战略性与危险性共同打造的“双刃剑”
迄今,世界上至少有30多个国家和地区在进行可燃冰的研究与调查勘探。
1960年,前苏联在西伯利亚发现了第一个可燃冰气藏,并于1969年投入开发,采气14年,总采气50.17亿立方米。
美国于1969年开始实施可燃冰调查。1998年,把可燃冰作为国家发展的战略能源列入国家级长远计划,计划到2015年进行商业性试开采。
日本关注可燃冰是在1992年,目前,已基本完成周边海域的可燃冰调查与评价,钻探了7口探井,圈定了12块矿集区,并成功取得可燃冰样本。它的目标是在2010年进行商业性试开采。
但人类要开采埋藏于深海的可燃冰,尚面临着许多新问题。有学者认为,在导致全球气候变暖方面,甲烷所起的作用比二氧化碳要大10—20倍。而可燃冰矿藏哪怕受到最小的破坏,都足以导致甲烷气体的大量泄漏。另外,陆缘海边的可燃冰开采起来十分困难,一旦出了井喷事故,就会造成海啸、海底滑坡、海水毒化等灾害。
由此可见,可燃冰在作为未来新能源的同时,也是一种危险的能源。可燃冰的开发利用就像一柄“双刃剑”,需要小心对待。
“可燃冰”是深藏于海底的含甲烷的冰。它是由于处于深海之高压低温条件下,水分子通过氢键紧密缔合成三维网状体,能将海底沉积的古生物遗体所分解的甲烷等气体分子纳入网体中形成水合甲烷。这些水合甲烷就象一个个淡灰色的冰球,故称可燃冰。这些冰球一旦从海底升到海面就会砰然而逝。
可燃冰是一种潜在的能源,储量很大。据国际地质勘探组织估算,地球深海中水合甲烷的蕴藏量足以超过2.84×10^21 m^3,是常规气体能源储存量的1000倍。且在这些可燃冰层下面还可能蕴藏着1.135×10^20 m^3的气体。有专家认为,水合甲烷一旦得到开采,将使人类的燃料使用史延长几个世纪。
为开发这种新能源,国际上成立了由19个国家参与的地层深处海洋地质取样研究联合机构,有50个科技人员驾驶着一艘装备有先进实验设施的轮船从美国东海岸出发进行海底可燃冰勘探。这艘可燃冰勘探专用轮船的7层船舱都装备着先进的实验设备,是当今世界上唯一的一艘能从深海下岩石中取样的轮船,船上装备有能用于研究沉积层学、古人种学、岩石学、地球化学、地球物理学等的实验设备。这艘专用轮船由得克萨斯州A•M大学主管,英、德、法、日、澳、美科学基金会及欧洲联合科学基金会为其提供经济援助。
美国地质调查局经过多年调查研究认为,可燃冰将成为本世纪的一种主要能源,是能源的“一个新领域”。按保守估计,“全世界的天然气水合物形式存在的碳的总量是地球上已知化石燃料(包括煤)中碳含量的2倍”,“谁掌握天然气水合物的开采技术,谁就可以执21世纪世界能源之牛耳。”
可燃冰开发对环境的危害
开发可燃冰并不困难,在西伯利亚气田中开采甲烷表明,目前的开发技术是可行的,但是从可燃冰中开发大量的甲烷将对环境带来什么样的影响,已引起很多国家的政府和科学家的关注,关注的焦点集中在地质灾害和对气候的影响。
可燃冰决定着沉积物的物理特性,因此影响着海底的稳定性。可燃冰在一定的压力和低温条件下是稳定的,如果压力减小或温度增加就可能造成可燃冰的离解,从而造成地质灾害。墨西哥湾和北大西洋的油气开采已从浅水区向深水区转移,就是考虑深水区的可燃冰更稳定。可燃冰直接关系到海上石油和天然气开发的安全。油气生产引起的少许的压力或温度的变化(增高)就可能引起可燃冰层的断裂,从而引起井喷、海底塌陷和沿岸滑坡。近年在墨西哥湾发生的一系列油气勘探事故,就可能是可燃冰的离解而引起沉积物的移动,以及原本被可燃冰封压在其下层的气体的大量释放而造成的。气温和压力的变化引起可燃冰矿层的断裂从而引起的海底塌陷,古已有之。例如在最后一次冰川运动中,由于极地冰盖的形成导致海平面的降低从而引起对海底压力的降低,进而导致了海底的塌陷。
经调查研究证明,在美国大西洋大陆边缘发生的多次滑坡几乎都与可燃冰矿层的断裂有关。关于由可燃冰的形成过程和断裂引起的变化及其对海地沉积物物理特性的影响,普遍认为还有待进一步研究,这不仅关系到安全有效地开发利用可燃冰,也关系到海底油气的开采,海底国防以及海底废物处理等。
