天然气水合物(gas hydrate)是本篇文章要介绍的主角,在低温高压的环境下,气体分子被呈笼状结构的水分子包围,形成冰晶状的固体笼晶。其中被水所包覆的大多为小分子气体,例如甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)等,且因为甲烷占比高于95%,所以又被称为「甲烷水合物(methane hydrate)」。
甲烷水合物通常存在于低温高压的环境中,大多在海平面下300公尺以下的深海海域(此称为「水合物稳定带」),仅有极少部分存在于陆地上,例如南北极的永冻土层中。当甲烷水合物被移至常温常压下,被水包覆住的气体分子便会破坏晶体结构而逸出,一旦遇火便会燃烧,形成冰晶与火源共存的现象,所以又被称作「可燃冰」。
为何「可燃冰」被视为是一种新兴能源呢?首先气体的来源是埋藏于海床沉积物里几百万年前的动物残骸,经过细菌的分解作用后产生,在深海环境下形成水合物,所以「可燃冰」本身便是一种化石燃料,是石油和天然气的同类。更重要的是,专家预估甲烷水合物的蕴藏量会是其他化石燃料矿藏的二至三倍!而且甲烷水合物在燃烧后并不会排放硫氧化合物,二氧化碳的排放量相较于燃煤和燃油要来的低,属于一种比较干净的能源。
然而,甲烷水合物的开采用并不是一件容易的事,因为它在地层中是以固态的形式存在,并不像石油那般只需要利用钻井降压便可以将液体抽出地表。那么,到底该如何开采用这项新兴能源呢?现阶段主流的方法有三种:
▍热采用法
热采用法是通过把高温的流体(例如热水、水蒸气)打入地层,提供能量使水合物内部的气体分子足以破坏晶格结构,从地层中逸出。
▍降压法
降压法是把地层中的水抽取出来,使得地层的压力逐渐下降,而压力减低会导致水合物的不稳定,进而产生解离现象,使内部的气体推送。
▍使用化学抑制剂
在不改变地层温度和压力的情况下,将能够抑制水合物生成的化学物质注入地层之中,改变水合物生成的平衡条件,促使水合物自行分解产生气体。
可惜的是,至目前为止甲烷水合物的开采用技术还未成熟,成本也居高不下,世界上还没有出现商业化的开采用成果。另外研究也证实出甲烷是一种比二氧化碳还要强的温室气体,若是开采用不当,有可能会造成海床的扰动,严重时甚至会使海床崩塌引发海啸,使大量的甲烷气体推送,造成温室效应的加剧,这也是气候和地质专家对于甲烷水合物最大的疑虑。
现在全球正在面临能源逐渐短缺的危机,甲烷水合物作为新能源的重要性也在渐渐提高。西南海域近期也发现了含有「可燃冰」的海床,专家预估总含量足以供应全国内使用65年!希望这项海底蕴藏的宝藏有朝一日可以被世界妥善使用:)
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作者: 2021-04-01 09:35:43 来源: