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可燃冰能消除能源危机?但它可能分分钟被取代添加时间:2019-02-12

(原标题:why ‘flammable ice’ could be the future of energy)

可燃冰能消除能源危机?但它可能分分钟被取代

出品|网易科学人栏目组 卡麦拉

微信|公号ID:WYKXR163

2017年,日本成功地从海底提取一种新型燃料——甲烷水合物,也就是颇受人们关注的“可燃冰”。支持者认为,可燃冰能够消除地球能源危机,但是对它们的探测是否存在环境风险?

日本海底之下蕴藏着甲烷层,这些甲烷困在冰“分子笼”中。在一些海底环境中,覆盖着冰水和甲烷的沉积物已被侵蚀,只剩下一些白色物体,它们像海底浮起的脏冰。

“火柴点燃可燃冰,不仅会融化,还会燃烧。”

从海底采集一块可燃冰拿到地面上,除了放在手掌上会发出一种“嘶嘶”声,它在视觉和触觉上都非常像冰块,但用火柴点燃它时,它不仅会融化,还会燃烧。日本和其他国家的大型国际研究项目和公司都竞相从海底提取可燃冰。如果一切按计划进行,预计未来10年内可以开始采集,但是迄今为止,可燃冰的开采仍是困难重重。

近期评估数据表明,可燃冰占石油、天然气和煤等化石燃料碳总量的三分之一。全球一些国家,尤其是日本非常迫切地进行开采。通常在海底发现可燃冰并不难,因为可燃冰会留下显著的震波信号,能够被研究测量船发现。但是该计划存在最大的困难是如何将回收的可燃冰带回地球表面。

美国地质调查局可燃冰项目负责人卡罗琳·鲁佩尔(Carolyn Ruppel)说:“有一点非常清楚,我们不会无限制地开采这些类似冰的沉积物,这些资源是有限的,很宝贵。”

这一切都归结于可燃冰的物理属性,可燃冰对压力和温度非常敏感,无法简单地挖出来带到地面上。它们通常形成于500米深海底之下数百米深处,那里的压力比水面压力大,温度接近0摄氏度。如果提取出来,它们会在甲烷被利用之前就开始分解,但事实上还有其他的方法进行提取。鲁佩尔说:“如果让这些海底沉积物释放出甲烷,就可以提取该气体。”

日本政府投资的一个研究项目正试图完成这一目标,它的最初任务是发现2013年可能存在可燃冰的地点。日本石油天然气金属国家公司可燃冰研发小组负责人负责人山本浩二(Koji Yamamoto)称,这是首例可燃冰研究工作。

研究小组在日本主岛东海岸的南海槽海床钻孔开采甲烷水合物气体,通过对该资源降压处理,成功地释放和收集甲烷气体。这项测试持续了6天时间,直到沙子进入钻孔井堵塞了气体释放。

2017年,研究人员在南海槽进行了第二次测试,此次研究人员使用了两口测试井。第一个测试井运行了几天之后就遭受了以前出现的沙子堵塞问题,然而第二个测试井持续运行了24天也没有出现任何技术问题。

“总体而言,人们对任何海底勘探操作都感到恐惧,毕竟海床不稳定,容易出现地震。”

夏威夷自然能源研究所技术翻译Ai Oyama曾从事可燃冰分析研究工作,他表示,尽管该测试工作仅持续很短时间,但日本可能拥有可用碳基自然资源。然而,公众对可燃冰开采的反应褒贬不一,一些人支持日本拥有独立能源的想法,另一些人则对破坏附近海床板块边界的任何技术持非常谨慎的态度。总体来看,人们觉得在海底进行勘测采集工作是令人担忧的,因为海底环境非常不稳定,经常发生地震。

令人担忧的是,对甲烷水合物沉积层任何一处进行降压处理,都可能导致整个海底沉积层变得不稳定。卡罗琳说:“人们担心我们开始从天然气水合物中提取甲烷会陷入一种失控的连锁分解反应,使海底不稳定状态无法停止下来。可燃冰采集过程将存在双方面问题,首先,大量甲烷气体会突然被释放到海洋中,这可能向地球大气释放大量的温室气体;其次,甲烷水合物释放大量甲烷的同时还会释放大量的水,这些水会渗入海床下方的沉积物中,在海底地形陡峭的环境中,很可能会造成滑坡和塌方,一些环保主义者甚至担心这会导致可怕的海啸灾难。

然而甲烷水合物的物理性质会自然地阻止这一系列事件的发生,从海底沉积物中释放甲烷,必须向系统注入能量。在没有必要释放甲烷气体的情况下,通常降低压力或者提高沉积层温度,可使可燃冰保持稳定。

虽然不太可能出现反应失控的情况,但是日本这个研究项目仍在进行广泛的环境测试,分析可燃冰提取的安全性。山本浩二表示,依据2013年首次测试获得的数据,以及2017年进行的第二次较长时间的测试,迄今没有数据表明该技术会破坏海底稳定。但是一旦提取可燃冰的操作失控,很可能会导致灾难性事件,并引起民众的高度恐慌。

山本浩二说:“我们认为可燃冰对于环境是安全的,但是公众仍然担心甲烷水合物的负面影响。”