|
自20世纪60年代以来，人们陆续在冻土带和海洋深处发现了一种可以燃烧的“冰”，就是天然气水合物，即后来被人们称作“可燃冰”的物质。
可燃冰中甲烷含量占80%～99.9%，燃烧污染比煤、石油、天然气都小得多，而且其广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境，在全球范围内的储量是现有天然气、石油储量的两倍，足够人类使用1000年，因而被各国视为未来石油、天然气的替代能源。
时至今日，已有超过30个国家和地区在进行“可燃冰”的研究与调查勘探，最近两年的开采试验取得了较大进展。而对于目前被雾霾重重围剿的中国来说，用一种新型的清洁能源来改善以煤炭为主的能源结构，是彻底摆脱环境压力的重要路径。而在所有的清洁能源中，“可燃冰”被寄予厚望。
那么，在“可燃冰”走进中国视野的近20年里，越来越多的人开始关心，“可燃冰”勘探和开发经历了哪些困难，目前对其认识和利用达到了什么层级，要真正达到服务社会经济发展的阶段还有多少差距？本报记者在第八届天然气水合物大会上采访了中国国务院参事张洪涛。
“
可燃冰
”
与中国
“可燃冰”与中国结缘不能绕过的一个人，便是张洪涛。
1996年，张洪涛第一次知道这种天然气水合物。当时，国内两家情报机构也在关注这种物质，但对于这种物质的叫法并不统一。彼时，张洪涛是原地矿部直属单位管理局副局长，他在一篇报道上看到了这个新矿种，随即研究了相关资料，觉得这是非常重要的潜在替代能源，而且是清洁能源。
在国土资源部成立之前，张洪涛就连续两年组织了情报调研。1998年，国土资源部成立后，开展了新一轮国土资源大调查。当时，在大调查的框架之下，国土资源部投入960万元，进行了天然气水合物面上的调查和机理的研究。2002年，天然气水合物被正式列入国家计划。2004年，中国与德国合作，德国先进的“太阳号”调查船开进中国南海，载着14位中国科学家和14位德国科学家，进行了第一次海底取样。当时，地球物理资料、化学资料、地质资料以及水体资料都非常精准，大家信心满满，认为一定能取到样品。但由于南海的海床活动比较活跃，海底的天然气水合物碰到了海水，慢慢就结成了非常坚硬、厚达半米的碳酸盐结壳。这么厚的结壳采用重力取样的方式是砸不透的，租来的保压取芯装置都被砸坏了。因此，中国第一个天然气水合物海底样品的取得整整推迟了3年。
2007年5月，张洪涛在中国南海指挥了又一场攻坚战，成功在海底钻到了天然气水合物样品。他向媒体宣布，中国成为继美国、日本、印度之后，第四个通过实施国家计划成功取得海底天然气水合物样品的国家。20多天后，韩国也成功取到海底样品。但他们只能说，韩国是继美国、日本、印度、中国之后，第五个取到海底样品的国家。
在2007年钻取海底天然气水合物后，2009年，中国在陆域永久冻土区祁连山钻探获得实物样品；2013年，在南海北部陆坡再次钻探获得新类型的水合物实物样品，发现高饱和度水合物层；同年，在陆域祁连山冻土区再次钻探获得水合物实物样品。在此次天然气水合物大会上，中国地质调查局表示，中国计划于2015年在中国海域实施天然气水合物的钻探工程。这将再次有力推动中国“可燃冰”勘探与开发的进程。
“
可燃冰
”
开采的技术难题
张洪涛认为，天然气水合物的开发利用面临很多世界性难题。在其生成理论上，关于它的生成机理、成藏机理、迁移途径，以及影响它成藏的物理、化学条件都尚未清楚。全球科学界认为，天然气水合物的形成是因为海底层下面有气源，这个气源到了浅层适合于结冰的环境下就变成了水合物。但是，气源究竟从何而来？有人认为是生物热分解形成的，还有人提出直接从下面喷出来的就是甲烷。诸如此类的理论问题，似乎越研究越迷茫，越研究科学问题越多。
除此以外，更大的难题是开采。张洪涛解释说，海域的天然气水合物大多赋存于距海面900米～1200米处，埋藏在海床0米～300米的深度。甲烷在寒冷、黑暗的条件下，以冰一样的状态存在。在采样时，要改变它的物理状态，很容易就使其融化，因此对保压取芯装置的要求非常高，大规模开采更加困难。同时，实现海底开采还要解决压力问题。“我曾在‘太阳号’上做了个实验，将笔记本大小的一块泡沫绑在海底摄像机上，下沉海底1000米，在上面写了一些字和图案做标记，结果捞起来的时候变成了与饭盒大小差不多的十分坚硬的东西，紧紧的、密密的。”张洪涛说，海底压力非常大，对采样机、钻机等设备材料的耐压性、密封性以及传感器精密程度的要求都很高，而中国在这些方面和发达国家还有差距。“比如，我们在地面打钻40米长的钻杆，如果打1000米深，需要20根钻杆，而在两根钻杆接起来一起打钻时，由于海底的水不断搅动，钻头无法对准首次打钻的位置，这就是海底定位系统的精准度不够，即使现在，我国海底定位系统的精准问题也尚未解决。”张洪涛进一步解释。
