——新聞緣起——

日本首次掌握海底可燃冰采掘技術(shù)

“我們應(yīng)該對(duì)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(gè)概念變成了一種可實(shí)際應(yīng)用的資源。” 我國(guó)最早從事可燃冰研究的專(zhuān)家，國(guó)務(wù)院參事、國(guó)土資源部原總工程師張洪濤對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者說(shuō)。

張洪濤參事長(zhǎng)期致力研究天然氣水合物。日本可燃冰研究進(jìn)展也是張洪濤一直關(guān)注的大事，他搜集了日本可燃冰研究的最近報(bào)道。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省本月12日宣布，由日本石油天然氣和金屬礦產(chǎn)公司領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)小組當(dāng)天從愛(ài)知縣附近深海的可燃冰層中提取出甲烷，成為世界上“首個(gè)掌握海底可燃冰采掘技術(shù)”的國(guó)家。

而據(jù)日本《讀賣(mài)新聞》3月19日?qǐng)?bào)道，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省說(shuō)，18日凌晨，將可燃冰分離為天然氣和水的裝置內(nèi)混入了泥沙，導(dǎo)致無(wú)法正常取得天然氣，因而中止在愛(ài)知縣海域進(jìn)行的可燃冰開(kāi)采作業(yè)。這一試驗(yàn)原定持續(xù)至3月底。

“我覺(jué)得日本中止試驗(yàn)是正常的，因?yàn)槿祟?lèi)對(duì)可燃冰的認(rèn)識(shí)程度還停留在非常初級(jí)的階段，實(shí)現(xiàn)商業(yè)性開(kāi)采可是一件非常困難的事情，遇到一些問(wèn)題一點(diǎn)都不意外。”張洪濤說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)可燃冰的商業(yè)開(kāi)采，必須克服技術(shù)可控性、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及資金風(fēng)險(xiǎn)三大難題。

——技術(shù)難點(diǎn)——

“這一工作比預(yù)想的要難”

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)大臣茂木敏充在當(dāng)天新聞發(fā)布會(huì)上以美國(guó)頁(yè)巖氣革命為例稱(chēng)，希望能在克服技術(shù)難題后實(shí)現(xiàn)可燃冰的大規(guī)模開(kāi)采，從而讓可燃冰成為日本的“國(guó)產(chǎn)能源”。隨后，日本石油天然氣和金屬礦產(chǎn)公司也表示，“爭(zhēng)取在2019年3月前將可燃冰技術(shù)投入使用，并期望屆時(shí)帶來(lái)一種較為潔凈的能源供應(yīng)”。

據(jù)日本方面估算，日本周邊海域可燃冰的天然氣潛在蘊(yùn)藏量相當(dāng)于日本100年的天然氣消費(fèi)量。能源高度依賴(lài)進(jìn)口的日本來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)可燃冰開(kāi)采重要突破的意義不言而喻。

同時(shí)，這一系列信息引起全球極大關(guān)注。英國(guó)《每日電訊報(bào)》網(wǎng)站報(bào)道稱(chēng)，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(shù)上的成功，從而為日本帶來(lái)了一種超級(jí)資源，它將在下個(gè)世紀(jì)滿(mǎn)足日本對(duì)天然氣的需求，并極大地改變世界能源版圖。

“我覺(jué)得目前談改變世界能源版圖為時(shí)尚早。”張洪濤說(shuō)。

他介紹道，日本于1996年投資9000萬(wàn)美元，實(shí)施“天然氣水合物研究及開(kāi)發(fā)推進(jìn)5年計(jì)劃”。此后17年時(shí)間里，日本在天然氣水合物的相平衡、實(shí)驗(yàn)室模擬、勘探開(kāi)采技術(shù)及數(shù)據(jù)處理等方面做了大量的深入研究。

“他們只用了三年時(shí)間就通過(guò)鉆探拿到樣品。當(dāng)時(shí)他們?cè)O(shè)想能在2010年進(jìn)行商業(yè)性試采，但直到今年才成功實(shí)現(xiàn)，可見(jiàn)這個(gè)工作比預(yù)想的難度要大得多。”張洪濤說(shuō)。

張洪濤說(shuō)第一大難題就是工程和技術(shù)的可控性。目前解決水下開(kāi)采可燃冰的辦法有三種，分別是熱解法、減壓法和注入化學(xué)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(shù)要求非常高，比如說(shuō)要先進(jìn)的水下定位系統(tǒng)等。”

同時(shí)，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(shí)可燃冰中的二氧化碳成分極易與海水反應(yīng)形成碳酸鹽。“碳酸鹽非常堅(jiān)硬，鉆頭根本進(jìn)不去。所以開(kāi)采深?？扇急鶎?duì)裝備要求非常高。”張洪濤說(shuō)，日本此次中止開(kāi)采，也表明其設(shè)備需進(jìn)一步完善。

據(jù)報(bào)道，由于預(yù)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)天氣將會(huì)惡化，日本的技術(shù)人員放棄了修理的打算。今后將一方面檢修設(shè)備，一方面在2014財(cái)年前往其他地點(diǎn)嘗試開(kāi)采。[page]

——風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估——

生態(tài)環(huán)境是商業(yè)性開(kāi)采的最大考量

“另一個(gè)難題是人類(lèi)目前都還沒(méi)有面對(duì)過(guò)的，開(kāi)采可燃冰帶來(lái)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。”張洪濤說(shuō)。

事實(shí)上，可燃冰因德國(guó)作家弗蘭克·舍茨青的小說(shuō)而為更多人所知道。他在小說(shuō)中描述了未來(lái)從海底開(kāi)采可燃冰可能帶來(lái)的災(zāi)難性后果。

