超越所有化石能源的可燃冰，真正开采还要等多久

01

仅中日曾尝试开采

我们无数次探究环保高效的发电方式，但其实几千米海拔的陆地高原永久冻土和几千米水下的深海沉积物中，一直蕴藏着一种像冰一样的天然气水合物（甲烷水合物），它的储量相当于传统化石能源探明储量的2到10倍，能量却比之高了近十倍。

既然火力发电、核电等高效率发电方式对环境和生物安全威胁大，风力、太阳能等绿能发电又有地形、天气变化等限制，那这个天然气水合物怎么就不能突出重围？

天然气水合物的外表和给人的感觉都很像冰块，只不过在你手中时它会发出咝咝的声音，用燃烧的火柴去靠近它，不仅会融化，还会燃烧起来——这种俗称“可燃冰”的类冰状结晶物，其实是天然气和水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物，常温下会迅速分解为水和甲烷。

简单解释一下，可燃冰其实不是冰，而是由水分子组成一个个“笼子”，把大量甲烷气体包裹了起来，而甲烷正是天然气的主要成分。

地球上能包含大量水分、足够的甲烷，同时又具备低温高压的特性的环境，除了海洋就是永冻土。海洋中能产生甲烷的地方一般是深海矿床，那里常年温度保持在在2至4摄氏度之间，所受压力相当于几十甚至数百个大气压；同时，在数十亿年的历史中，无数生物葬身海底。海底的厌氧细菌会作用于这些沉积物的有机碳物质上，并产生甲烷。

高原上的永冻土里虽然也有可燃冰，但由于生成条件太苛刻，所以蕴含量极小。目前的勘探结果是只有百分之一的可燃冰存在于永冻土的砂石缝隙中，因此深海才成为了可燃冰勘探开采的重地。

值得一提的是，整个南海海域的可燃冰地质资源量约为650亿吨油当量，远景资源储量可达上千亿吨油当量，相当于中国陆海常规与非常规天然气地质资源量的总和，潜力惊人。另一个能源消耗大国美国，其本土外海的可燃冰也足以供本国人使用上千年。

储藏量巨大的确是商业化的前提，但这并不是唯一动力，可燃冰的转换效率更关键。

前面有提到，可燃冰在常温下会迅速分解，即可产生大量天然气。还有一个知识点，可燃冰蕴藏的有机碳含量是传统化石能源中有机碳含量的两倍。更精确的研究表明，1立方米的可燃冰分解后，可释放出大约160立方米的天然气，如果用同等体积的天然气和可燃冰对比，可燃冰的能量至少是其150倍。如此高的能量密度，怎么会不心动？

不过在海域可燃冰开发领域，目前只有中国和日本有能力试采：我国是全球第一个能在海域可燃冰试采中获得连续稳定产气的国家，日本则在去年将从可燃冰中提取的天然气用于燃料，连续10个月以上驱动发电机，这也是世界首次。

但无论哪个国家，目前都没能在可燃冰领域实现商业化运作，毕竟光是上游勘探开发都还有难度，更别说去构建中游储藏运输、终端销售服务等基本产业链条。

02

潜力无穷，但易探难采

可燃冰是“易探难采”的典型，主要归咎于它的物理、化学特性所带来的麻烦。

可燃冰是固体，这就注定它不能像石油或现成的天然气一样，铺好管道，只管往里边加压就行，燃料自己在压力作用下可以从管道中流出。开采可燃冰，要么像挖煤一样一点点开采，要么就通过某种手段让它固体变气体，自己像石油一样冒出来。

前者以前是不可能的，因为可燃冰对温度和压力太敏感，就算能简单“挖”出来，一旦离开深海环境，甲烷还没被送上岸提取就会分解。这种比二氧化碳还强的温室气体，一旦释放到大气或海洋中，可能会引发海底地质灾害以及海洋生物的大量死亡，甚至灭绝。

海底生物众多，如造成生态破坏后果严重

不过现在技术也进步了，出现了“混合开采法”，将可燃冰就地转为固液混合的状态，再将这股包含了可燃冰固体、液体和气体的“泥浆”通过导管传输至海平面上作业，借此取得天然气。优点是减少可燃冰的损耗，成本也降低了点，但怎么解决泥沙分离又成了难题，日本就曾深受其苦。

更主流的方式是，让可燃冰在海底就把甲烷释放出来，然后再提取释放出来的甲烷。最初常用的是“加热法”或“降压法”，更先进的开采方法则是“置换法”。

顾名思义，加热法就是将可燃冰层以对流法、电磁加热法等直接升温，将可燃冰分解为天然气与水，并且直接以管线收集天然气。降压法则是用管道导出可燃冰层下方的气体或流体，使可燃冰层的压力变小，这样一来，可燃冰中的水分子就会因为压力下降而液化成水，使得天然气被释放——但这样很可能会破坏海底地质构造，造成海底滑坡。

与之相比，CO2-CH4置换开采法，即用CO2（二氧化碳）将可燃冰中的CH4（甲烷）置换出来的方法更有发展前景。

它其实是加热法的进阶。在开采时，要先控制气压，使可燃冰中的甲烷释放出来，并加以收集；同时在可燃冰矿层的上方及下方都注入二氧化碳，下方是主要运作的区域，而上方则用以阻隔并稳定海床，这时的二氧化碳已经成为了二氧化碳水合物；这种水合物生成过程会放热，靠近底层的可燃冰就会受热转化，分解出大量甲烷。

这个方法精彩之处在于，它是一个连锁反应，新的水合物会自动补缺，意味着在不断释放可燃冰中甲烷的同时，还能将一部份的二氧化碳转为水合物，封存在海底，直接联动二氧化碳海底封存行动。

越先进越难落地，这一方式比深海石油钻探复杂得多，以至于目前还处于实验阶段。再说了，没能解决生态难题前，大规模开采几乎是不可能的。

总而言之，现在可燃冰开采最大的风险就是“产能低、风险高”，学界提出的配套方案尚未能满足市场化的需要，如果开采成本能降到目前天然气成本的水平，那它的商业进程恐怕会大大加速。

欢迎通过邮局渠道订阅2025年《电脑报》

邮发代号：77-19

单价：8元，年价：400元

编辑｜张毅

审核｜吴新

爆料联系：cpcfan1874（微信）

壹零社：用图文、视频记录科技互联网新鲜事、电商生活、云计算、ICT领域、消费电子，商业故事。《中国知网》每周全文收录；中国科技报刊100强；2021年微博百万粉丝俱乐部成员；2022年抖音优质科技内容创作者