还有就是，开采天然气水合物对环境的影响和地质灾害的发生尚不可控制。天然气水合物从固体状态变成天然气和水的状态时，体积比例是从1∶164。这一突然变化的过程使空间体积瞬间增大，就会带来很大压力。并且，采矿领域的空间范围通常以立方千米计算，这种突然变化的过程会带来海底海啸。而这种压力会传递到海平面，也会带来陆坡的变化，比如滑坡，海底泥石流和微地震。所以，开采天然气水合物必须要对其开采过程可能带来的灾害具有控制能力。但目前，对灾害的控制技术和防范仍是全球主攻的难题。
另外，各国的科学家对水与气泡的关系研究成为另一个主攻的技术难题，这属于天然气水合物机理的研究，包括水与气体的关系、冰与水的关系，这将指导将来的采矿技术，目前纳米级的研究已经出现。
各国对
“
可燃冰
”
的态度
在此次会议上，记者获悉，对于天然气水合物的研究，加拿大政府并不热心，并且，就在近期停掉了对天然气水合物的研究。对此，张洪涛给出了相应的解释：“各国对待天然气水合物的态度是根据各自的国情决定的。加拿大是长期出口天然气的国家，储量位居世界第二，美国能源的30%来源于加拿大。所以，它对于新能源的需求暂时也不迫切。相对地，此次天然气水合物大会的组委会资助了10个来自世界范围的年轻人，其中3个来自印度，两个来自新加坡，这说明印度政府非常积极。”
据他分析，事实上，美国对于这个研究也并不积极，对于申请第九届天然气水合物大会的争办权也是学术界的力量在支撑，同时，举办会议还要争取商业支持。这是因为美国通过页岩气革命能够使其在两年以后变成天然气净出口国，很长一段时期将没有能源的后顾之忧，也就不会花大力气投入更多人力和资金去研究天然气水合物的开发利用。而中国迫于环境压力，能源结构急需调整，必须从单一化变为多样化供给，所以对于天然气水合物的利用‘迫不及待’。日本的能源基本属于外向型，主要依靠国际供应，所以将海底的这种资源看得非常重。和日本一样，韩国也勘探和开发海底天然气水合物。尽管海水深度比中国的深一倍，而成本要高出中国3倍到4倍，但它还是要坚持，因为其社会经济发展受环境和资源挟制。而德国在这一领域的研究成果堪称世界之首，但也仅限于基础研究，并未向商业模式上转移，因为其能源供应是稳定的。
对于中国的天然气水合物储量到底有多少、能否变成中国的主力能源、哪一天能够实现商业化开采等一系列问题，张洪涛表示，如果一切顺利，财力与人才及技术装备都能达到供应需求，那么中国将在2030年实现商业化开采。对于日本与韩国在2018年达到这一水准，他表示并不看好。这一观点也得到了美国与德国同行的支持。但是他强调，对于天然气水合物来说，总有办法最终实现对其的科学合理利用，只是需要时间。
在中国努力实现“可燃冰”商业化开采的过程中，中国地调局扮演着这一国家专项“领导者”的角色。为此，张洪涛也对中国地调局寄予殷切期望：必须要在2020年前，搞清楚中国的领海与管辖的海域底下到底有多少资源；在国际海域实现全球合作；到2020年，必须实现试验性开采。在目前已经成功实现两次打钻的基础上，他们要一手抓技术进步，使试验性开采实现创新突破；一手抓更重要的任务，就是对人才的培养。目前，这个国家专项提供了一个人才成长的平台，要在国际合作的前提下，使年轻人尽快成长为细分领域的骨干，才能承担2030年实现商业开采得到工业产品的目标。（刘晓慧 蒋郭吉玛）
展会背景：中国国际矿业大会（CHINA MINING）
中国国际矿业大会作为全球矿业高峰论坛暨展览会，是世界顶级矿业盛会之一，是全球最大的矿产勘探、开发交易平台之一，涵盖了地质勘查、勘探开发、矿权交易、矿业投融资、冶炼与加工、技术与设备、矿业服务等整个产业链，为国内外矿业企业创造交流机会、加强相互合作起到了积极的推进作用。
2014（第十六届）中国国际矿业大会将于2014年10月20-23日在天津市区的梅江会展中心举行。(m.balanzskin.com) |
