作為“后石油時代”的重要替代能源，在永久凍土區(qū)成功獲取“可燃冰”，不少國人為之歡欣鼓舞。然而也有人對“可燃冰” 的開采利用提出質(zhì)疑和警告，認為一旦開采不當(dāng)，將會對環(huán)境造成嚴(yán)重后果。那么，到底如何安全、有效地開采“可燃冰”呢？10月28日,本報記者采訪了國土資源部、中國地質(zhì)調(diào)查局和中國地質(zhì)科學(xué)院有關(guān)專家。
環(huán)境問題成“瓶頸”
天然氣水合物賦存于海底沉積物和陸地凍土帶中，是由天然氣與水在高壓低溫條件下結(jié)晶形成的。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1單位體積的天然氣水合物分解最多可產(chǎn)生164單位體積的甲烷氣體。“天然氣水合物藏的開采會改變天然氣水合物賴以賦存的溫度、壓力條件，引起天然氣水合物的分解，因此，在‘可燃冰’的開采過程中如果不能有效地實現(xiàn)對溫壓條件的控制，就可能產(chǎn)生一系列環(huán)境問題，如溫室效應(yīng)的加劇、海洋生態(tài)的變化以及海底滑塌事件等。”國土資源部總工程師、中國地質(zhì)調(diào)查局副局長張洪濤說。
張洪濤介紹，“一方面，全球天然氣水合物中蘊含的甲烷量約是大氣圈中的3000倍；另一方面，天然氣水合物分解產(chǎn)生的甲烷進入大氣的量即使只有大氣甲烷總量的0.5%，仍會明顯加速全球變暖的進程。因此，天然氣水合物開采過程中如果不能很好地對甲烷氣體進行控制，就必然會加劇全球溫室效應(yīng)。”
除溫室效應(yīng)外，海洋環(huán)境中的天然氣水合物開采還會帶來更多問題。張洪濤舉例說：“甲烷氣體如果大量排入海水中，其氧化作用會消耗海水中大量的氧氣，對海洋微生物生長發(fā)育帶來危害；如果進入海水中的甲烷量特別大，還可能造成海水汽化和海嘯等，危害海面作業(yè)甚至海域航空作業(yè)。”
此外，天然氣水合物在開采過程中還會分解產(chǎn)生大量的水，釋放巖層孔隙空間，使其賦存區(qū)地層發(fā)生固結(jié)性變差，引發(fā)海底滑塌等地質(zhì)災(zāi)變。“近年來研究發(fā)現(xiàn)，因海底天然氣水合物分解而導(dǎo)致陸坡區(qū)穩(wěn)定性降低是海底滑塌事件產(chǎn)生的重要原因。”張洪濤介紹說。
仍處于科學(xué)勘探階段
作為21世紀(jì)極具商業(yè)開發(fā)前景的新型戰(zhàn)略資源，“可燃冰”成為許多國家和部分國際組織關(guān)注的熱點，但是目前全世界對“可燃冰”的研究大都處于科學(xué)勘探層面，尚未進入實質(zhì)性商業(yè)開發(fā)階段。目前的主流預(yù)測是：在2020年前后能實現(xiàn)陸上凍土區(qū)天然氣水合物的商業(yè)性開發(fā)，2030年—2050年有望實現(xiàn)海底天然氣水合物的商業(yè)性開發(fā)。
“2002年春，美國、日本、加拿大、德國、印度5國合作，對加拿大麥肯齊凍土區(qū)Mallik—5L—38井的天然氣水合物進行了試驗性開發(fā)，通過注入80攝氏度的鉆探泥漿，成功從1200米深的水合物層中分理出甲烷氣體，同時進行減壓法實驗也獲得了成功。由此，天然氣水合物進入到開發(fā)利用階段。”中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所研究員祝有海介紹。
我國對天然氣水合物的調(diào)查研究起步較晚。祝有海回憶：“20世紀(jì)80年代初，僅有少數(shù)研究人員關(guān)注國際天然氣水合物的研究進展，并將有關(guān)情況介紹到國內(nèi)；上世紀(jì)90年代末期才進入快速發(fā)展時期；特別是進入21世紀(jì)，國家加快推進天然氣水合物調(diào)查研究的進程，經(jīng)過近十年努力，在海域和陸域先后鉆獲天然氣水合物實物樣品。”
找不到理想開采方法不能大量開采
考慮到“可燃冰”開發(fā)不當(dāng)可能引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害，世界各國均采取了謹慎的態(tài)度和明智的做法——在沒有找到理想的開采方法解決對自然界環(huán)境的影響之前，不能像常規(guī)一次性礦產(chǎn)資源那樣大量開采。
祝有海向記者分別列舉了傳統(tǒng)的和新型的天然氣水合物開采方法。“作為天然氣水合物傳統(tǒng)開采方法中最有前景的一種技術(shù)，減壓開采法通過降低壓力促使天然氣水合物分解。此法成本較低，適合大面積開采，尤其適用于存在下伏游離氣層的天然氣水合物藏的開采。但它對天然氣水合物藏的性質(zhì)有特殊要求——只有位于溫壓平衡邊界附近時，減壓開采法才具有經(jīng)濟可行性。”對于日本研究者提出的“二氧化碳置換開采法”，祝有海解釋說，其依據(jù)的仍是天然氣水合物穩(wěn)定帶的壓力條件。“在一定溫度下，天然氣水合物保持穩(wěn)定需要的壓力比二氧化碳水合物更高，因此在特定壓力范圍內(nèi)，天然氣水合物會分解，而二氧化碳水合物則易于形成并保持穩(wěn)定。此時向天然氣水合物藏內(nèi)注入二氧化碳氣體，就可能與天然氣水合物分解出的水生成二氧化碳水合物——這種作用釋放出的熱量可使天然氣水合物的分解反應(yīng)得以持續(xù)進行。”
此外，還有熱激發(fā)開采法、化學(xué)試劑注入開采法、固體開采法等方法。這些方法的可行性和效果仍需要在今后的實踐中進行檢驗和加以完善。
與發(fā)達國家相比，我國在可燃冰開發(fā)利用的“起跑”階段落后了一大步。張洪濤表示，雖然追趕的難度很大，但在為國家找到未來接續(xù)能源的緊迫使命感下，中國的地質(zhì)工作者有責(zé)任縮短與發(fā)達國家的差距。“如果說過去的10年，我們完成了一個‘有沒有’的問題，那么今后10年，我們要解決的是‘有多少’以及首采地段和方法的問題——這些能夠順利完成，我國的可燃冰開發(fā)利用就有條件進入商業(yè)市場了。”
