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理化百科

你能把冰点燃吗?

2010-08-17 已有1677人阅读

    乍听到这一名词,你一定会感到奇怪:冰,怎么能被点燃呢?但在自然界中确实存在这种能够燃烧的“冰”。 20世纪70年代以来,人们陆续在世界各地的海洋深处发现了一种以前从未给予充分重视的新能源——可燃冰。

    其实,可燃冰是水和天燃气相结合后形成的一种晶体物质,学术上称为“天然气水化合物”。可燃冰是一种甲烷气体的水合物。在深海中高压低温的条件下,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状体中形成水合甲烷。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燃而逝。据测定,1立方米固体可燃冰,约含200立方米天然气。所以可燃冰具有很强的燃烧能力,是一种十分重要的能源。

    然而可燃冰最初被发现,并不是在海底。它的发现是出于一次偶然的机会。20世纪30年代,人们为了输送天然气,开始铺设巨型天然气管道。由于管道经常发生堵塞,将管道剖开,才发现是被冰一样的物质所封堵,对这种物质进行研究后,才知道它是天然气与水的结合物,有很强的燃烧能力,是一种很有开采价值的新能源。

    到60年代,苏联科学家才意识到,在自然界也许存在这种水合物,并预测到它作为一种可利用的新能源的前景。1972年,在开发北极圈内的麦雅哈天然气田时,人类第一次发现了这种以矿藏形式存在的天然气水合物。之后,美国科学家在地震研究中证实,在海底600米处就存在这种水合物。

    1996年夏天,德国科学家搭乘一艘海洋考察船对北太平洋水域进行考察,以寻找这种神秘的冰晶体。结果,水下摄像机在800米深的海底拍摄到了晶莹的亮光。科学家们迅速从海底取出了样品。为了证实这就是充满甲烷的冰晶体,一位科学家从这种冰块上取下一小块,用火柴点燃:冰雪般的东西开始燃烧,发出魔幻般淡红色的火焰,直至冰块变成了一滩水。

    后来的实验证明,1立方米这种可燃冰燃烧,相当于164立方米的天然气燃烧所产生的热值。据粗略估算,在地壳浅部,可燃冰储层中所含的有机碳总量,大约是全球石油、天然气和煤等化石燃料含碳量的两倍。有专家认为,水合甲烷这种新型能源一旦得到开采,将使人类的燃料使用史延长几个世纪。

    可燃冰在自然界分布非常广泛,海底以下0到1500米深的大陆架或北极等地的永久冻土带都有可能存在,世界上有79个国家和地区都发现了天然气水合物气藏。根据地质条件分析,理论上“可燃冰”在我国分布也应十分广泛,我国南海、东海、黄海等近300万平方公里广大海域以及青藏高原的冻土层,都有可能存在。在2000年,就有报道称,我国南海、东海等海域发现大量“可燃冰”资源,初步估算其资源量相当于我国陆地石油天然气资源的一半。

    天然“可燃冰”埋藏于海底的岩石中,和石油、天然气相比,它不易开采和运输,世界上至今还没有完美的开采方案。科学家们认为,这种矿藏哪怕受到最小的破坏,甚至是自然的破坏,就足以导致甲烷气的大量散失。“可燃冰”中甲烷的总量大致是大气中甲烷数量的3000倍。作为短期温室气体,甲烷比二氧化碳所产生的温室效应要大得多,它所产生的后果将是不堪设想的。同时,陆缘海边的“可燃冰”开采起来也十分困难,一旦出了井喷事故,就会造成海水汽化,发生海啸船翻。目前,“可燃冰”的开采方法主要有热激化法、减压法和注入剂法三种。开采的最大难点是保证井底稳定,使甲烷气不泄漏、不引发温室效应。

    可燃冰的发现对人类社会有什么重要意义呢?

    可燃冰是一种潜在的能源,储量很大,大约是常规气体能源储存量的1000倍。有专家认为,可燃冰一旦得到开采,将使人类的燃料使用史延长几个世纪。值得注意的是,可燃冰作为一种新能源虽具有开发应用前景,但甲烷是一种高效的温室效应气体,可燃冰的开采如果方法不当,释放出的甲烷扩散到大气中,会加重地球的温室效应,导致地球上永久冻土和两有序冰山融化。因此,在安全合理地开始可燃冰的同时,必须考虑环境保护。

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