試采6周刷新紀錄 可燃冰到底是不是冰？

截至上周，我國南海神狐海域可燃冰試采已達連續6周，累計產量超過23萬立方米，可謂超預期完成了試采工程，取得天然氣水合物試開採的歷史性突破。

不明真相的小夥伴們可能會要打斷一下——什麼什麼？可燃冰還是天然氣水合物？這倆東西到底啥關係？可燃冰真的「可燃」嗎？開採它又有什麼意義？那下面我們就來了解一下！

可燃冰為什麼「可燃」

可燃冰，學名天然氣水合物，也稱氣體水合物，是由天然氣與水分子在高壓（>100 大氣壓或>10MPa）和低溫（0～10℃）條件下合成的一種固態結晶物質。因天然氣中80%～90%的成分是甲烷，故也有人叫天然氣水合物為甲烷水合物。天然氣水合物多呈白色或淺灰色晶體外貌類似冰雪，可以像酒精塊一樣被點燃，故也有人叫它"可燃冰"。

可燃冰燃燒樣態（圖片來源網路）

從化學結構來看，天然氣水合物是這樣構成的：由水分子搭成像籠子一樣的多面體格架，以甲烷為主的氣體分子被包含在籠子格架中。不同的溫壓條件，具有不同的多面體格架。

天然氣水合物化學結構（圖片來源網路）

從物理性質來看，天然氣水合物的密度接近並稍低於冰的密度，電介常數和熱傳導率均低於冰。天然氣水合物的聲波傳播速度明顯高於含氣沉積物和飽和水沉積物，中子孔隙度低於飽和水沉積物，這些差別是物探方法識別天然氣水合物的理論基礎。

可燃冰的特點

天然氣水合物作為未來潛在能源，具有資源量巨大、埋藏淺、能量密度高、潔凈等特點，是地球上尚未開發的最大未知能源庫。

資源量巨大——天然氣水合物是全球第二大碳儲庫，僅次於碳酸鹽岩，其蘊藏的天然氣資源潛力巨大。據保守估算，世界上天然氣水合物所含天然氣的總資源量約為（1.8～2.1）×1016立方米，其熱當量相當於全球已知煤、石油和天然氣總熱當量的2倍

埋藏淺——與常規石油和天然氣比較，天然氣水合物礦藏埋藏較淺，有利於商業開發。在深海，水合物礦藏賦存於海底以下0～1500 米的沉積層中，而且多數賦存於自表層向下厚數百米（500～800 米）的沉積層中。

能量密度高——在標準狀態下，水合物分解後氣體體積與水體積之比為164:1，也就是說，一個單位體積的水合物分解至少可釋放160個單位體積的甲烷氣體。這樣的能量密度是常規天然氣的2～5倍，是煤的10倍。

潔凈——天然氣水合物分解釋放後的天然氣主要是甲烷，它比常規天然氣含有更少的雜質，燃燒後幾乎不產生環境污染物質，因而是未來理想的潔凈能源。

可燃冰的特殊地理分布

天然氣水合物的形成必須有充足的天然氣來源，必須有低溫或高壓條件，這決定了它的特殊分布。從目前來看，天然氣水合物主要分布在地球上兩類地區：一類地區是水深為300m～4000m的海洋，在這裡，天然氣水合物基本是在高壓條件下形成的，主要分布於海底以下0～1500m的鬆散沉積層中；另一類地區是高緯度大陸地區永凍土帶及水深100～250m以下極地陸架，在這裡，天然氣水合物主要是在低海面時期低溫條件下形成。

水合物所賦存的沉積物多是新生代沉積。在沉積層中，水合物要麼是以分散狀膠結尚未固結的泥質沉積物顆粒，要麼是以結核狀、團塊狀和薄層狀的集合體形式賦存於沉積物中，還可能以細脈狀、網脈狀充填於沉積物的裂隙之中。

根據研究，生成天然氣水合物的氣體主要來自於沉積物中微生物對有機質的分解，個別地區也有部分氣體來自於深部沉積層中有機質的熱分解。這些氣體在海底沉積物的孔隙空間中形成水合物。

從全球來看,海洋天然氣水合物占絕對優勢。海洋天然氣水合物分布於世界各大洋邊緣海域的大陸坡、陸隆(深水海台)和盆地，以及一些內陸海。

全球天然氣水合物分布圖（圖片來源網路）

已有發現說明，海洋天然氣水合物主要分布在北半球，且以太平洋邊緣海域最多，其次是大西洋。陸坡、陸隆區是形成天然氣水合物的最佳地區，這裡沉積物較容易發育，有機質豐富，以甲烷為主的氣體來源充足，有利於天然氣水合物生成。

可燃冰的開發

天然氣水合物研究是當代地球科學和能源工業發展的一大熱點。該研究涉及到新一代能源的探查開發、全球碳循環和氣候變化、古海洋、天然氣運輸、油氣管道堵塞、船艇能源更新和軍事防禦等領域，並有可能對地質學、環境科學和能源工業的發展產生深刻的影響。

可燃冰燃燒情景

今年，我國在南海北部神狐海域進行的可燃冰試採獲得成功，並如我們導引所述，在持續超額完成任務。雖然它的開採並不容易，或許還要好幾年才能投入商業使用，但是現今的突破，無論從技術、能源還是更宏觀的世界經濟、政治角度來看，這都是質的進步。

正如BBC曾報道指出的：「可燃冰有望成為具有革命意義的能源，對於滿足世界未來的能源需求至關重要。」可燃冰或許是地球上最後一種碳基燃料，如若真的能夠有效利用，相信一定是我們可見的未來的又一盞明燈，讓我們拭目以待！

出品：科普中國

製作：山夕團隊 黨以凡

監製：中國科學院計算機網路信息中心

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