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可燃冰:沉睡的未来能源——专访我国冻土水合物项目首席科学家祝有海

来源:文汇报

国庆前夕,“祁连山冻土带钻获‘可燃冰’”的消息传来,意味着我国成为世界上第一个在中低纬度冻土区发现“可燃冰”的国家。这个勘测项目的首席科学家、现场总指挥祝有海,立刻成了被媒体追逐着解疑释惑的人。

从消息发布至今,围绕“可燃冰”的争论始终热烈——有人说它是“后石油时代的替代能源”;有人认为打开它意味着环境灾难,无异于打开了“潘多拉魔盒”;也有人将它比作“双刃剑”,只是人类还需要时间学会利用它。

它的出现,究竟是福音还是陷阱?围绕这些争论,祝有海也在不断探索、思考着。在从海拔4100米的祁连山勘探营地撤回北京不久,祝有海接受了本报记者的专访。

“百慕大之谜”源自可燃冰?

闪着蓝光的白色晶体簌簌燃烧,岩芯中不断冒出气泡和水珠,白色结晶体分布在细沙岩裂隙中……祝有海向记者展示了精心制作的一组幻灯片,其中收集了此次钻获“可燃冰”的十大证据和五大特征,这些专业的判断标志无可辩驳地显示青藏高原“可燃冰”的存在。

“可燃冰”,有“固体瓦斯”之称,是公认的地球上还没有开采的新型能源。可燃冰,学名叫天然气水合物,是由天然气(主要是甲烷)与水在高压低温下形成的一种白色固态物质。它外表像冰,却遇火即燃,1立方米“可燃冰”能释放出164立方米天然气。它分布于海底沉积物和陆地永久冻土带中,据估算,其资源量是全球已知煤、石油和天然气等化石燃料资源量总和的两倍,占地球全部有机碳总量的一半以上,可满足人类未来1000年的需求。

但值得注意的是,大部分的“可燃冰”正沉睡于海底,这一高能量密度物质所能释放的威力,也让不少人把目光聚焦百慕大——百慕大海底恰好是一块世界著名的天然气水合物产地。这不由使人联想到“百慕大三角之谜”,相传,在这里航行的舰船或飞机常常神秘失踪。因此,有科学家提出了“可燃冰融化”的猜想。

作为天然气水合物研究者,祝有海也认为“这很有可能存在”:“如果大量气体突然释放到海里,海水的比重会迅速变轻,如果此时刚好有轮船经过,非常可能出现轮船莫名其妙失踪的事情。飞机失踪也可以解释:甲烷为主的大量可燃气体从海水中冒出,若恰好飞机飞过,很有可能发生爆炸燃烧,这就是目前国际上比较盛行的解密百慕大之谜的假说之一。”

上帝的礼物,还是潘多拉魔盒?

有科学家推算,目前已发现的石油储备量还可用40年,天然气还可用70年,煤炭还可用190年。“可燃冰”的发现,无疑让陷入能源危机的人类看到新希望。2002年,当200多位多国科学家联手努力,在加拿大“马更些冻土区”试开采出468立方米天然气水合物时,西方媒体惊呼“这是新能源利用的曙光”、“天然气水合物开发利用史上的里程碑”。

这尚未开发的新兴能源似乎是上帝馈赠人类的一份礼物。但是,也正因为“可燃冰”的能量密度高,稍有不慎就可能对环境造成危害,因此有人把它喻为“潘多拉盒子”。祝有海认为,人们的普遍担忧来自四方面原因:

——人们最早发现“可燃冰”是在输油气管道里,甲烷与水因高压低温而固结,造成管道堵塞,甚至引起爆炸,“这是非常讨厌的一件事,最早的研究是为了防止这样的灾害。”

——温度升高或压力降低时,“可燃冰”势必分解,特别在海底,它的瞬间释放极易引起海底滑坡和海啸。

——气候变暖。“可燃冰”主要成分是甲烷,甲烷比二氧化碳的温室效应强20倍,尽管它寿命短,但大量甲烷突然进入大气会加剧全球气候变暖。

——“可燃冰”在海底分解使大量甲烷气体进入海水,会导致深层海水缺氧,深海生物面临绝境,“历史上很多次大规模生物灭绝事件,在某个地质界限上突然间生物灭绝百分之七八十以上,现在看有可能跟‘可燃冰’有关”。

因此,全世界对海底“可燃冰”的研究都十分谨慎,只处于实验室研究阶段,在没有解决开发给自然环境造成的问题之前,不会贸然行动。“跟海底相比,陆地上‘可燃冰’的安全性相对好些。”祝有海说。

“双刃剑”,科学如何应对?

