能源。

沉睡在海底的“宝贝”

可燃冰的燃烧品质决定了它的使用价值，人们称其为“宝贝”一点儿也不过分。只是由于其深藏于海底岩石之中，开发利用难度很大。

可燃冰形成的温度一般在0℃～10℃，超过20℃便分解了。海底的温度一般在2℃～4℃左右。在0℃时，可燃冰的形成需要30个大气压，并且压力越大形成的可燃冰越稳定。可燃冰的形成需要气源，也就是甲烷等天然气。一般来说，甲烷气源由海底沉淀的碳经生物转化而来。

由于可燃冰形成需要特殊的条件，所以只能分布于特定的地理位置和地质构造单元。据估算，可燃冰的资源储量相当于全球已探明传统化石燃料碳总量的两倍，科学家们甚至认为它是能够满足人类未来1000年使用的新能源。

“中国方案”领跑世界

我国可燃冰资源储存量大约相当于1000亿吨石油当量，其中有近800亿吨分布在南海。按现在的消耗速度，可燃冰资源可满足我国近200年的能源需求。

可燃冰既是一种清洁能源，同时又是一种非常危险的能源。在导致全球气候变暖方面，甲烷所起的作用是二氧化碳的10～20倍。可燃冰的不当开发可能会导致甲烷气体的泄漏，不仅会加速地球的温室效应，还有可能造成海洋生态的变化及海底滑塌事件等，这无疑都会加大可燃冰开采的技术风险和难度。

我国从1999年起开始对可燃冰开展实质性的调查和研究。2004年，我国科学家开始对可燃冰钻采进行攻关，现已成功研发了国内外首创的具有自主知识产权的水合物冷钻热采关键技术。2017年5月，中国实现了可燃冰全流程试采核心技术的重大突破，形成了国际领先的新型试采工艺。我国进行的可燃冰试采是世界上第一次针对粉砂质水合物进行的开发试验，采用的是具有中国特色的“中国方案”。

在此次试开采中使用了大量国产装备，其中的“蓝鲸”一号是目前全球最先进的双井架半潜式钻井平台，适用于全球任何深海作业。监测结果显示，整个试采过程安全、友好、可控、环保。我国在可燃冰研究领域走在了世界前列，对推动能源生产和消费革命具有非常重要的意义。

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“蓝鲸”一号

“蓝鲸”一号是我国自主研制的世界最大、作业水深最深、钻井深度最大的双井架半潜式钻井平台，最大钻井深度达15240米。“蓝鲸”一号净重4.3万吨，从船底到钻井架顶端有37层楼高。通常的钻井平台都是一套钻井系统，而“蓝鲸”一号拥有双钻塔系统。双钻塔同时工作，一边打井、一边接管，钻井效率至少提高了30%。