——新聞緣起——
日本首次掌握海底可燃冰采掘技術
“我們應該對日本同行表示祝賀，他們的成功將天然氣水合物(可燃冰)從一個概念變成了一種可實際應用的資源。” 我國最早從事可燃冰研究的專家，國務院參事、國土資源部原總工程師張洪濤對科技日報記者說。
張洪濤參事長期致力研究天然氣水合物。日本可燃冰研究進展也是張洪濤一直關注的大事，他搜集了日本可燃冰研究的最近報道。日本經濟產業(yè)省本月 12日宣布，由日本石油天然氣和金屬礦產公司領導的實驗小組當天從愛知縣附近深海的可燃冰層中提取出甲烷，成為世界上“首個掌握海底可燃冰采掘技術”的國家。
而據日本《讀賣新聞》3月19日報道，經濟產業(yè)省說，18日凌晨，將可燃冰分離為天然氣和水的裝置內混入了泥沙，導致無法正常取得天然氣，因而中止在愛知縣海域進行的可燃冰開采作業(yè)。這一試驗原定持續(xù)至3月底。
“我覺得日本中止試驗是正常的，因為人類對可燃冰的認識程度還停留在非常初級的階段，實現商業(yè)性開采可是一件非常困難的事情，遇到一些問題一點都不意外。”張洪濤說，要實現可燃冰的商業(yè)開采，必須克服技術可控性、環(huán)境風險及資金風險三大難題。
——技術難點——
“這一工作比預想的要難”
日本經濟產業(yè)大臣茂木敏充在當天新聞發(fā)布會上以美國頁巖氣革命為例稱，希望能在克服技術難題后實現可燃冰的大規(guī)模開采，從而讓可燃冰成為日本的 “國產能源”。隨后，日本石油天然氣和金屬礦產公司也表示，“爭取在2019年3月前將可燃冰技術投入使用，并期望屆時帶來一種較為潔凈的能源供應”。
據日本方面估算，日本周邊海域可燃冰的天然氣潛在蘊藏量相當于日本100年的天然氣消費量。能源高度依賴進口的日本來說，實現可燃冰開采重要突破的意義不言而喻。
同時，這一系列信息引起全球極大關注。英國《每日電訊報》網站報道稱，日本在其近海海底的甲烷水合物中提取出天然的“冰”氣是一次技術上的成功，從而為日本帶來了一種超級資源，它將在下個世紀滿足日本對天然氣的需求，并極大地改變世界能源版圖。
“我覺得目前談改變世界能源版圖為時尚早。”張洪濤說。
他介紹道，日本于1996年投資9000萬美元，實施“天然氣水合物研究及開發(fā)推進5年計劃”。此后17年時間里，日本在天然氣水合物的相平衡、實驗室模擬、勘探開采技術及數據處理等方面做了大量的深入研究。
“他們只用了三年時間就通過鉆探拿到樣品。當時他們設想能在2010年進行商業(yè)性試采，但直到今年才成功實現，可見這個工作比預想的難度要大得多。”張洪濤說。
張洪濤說第一大難題就是工程和技術的可控性。目前解決水下開采可燃冰的辦法有三種，分別是熱解法、減壓法和注入化學試劑法“可燃冰保持穩(wěn)定狀態(tài)的條件是低溫高壓，它一般存在于水下1000米深處的海底陸坡上。要在這么大的壓力下300多米深，鉆井技術要求非常高，比如說要先進的水下定位系統等。”
同時，一旦可燃冰的賦存環(huán)境被擾亂，它很容易在瞬間變成液態(tài)或氣態(tài)，同時可燃冰中的二氧化碳成分極易與海水反應形成碳酸鹽。“碳酸鹽非常堅硬，鉆頭根本進不去。所以開采深�？扇急鶎ρb備要求非常高。”張洪濤說，日本此次中止開采，也表明其設備需進一步完善。
據報道，由于預計現場天氣將會惡化，日本的技術人員放棄了修理的打算。今后將一方面檢修設備，一方面在2014財年前往其他地點嘗試開采。
——風險評估——
生態(tài)環(huán)境是商業(yè)性開采的最大考量
“另一個難題是人類目前都還沒有面對過的，開采可燃冰帶來的環(huán)境風險。”張洪濤說。
事實上，可燃冰因德國作家弗蘭克·舍茨青的小說而為更多人所知道。他在小說中描述了未來從海底開采可燃冰可能帶來的災難性后果。
由于可燃冰的化學狀態(tài)不穩(wěn)定，開采時會釋放出甲烷泡，釋放到大氣中。數據顯示，甲烷的溫室效應比二氧化碳強72倍。“甚至可讓地球平均氣溫在10年內上升4攝氏度，加速全球變暖。”日本媒體也擔心，“在海中放置大量開采機器，勢必將會破壞海洋生態(tài)系統。”
