【甬派】用煙氣置換甲烷！寧波提出可燃冰開采技術(shù)新概念
甬派客戶端記者 張璟璟 金鷺 通訊員 高曉靜 王虎羽
提到能源，人們立即想到的是煤炭、石油，但近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)了一種高效、清潔的新能源——可燃冰。
就在去年5月，中國(guó)成為全球首個(gè)在海域可燃冰試開采中連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣的國(guó)家。6個(gè)月之后，國(guó)務(wù)院正式批準(zhǔn)將天然氣水合物列為新礦種，成為我國(guó)第173個(gè)礦種。從法律層面，極大地促使我國(guó)天然氣水合物勘探開發(fā)工作進(jìn)入新的發(fā)展階段。
目前，可燃冰勘探開發(fā)領(lǐng)域的新課題、新難點(diǎn)、新技術(shù)、新裝備等研發(fā)，已成為全球?qū)W界、業(yè)界熱議的話題。
而在寧波，有科研人員率先在全球提出一種新的可燃冰開采技術(shù)概念。應(yīng)用這種技術(shù)，不但不用破壞可燃冰礦層，還能存二氧化碳、二氧化硫等氣體，從而減緩溫室效應(yīng)的氣候變遷和降低酸雨等環(huán)境污染。
（全球可燃冰科研發(fā)展，資料圖）
理想替代能源，儲(chǔ)量是其他化石燃料總和兩倍
目前世界公認(rèn)的理想型替代能源——可燃冰，到底是什么呢？
可燃冰，學(xué)名天然氣水合物，又稱氣冰或者固體瓦斯，是通過(guò)將天然氣分子籠絡(luò)在由氫鍵所形成的水籠子內(nèi)，具有穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)的化合物。
（甲烷水合物的籠型包絡(luò)結(jié)構(gòu)，資料圖）
可燃冰，可不是普通冰，只是在適度高壓、低溫條件下外觀類冰，才被叫作“冰”。
與普通冰截然不同的是， 它的主要成分并不是水，而是甲烷（含量高達(dá)80%-99.9%），這正是我們用來(lái)做飯取暖的天然氣的主要成分。
根據(jù)科學(xué)家們推算，一立方米的可燃冰，最終可以釋放出164立方米的甲烷氣體。
在自然界，可燃冰主要分布在陸地永久凍土帶和深海海底中。而全球范圍內(nèi)蘊(yùn)藏的可燃冰總量，比所有煤炭、石油和天然氣等烴類碳儲(chǔ)量的兩倍還要高。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，如果把地球上的可燃冰都開采出來(lái)，保守估計(jì)可以滿足全世界人類1000年的能源需求。
（可燃冰在世界范圍內(nèi)分布，紅點(diǎn)為已探測(cè)到的，黃點(diǎn)為可能存在的位置）
可燃冰不僅儲(chǔ)量豐富，而且燃燒后很環(huán)保。純凈的可燃冰形似冰雪，能被直接點(diǎn)燃，燃燒后只會(huì)留下一灘水和二氧化碳?xì)怏w，是一種綠色清潔的新型能源。
清潔高效的“能源大腿”，安全開采不容易
無(wú)論從儲(chǔ)存量、熱量和環(huán)保角度考慮，可燃冰都可以說(shuō)是人類要抱穩(wěn)的一條“能源大腿”，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效、廉價(jià)開采可燃冰很有必要。
但，可燃冰安全可控開發(fā)可不是件容易的事。
讓甲烷和水分子維持固體狀態(tài)條件苛刻?？扇急挥性?攝氏度-10攝氏度時(shí)才能生成，超過(guò)20攝氏度就會(huì)分解，變得“煙消云散”；
更要命的是，它的溫室效應(yīng)能力是二氧化碳的26倍！
據(jù)了解，目前，可燃冰開采方法主要包括，減壓開采法、熱激開采法、化學(xué)試劑注入法、固體開采法和置換開采法等五種。
減壓開采，就像擰開高壓鍋的減壓閥一樣，氣體就蹭蹭往外跑；熱激開采，就是把熱水往上澆； 化學(xué)試劑注入，就是找“破壞分子”去“挖墻角”；固體開采，則用“錘子”直接把可燃冰礦層敲碎。
（2017年5月10日，我國(guó)南海北部神狐海域進(jìn)行的天然氣水合物（可燃冰）試采獲得成功，預(yù)計(jì)在2030年以前將會(huì)得到商業(yè)性開發(fā)利用）
2017年5月日，中國(guó)利用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的分沙鉆探裝備在珠海市東南的神狐海域內(nèi)的可燃冰礦層采用減壓開采法成功開采出天然氣。
源源不斷的“水中取火”，標(biāo)志著我國(guó)成為世界第一個(gè)成功實(shí)現(xiàn)占90%以上資源量、開采難度最大的泥質(zhì)粉沙型可燃冰礦層的連續(xù)開采。
不過(guò)，眼下常見的拆“房間”、趕氣體的方法可能會(huì)引發(fā)地質(zhì)滑坡、地震海嘯、破壞深海生態(tài)等嚴(yán)重的問(wèn)題，更可能影響全球的氣候變化。
置換出可燃?xì)怏w，封存雜煙中的環(huán)境“破壞分子”
由于二氧化碳水合物要比甲烷水合物更穩(wěn)定，以及向甲烷水合物注入二氧化碳會(huì)促進(jìn)穩(wěn)定的原因，科研人員提出二氧化碳置換開采可燃冰技術(shù)。
二氧化碳置換，是指將二氧化碳?xì)怏w注入可燃冰來(lái)實(shí)現(xiàn)甲烷的開采及二氧化碳封存，是一種達(dá)到能源開采和溫室氣體——二氧化碳封存的雙贏技術(shù)。
可是，要得到純二氧化碳也不容易。必須經(jīng)過(guò)脫硫和催化還原等昂貴復(fù)雜過(guò)程清除煙氣中主要雜質(zhì)氣體SOx和NOx，方得正果。
“好在二氧化硫、硫化氫、一氧化二氮和二硫化碳雜質(zhì)氣體，比甲烷更喜歡水合物?！?中科院寧波材料所助理研究員邱年祥告訴甬派記者。
（煙氣置換開采可燃冰的概念示意圖）
基于此，中科院寧波材料所先進(jìn)能源材料工程實(shí)驗(yàn)室（籌）率先提出“以煙氣為注入氣體置換開采可燃冰來(lái)實(shí)現(xiàn)甲烷開采和煙氣封存”的概念。
“只需扔掉煙氣中極少的成分，留下二氧化碳和二氧化硫等其他雜質(zhì)氣體，就可以置換開采可燃冰?！?邱年祥說(shuō)，復(fù)雜的置換過(guò)程中，人類得到了甲烷分子，“水籠子”里則留下了煙氣新住客。
這一技術(shù)，在不破壞水合物結(jié)構(gòu)的前提下置換開采可燃冰，將大大降低二氧化碳置換開采可燃冰技術(shù)的成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)煙氣封存來(lái)減緩溫室效應(yīng)的氣候變遷和降低酸雨等環(huán)境污染。
據(jù)悉，目前寧波材料所可燃冰研究團(tuán)隊(duì)正在尋找合作伙伴進(jìn)行大規(guī)模實(shí)驗(yàn)，期待將這一新技術(shù)早日夠落地生根、開花結(jié)果，給可燃冰開采技術(shù)注入新思維、新活力，助力奏響“冰與火之歌”。
?。ㄔ陌l(fā)布于2018年12月27日《寧波日?qǐng)?bào)》甬派客戶端）