祝有海将“可燃冰”的危害归为两类:一类是自然界自然分解造成的危害,这一类无论你喜不喜欢,自然现象都客观存在,如同地震和泥石流,人类最多是进行预报和预防;第二类是人类活动造成的,如钻探过程中可能发生大量气体冒出、钻井事故等。

关于应对的思路,祝有海认为主要是通过科学施工,把水合物的无序分解,变成一种有序的、可控制的分解,“为了避免水合物自然分解造成的危害,非常有必要把它开采出来,采出来用可能对自然的损害更少点,另外,跟石油、煤比较,‘可燃冰’属于环境友好型能源,烧了几乎什么都留不下,它相对是比较洁净的。”

至于开发方案,祝有海介绍了“二氧化碳置换法”:科学界提出把二氧化碳注入海底,拿二氧化碳气体置换可燃冰里的甲烷,使原来的甲烷水合物分解掉,变成二氧化碳水合物,分解掉的甲烷被收集起来,当作天然气。

这真是个两全其美之策:一方面提取了有用的天然气,同时又把讨厌的二氧化碳收集起来存在地下。“这是国际上提出的一个设想,还在实验室试验阶段,能否实施还未知。”

如何开采对环境危害更少?“这将是一个比较漫长的认识过程。”祝有海说,要研究探索如何既能开发利用,又不伤害环境,特别是在生态脆弱的青藏高原。

中国“可燃冰”资源有多少?

我国是世界上第三冻土大国,215万平方公里、占国土总面积22.4%的大片多年冻土下,藏有许多未知的宝藏。

2004年,祝有海所在的中国地质科学院矿产资源研究所,对青藏高原和东北两个冻土带进行了一次大范围地质考察,他们深入祁连山、青藏高原腹地羌塘盆地,取得第一手资料,并据此编制出我国冻土区首张“可燃冰藏宝图”——认为青藏高原的羌塘盆地、祁连山木里地区、青藏铁路沿线的风火山-乌丽地区和东北漠河盆地有可能找到“可燃冰”。

正是这张“藏宝图”奠定了祁连山冻土区钻得“可燃冰”的重要突破。

同样依据这张图,专家粗略估算,中国冻土区“可燃冰”的远景资源量可达350亿吨油当量。

“在祁连山找到‘可燃冰’只是突破性的第一步,至于具体有多少、分布怎样,这都是我们下一步要做的。”祝有海说。

有媒体报道时将“资源量”改为“储量”,祝有海说“这可万万不行”——目前科学家只勘察到“远景资源量”,还不能根据已知的情况计算出海域和陆域可燃冰的具体储量,“因为‘可燃冰’的远景资源量是根据局部地区的勘察结果计算的,结果往往和实际储量存在差距。我们现在只打了几个孔,而且距离很近,还无法计算整体储量。”祝有海实事求是地说。  距离商用有多远?  祝有海介绍,在试生产方面,目前国际上有俄罗斯的西伯利亚麦索亚哈油气田、加拿大的麦肯齐三角洲冻土区和美国的阿拉斯加在做,都处在高纬度的北冰洋附近,“在陆地上做成功以后,才会向海底进军”。

大规模利用可燃冰时间比较漫长,但很多国家对“可燃冰”都非常重视,美国计划在2015年实现生产,日本、印度计划在2016年,“现在我们这个领域大部分人的观点,一般认为2020年前后实现冻土区“可燃冰”的商业性开发”。  有人说俄罗斯已经投入“可燃冰”商业性生产了,到现在为止麦索亚哈油气田生产了126亿立方米天然气,根据理论分析,大概69亿立方米天然气是从“可燃冰”分解出来的。  但科学的东西有很多偶然性,西方主流媒体、科学界都不认为俄罗斯是商业生产,而只是“歪打正着”——原先没人知道此地有“可燃冰”,可常规天然气恰好处在“可燃冰”盖层正下方,常规天然气被抽走时,压力降低,上层的“可燃冰”盖层就分解了,变成天然气,随常规天然气一起从采气管道出来了。国际上认为这是误打误撞的“降压法”,专门开采“可燃冰”恐怕就没这么简单了。  而真正的试生产,要数“加拿大马更些冻土区天然水合物试生产”项目,祝有海是200多位参与项目的科学家之一。

“用的是加温法,大概80℃的热水往钻孔里打,用循环系统把水合物分解生成的气体收集起来。”尽管量很小,但《纽约时报》、《时代》等西方主流媒体仍认为“这是新能源利用史上的曙光”、“具有里程碑意义”

“对很多新资源的探索都是从无到有,一步一步做出来的。”祝有海说,2008年,在马更些冻土区的几乎同一个地点、用同样的方法,6天时间开采了13000多立方米天然气,已初步形成规模。

在资金投入上,祝有海说,据美国阿拉斯加试生产结果的估测,采“可燃冰”矿的投资大概比常规天然气增加四分之一,“油价不断上涨,采水合物肯定是有利可图的”。

“而下一步,国际上会把试生产推广到海底,现在最想做的地方是墨西哥湾,想找一块地方试生产,时间还不确定。”与这个领域的所有科学家一样,祝有海也期盼能早日实现这一能源的广泛使用,进一步认识可燃冰对自然的作用。