人们对开发可燃冰可能造成的环境影响另一个关注点是对气候的影响。尽管目前大气中甲烷的含量还很少,但它的温室效应比二氧化碳要大得多。开采可燃冰将有大量的甲烷气体向大气中释放,这将对气候产生极大的影响。据测算,甲烷的全球变暖的潜能在20年的期间内是二氧化碳的56倍。也就是说,一个单位重量的甲烷,在20年的期间内,它的增温效应是同样重量的二氧化碳的56倍。由于大气中的化学反应,甲烷的增温效应随时间而降低。上个世纪,全球变暖0.8℃,这一变化正在对海洋产生影响,可能导致可燃冰的离散而加剧全球变暖的趋势。
很多科学家认为,可燃冰中的甲烷最终将对全球气候产生稳定的影响。在冰期开始时,地球变冷,冰盖扩大而引起海平面下降,海平面的下降又引起对海底压力的下降,这样就引起了可燃冰的离散和甲烷释放,增加大气的温室效应,从而阻止了全球继续变冷。这样,可燃冰可能是稳定全球温度的一个重要因子。
然而,如果大量开发可燃冰,人为破坏这种自然调节的平衡,后果将怎样呢?尽管如此,开发可燃冰作为新的清洁能源已成为很多国家能源发展的国策,这些国家大多双管齐下,一方面大力进行可燃冰的勘探和开采活动,一方面加紧研究这种活动可能对环境造成的影响。由于这一问题具有国际性,很多国际机构和国家正在加紧这方面的合作研究。
我国是能源需求大国,已经开始可燃冰的勘探活动,这无疑是明智的举动,但与此同时应加强开采可燃冰对环境影响的研究,尤其应该加强在这方面的国际合作。调查研究发现,可燃冰既存在于国家管辖范围内,也存在于国际海底。可燃冰矿藏的稳定带处于500~700米水深以下的海底,水深越深可燃冰就越稳定,因此在水深较深的区域开发可燃冰造成的环境影响可能也越小。我国除在近海进行可燃冰的勘探外,也应在国际海底进行可燃冰的勘探和研究。中国大洋矿产资源研究开发协会将在今后的调查航次中增加可燃冰的调查项目,为我国开发利用可燃冰这一能源贡献一份力量。
日冒险开采可燃冰 可能造成海沟崩塌
如今,迫于发展需求、急于改变能源依赖他人局面的日本把目光投向了海底沉睡的“能源水晶”——天然气水合物,也称“可燃冰”。(它是水和天然气在中高压和低温条件下混合时产生的晶体物质,外貌极似冰雪,点火即可燃烧。)在日本附近平静的太平洋海面下3000英尺,数以亿吨的可燃冰正等待被人们利用。日本认为,如果这些资源能为日本所用,将大大改善它依赖从中东和印尼进口能源的困境。据初步估算,这些“可燃烧的冰块”可供日本全国14年之用。但开发这些未明资源的同时,有一个关键问题必须应对:环境保护。
日加合作开采“可燃冰”
在本州岛海岸线30英里外,科学家们发现了一条蕴藏量惊人的海沟:在海沟里的甲烷呈水晶状,大约有500米厚,总量达40万亿立方米。这个储量尽管还不能与沙特或者俄罗斯的石油资源相比,但也足够日本用上一阵了。日本科学家们对这一结果很是兴奋,他们表示将尽快拿出合适的方案开采这些被遗忘的资源。
相比日本,拥有广袤海洋资源的加拿大可谓在这方面先行一步。他们通常采用“降压”的方法开采此类冰冻资源,即先在冰层中打许多很深的孔,然后借助大量抽水机降低打孔带来的重压,从而让有用的甲烷气体从海水中分离出来,慢慢浮至人力便于提取的深度。日加两国科学家决定合作,采用这个最有效的办法开采本州岛附近海域发现的资源。
日本政府很快同意了这个开采方法,先期的演练工作已在今年4月完成,其余各项测试将在2008年初完成。
开采面临许多未知威胁
向日本招手的除了巨大能源,还有很多看不见的危险。比如,在“降压”方法的第三个步骤,降压让大量的甲烷气体慢慢浮上海面,这些温室气体的出现会对全球气温造成什么样的影响还不得而知。日本政府也对此表示,他们一直高度重视环境的保护问题,绝不会为了能源牺牲环境,他们已安排许多先期测试以防万一。
这还是开采成功后的顾虑,在开采过程中依然有许多未知威胁。科学家们提醒日本政府在开采中必须警惕海底的海沟崩塌。表面平静的海洋底下究竟在进行着哪些变化,人们还没有完全搞清楚。如果开采中一个不小心造成目标海沟坍塌或是类似于泥石流的灾难,不仅会给开采国带来巨大人力、财力损失,由此泄露的大量温室气体更会让世界担忧。
此外,大规模地在海底钻孔、安置各种设备无疑会让鱼类远离海岸,生活在海边的渔民们的收入自然会受到不小的影响。日本的渔民已经表达了这样的担忧。