5月18日，我國南海神狐海域天然氣水合物(又稱“可燃冰”)試采實現(xiàn)連續(xù)187個小時的穩(wěn)定產(chǎn)氣。這是我國首次實現(xiàn)海域可燃冰試采成功，新華社發(fā)文稱，這將對能源生產(chǎn)和消費革命產(chǎn)生深遠影響?？扇急膴W秘在哪里？前景如何？筆者嘗試給大家科普下。

“藍鯨一號”鉆探平臺上天然氣水合物試采作業(yè)中

可燃冰是不是冰？

可燃冰，大名叫做天然氣水合物，英文縮寫是NGH。是天然氣和水(可能含有少量其他小分子)，在高壓低溫的環(huán)境下，合成的一種固態(tài)結(jié)晶物質(zhì)。無色透明，樣子有點像冰，又有點像飯店里常見的固體酒精。這個名字挺有意思，不知道是不是因為有天然氣，它才可燃，有水，它才是冰。而且可燃冰的硬度和密度確實也和冰相似。

我們常說的天然氣，就是甲烷。在可燃冰里，甲烷在其中的占比大概在80%到99%之間，也有說大于90%的。一立方的可燃冰，大概能釋放160~180標(biāo)準(zhǔn)立方的天然氣。

離開學(xué)校很久了，不知道大家對這個標(biāo)準(zhǔn)立方還有沒有印象。氣體是容易壓縮的，在討論氣體體積的時候，在多大壓強下去討論是十分關(guān)鍵的。就如同大氣里的空氣，和在氣球里的空氣，同樣是1L氣體，分子數(shù)量可是差了不少。標(biāo)準(zhǔn)立方，就是指的在1個大氣壓下，氣體的體積。

可燃冰能量密度有多高？

相比普通天然氣，可燃冰絕對稱得上是一種高能量密度的能源。我從資料里查了一下，那就是可燃冰的能量密度，是相同條件下天然氣的2-5倍。

可燃冰汽化(升華)的過程，是個吸熱過程。吸熱，就是吸收熱量，就是消耗能量。就如同一塊冰，我們要讓它融化，要把它放在暖和的地方，要讓它汽化，還要把它煮沸。天然氣常溫下就是氣態(tài)，不需要煮沸，但是在汽化過程中的能量消耗是在所難免的。再加上其中水的影響，所以可燃冰即使1立方可以發(fā)出160多立方的氣體，但是能量密度只是相同條件下天然氣的2-5倍，這是綜合計算的結(jié)果。1立方天然氣的熱值是35-40MJ，那么簡單計算，1立方可燃冰的熱值為70-200MJ之間。從這個結(jié)果來看，可燃冰的熱值會略大于汽油的熱值的。

可燃冰還有兩個近親，一個叫液化天然氣，小名叫LNG，一個叫壓縮天然氣，小名叫CNG。

LNG是液化天然氣，就是通過降溫加壓得到的液態(tài)甲烷。資料顯示，1立方的LNG，可以釋放出600立方以上天然氣，這個比例可比可燃冰猛多了。熱值上，LNG與汽油差不多，大概在50MJ/kg，但是由于密度比較輕，所以如果按照體積算，熱值和可燃冰不相上下(LNG汽化同樣需要吸收能量)。

另一個近親是CNG，CNG汽車的儲存天然氣壓力大概在200多倍的大氣壓。如果按照簡單PV關(guān)系計算，也就是1立方的CNG，大概可以發(fā)出200多立方的天然氣。所以理論上CNG的熱值也不比可燃冰低多少，事實大概也是如此。

從另一個角度，看能量密度

我從論文找到了一個典型值：1立方的可燃冰，會分解成0.8立方的水，合164立方的天然氣。所以1立方的可燃冰的能量密度，是1立方天然氣的160多倍。但是注意，水的密度是1000公斤/立方，而標(biāo)準(zhǔn)狀況下，天然氣的密度是0.7174公斤/立方，而可燃冰的密度，大約是910公斤/立方，所以我們做一個簡單的計算：

1立方可燃冰的質(zhì)量=1*910=910公斤

含水的質(zhì)量=0.8*998=798.4公斤

含天然氣的質(zhì)量=164*0.7174=117公斤

也就是說1公斤可燃冰中，有80%以上都是水，這就給能量密度打折扣了。如果按照質(zhì)量算，可燃冰的能量密度不足天然氣的五分之一。

可燃冰的優(yōu)勢

可燃冰，可以認(rèn)為是天然氣的固態(tài)形式，所以天然氣的優(yōu)勢，就是可燃冰的優(yōu)勢。從目前國際能源結(jié)構(gòu)來看，大概六七成的能源消耗，都來自于石油和煤炭。核能，天然氣，這類的清潔能源，占比還比較低。

相比天然氣，可燃冰的能量密度更高。燃燒也更加清潔。天然氣中，氫碳比很高，燃燒產(chǎn)物中，二氧化碳排放比例更低，產(chǎn)生硫氧化物、氮氧化物的幾率也很少。

從儲量上看，全球陸地面積的20%，海洋面積的10%，都含有可燃冰。僅我國南海北部勘探出的可燃冰儲量，相當(dāng)于1850億噸石油。是石油儲量的6倍。

對可燃冰的擔(dān)心

說完優(yōu)點，應(yīng)該說缺點和問題。但是在技術(shù)發(fā)展日新月異的今天，我不確定我說的問題，是否已經(jīng)被解決，所以只能說是一種擔(dān)心。

可燃冰的存在，必須有兩個關(guān)鍵詞，第一個叫低溫，第二個叫高壓。在開采的過程中，高壓勢必被破壞。會不會造成可燃冰迅速升華變成氣體而井噴，嚴(yán)重甚至造成海底坍塌。這么說很抽象，我給大家舉個例子。家里的壓力鍋，如果在煮著東西，突然把上面的壓力閥拿掉，會是什么后果。必然是氣體和里面的液體噴射而出。此實驗比較危險，建議大家不要試了。火山噴發(fā)，也是這個原理，蓋在最上面的巖石突然露出縫隙，造成巖漿噴射而出。

開采出的可燃冰，如何保存，在常溫常壓下，很快就會變成天然氣跑掉。從前人的實驗上看，可燃冰的自保存溫度大概在-7.5~0℃之間，即使在-5℃，可燃冰也會兩周消失掉近1半。如果在冰點以上，那分解速度就非?？炝恕?

不論是井噴，還是分解，這些可燃冰都會變成天然氣。如果這些天然氣泄漏到大氣中，可能會是比二氧化碳更嚴(yán)重的一種污染。

能源的推廣，最關(guān)鍵的是價格。如果能源成本提高，不論是生活成本，出行成本，生產(chǎn)成本，都會相應(yīng)提高。從能量密度角度看，可燃冰相比汽油、液化天然氣、壓縮天然氣，都沒有什么顯著優(yōu)勢。但是相比普通天然氣，畢竟省去了壓縮或者液化的過程。但是這部分成本，和開采的成本相比，是不是合適，我就不知道了。再比如在運輸過程中，固體雖然比液體更容易運輸，但是運輸10噸可燃冰，其中有8噸是水，這樣是不是劃算呢。另外，在使用的時候，這些水大概還要用干燥設(shè)備去掉吧。

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