由于可燃冰的化學(xué)狀態(tài)不穩(wěn)定，開(kāi)采時(shí)會(huì)釋放出甲烷泡，釋放到大氣中。數(shù)據(jù)顯示，甲烷的溫室效應(yīng)比二氧化碳強(qiáng)72倍。“甚至可讓地球平均氣溫在10年內(nèi)上升4攝氏度，加速全球變暖。”日本媒體也擔(dān)心，“在海中放置大量開(kāi)采機(jī)器，勢(shì)必將會(huì)破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)。”

在張洪濤看來(lái)，更應(yīng)考慮的是由此可能引起的海地地質(zhì)災(zāi)害。科學(xué)家們也擔(dān)心大規(guī)模開(kāi)采可燃冰有可能引起海岸斜坡滑動(dòng)。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。“這么大的體積比如果是瞬間實(shí)現(xiàn)的話(huà)，將會(huì)帶來(lái)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(cè)、預(yù)警？目前還完全沒(méi)有這方面經(jīng)驗(yàn)。”

但張洪濤認(rèn)為，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)可以通過(guò)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)最大程度的規(guī)避。“目前有不少科學(xué)家在專(zhuān)門(mén)研究甲烷泡，比如它的密度、釋放過(guò)程等，其實(shí)就是在研究可燃冰開(kāi)采的環(huán)境效應(yīng)。”

而對(duì)于海底地質(zhì)環(huán)境的變化，張洪濤認(rèn)為可以通過(guò)控制壓力的方法使可燃冰逐步變成氣體?？扇急_(kāi)采面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)，是如何通過(guò)降低壓力將氣體從水分子的結(jié)晶體中釋放出來(lái)。要做到不擾亂海底地質(zhì)環(huán)境，壓力的控制看來(lái)是一大難題。

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制也是我國(guó)可燃冰研究的一大重點(diǎn)。我國(guó)已積極開(kāi)展天然氣水合物環(huán)境效應(yīng)研究，利用已有資料和數(shù)據(jù)采集，在海底地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型和分布、海底工程地質(zhì)特征等方面取得階段性成果。“我認(rèn)為，從理論上看，解決環(huán)境問(wèn)題是可以實(shí)現(xiàn)的，但需要一定時(shí)間。” 張洪濤說(shuō)。

但他強(qiáng)調(diào)：“在這些問(wèn)題研究清楚和找到解決辦法之前，切不可輕易行動(dòng)。我們決不能犧牲環(huán)境來(lái)?yè)Q資源。”

即使上述問(wèn)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(jī)構(gòu)等部門(mén)進(jìn)行的測(cè)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(yuǎn)高于美國(guó)的天然氣價(jià)格（約10日元）。

張洪濤估計(jì)：“如果一切研究進(jìn)展順利的話(huà)，如果能在2030年實(shí)現(xiàn)商業(yè)開(kāi)采，將是人類(lèi)值得慶賀的大事。”

——專(zhuān)家建言——

我國(guó)應(yīng)盡快補(bǔ)上勘探和開(kāi)采技術(shù)短板

“一百多年前，俄羅斯人在天然氣管道里偶然發(fā)現(xiàn)天然氣化合物，但那時(shí)候沒(méi)想到這是一種資源。直到上世紀(jì)90年代中葉，隨著全球資源的日趨緊缺，人們才開(kāi)始有意識(shí)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(jié)晶形成的。

中國(guó)是較早進(jìn)行研究的國(guó)家之一。我國(guó)在1997年就設(shè)立了“中國(guó)海域天然氣水合物勘測(cè)研究”項(xiàng)目，從1999年起，在“新一輪國(guó)土資源大調(diào)查”中安排專(zhuān)項(xiàng)對(duì)可燃冰開(kāi)展實(shí)質(zhì)性調(diào)查研究，在南海北部神狐海域和青藏高原發(fā)現(xiàn)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(xiàn)可燃冰的國(guó)家。

“目前，我們已經(jīng)回答了‘有沒(méi)有’的問(wèn)題，接下來(lái)，我們要摸清家底，搞清楚‘有多少’的問(wèn)題，如何分布，品質(zhì)怎樣。”張洪濤說(shuō)。

國(guó)土資源部曾制定了為期10年的計(jì)劃，分3個(gè)階段實(shí)施：2010年起的第一個(gè)三年，開(kāi)展靶區(qū)優(yōu)選研究，施工鉆探試驗(yàn)井，開(kāi)展勘查技術(shù)研發(fā)工作；2013年起，再用3年時(shí)間重點(diǎn)開(kāi)展資源勘查工作，開(kāi)展生產(chǎn)試驗(yàn)先期研究；在此基礎(chǔ)上，2016年起，用5年時(shí)間開(kāi)展資源勘查工作，同時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)研究。

2012年，“海洋六號(hào)”對(duì)南海區(qū)域的可燃冰進(jìn)行了地球物理層面的調(diào)查，包括儲(chǔ)量、分布、厚度、開(kāi)采對(duì)環(huán)境影響的措施等10多項(xiàng)專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查，但沒(méi)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(guó)家目前還沒(méi)有一艘能打到海下1000米深的鉆探船。”張洪濤說(shuō)，從立項(xiàng)到成功造出船只，至少需要5年時(shí)間。他建議，應(yīng)盡快啟動(dòng)這項(xiàng)工作。

“在天然氣水合物方面，我們的基礎(chǔ)理論研究基本與國(guó)際齊步，但在勘探和開(kāi)采技術(shù)上，我們與發(fā)達(dá)國(guó)家如日本還有不小差距，應(yīng)該下大力氣補(bǔ)齊技術(shù)短板。”他認(rèn)為。