在張洪濤看來，更應考慮的是由此可能引起的海地地質災害�？茖W家們也擔心大規(guī)模開采可燃冰有可能引起海岸斜坡滑動。在標準狀況下，1單位體積的天然氣水合物分解最多可產生164單位體積的甲烷氣體。“這么大的體積比如果是瞬間實現的話，將會帶來海床的坍塌、泥石流、滑坡等，這些可能發(fā)生的狀況該怎樣監(jiān)測、預警?目前還完全沒有這方面經驗。”
但張洪濤認為，環(huán)境風險可以通過技術手段實現最大程度的規(guī)避。“目前有不少科學家在專門研究甲烷泡，比如它的密度、釋放過程等，其實就是在研究可燃冰開采的環(huán)境效應。”
而對于海底地質環(huán)境的變化，張洪濤認為可以通過控制壓力的方法使可燃冰逐步變成氣體。可燃冰開采面臨的主要技術挑戰(zhàn)，是如何通過降低壓力將氣體從水分子的結晶體中釋放出來。要做到不擾亂海底地質環(huán)境，壓力的控制看來是一大難題。
環(huán)境風險控制也是我國可燃冰研究的一大重點。我國已積極開展天然氣水合物環(huán)境效應研究，利用已有資料和數據采集，在海底地質災害類型和分布、海底工程地質特征等方面取得階段性成果。“我認為，從理論上看，解決環(huán)境問題是可以實現的，但需要一定時間。” 張洪濤說。
但他強調：“在這些問題研究清楚和找到解決辦法之前，切不可輕易行動。我們決不能犧牲環(huán)境來換資源。”
即使上述問題都得以解決，還需考慮到成本。日本石油天然氣金屬礦物資源機構等部門進行的測算顯示，從可燃冰提取天然氣的成本平均每立方米在46至174日元左右，遠高于美國的天然氣價格(約10日元)。
張洪濤估計：“如果一切研究進展順利的話，如果能在2030年實現商業(yè)開采，將是人類值得慶賀的大事。”
——專家建言——
我國應盡快補上勘探和開采技術短板
“一百多年前，俄羅斯人在天然氣管道里偶然發(fā)現天然氣化合物，但那時候沒想到這是一種資源。直到上世紀90年代中葉，隨著全球資源的日趨緊缺，人們才開始有意識地去海底或凍土帶尋找可燃冰。”張洪濤介紹道。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晶形成的。
中國是較早進行研究的國家之一。我國在1997年就設立了“中國海域天然氣水合物勘測研究”項目，從1999年起，在“新一輪國土資源大調查” 中安排專項對可燃冰開展實質性調查研究，在南海北部神狐海域和青藏高原發(fā)現了可燃冰，并于2007年5月和2009年分別獲取水下和凍土帶可燃冰樣品，成為世界上較少的在海洋和陸地上都發(fā)現可燃冰的國家。
“目前，我們已經回答了‘有沒有’的問題，接下來，我們要摸清家底，搞清楚‘有多少’的問題，如何分布，品質怎樣。”張洪濤說。
國土資源部曾制定了為期10年的計劃，分3個階段實施：2010年起的第一個三年，開展靶區(qū)優(yōu)選研究，施工鉆探試驗井，開展勘查技術研發(fā)工作;2013年起，再用3年時間重點開展資源勘查工作，開展生產試驗先期研究;在此基礎上，2016年起，用5年時間開展資源勘查工作，同時進行生產試驗研究。
2012年，“海洋六號”對南海區(qū)域的可燃冰進行了地球物理層面的調查，包括儲量、分布、厚度、開采對環(huán)境影響的措施等10多項專項調查，但沒有采樣。
“要摸清具體家底還是得打鉆采樣，但遺憾的是我們國家目前還沒有一艘能打到海下1000米深的鉆探船。”張洪濤說，從立項到成功造出船只，至少需要5年時間。他建議，應盡快啟動這項工作。
“在天然氣水合物方面，我們的基礎理論研究基本與國際齊步，但在勘探和開采技術上，我們與發(fā)達國家如日本還有不小差距，應該下大力氣補齊技術短板。”他認為。
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