【甬派】用烟气置换甲烷！宁波提出可燃冰开采技术新概念
甬派客户端记者 张璟璟 金鹭 通讯员 高晓静 王虎羽
提到能源，人们立即想到的是煤炭、石油，但近年来，人们发现了一种高效、清洁的新能源——可燃冰。
就在去年5月，中国成为全球首个在海域可燃冰试开采中连续稳定产气的国家。6个月之后，国务院正式批准将天然气水合物列为新矿种，成为我国第173个矿种。从法律层面，极大地促使我国天然气水合物勘探开发工作进入新的发展阶段。
目前，可燃冰勘探开发领域的新课题、新难点、新技术、新装备等研发，已成为全球学界、业界热议的话题。
而在宁波，有科研人员率先在全球提出一种新的可燃冰开采技术概念。应用这种技术，不但不用破坏可燃冰矿层，还能存二氧化碳、二氧化硫等气体，从而减缓温室效应的气候变迁和降低酸雨等环境污染。
（全球可燃冰科研发展，资料图）
理想替代能源，储量是其他化石燃料总和两倍
目前世界公认的理想型替代能源——可燃冰，到底是什么呢？
可燃冰，学名天然气水合物，又称气冰或者固体瓦斯，是通过将天然气分子笼络在由氢键所形成的水笼子内，具有稳定晶体结构的化合物。
（甲烷水合物的笼型包络结构，资料图）
可燃冰，可不是普通冰，只是在适度高压、低温条件下外观类冰，才被叫作“冰”。
与普通冰截然不同的是， 它的主要成分并不是水，而是甲烷（含量高达80%-99.9%），这正是我们用来做饭取暖的天然气的主要成分。
根据科学家们推算，一立方米的可燃冰，最终可以释放出164立方米的甲烷气体。
在自然界，可燃冰主要分布在陆地永久冻土带和深海海底中。而全球范围内蕴藏的可燃冰总量，比所有煤炭、石油和天然气等烃类碳储量的两倍还要高。
简单来说，如果把地球上的可燃冰都开采出来，保守估计可以满足全世界人类1000年的能源需求。
（可燃冰在世界范围内分布，红点为已探测到的，黄点为可能存在的位置）
可燃冰不仅储量丰富，而且燃烧后很环保。纯净的可燃冰形似冰雪，能被直接点燃，燃烧后只会留下一滩水和二氧化碳气体，是一种绿色清洁的新型能源。
清洁高效的“能源大腿”，安全开采不容易
无论从储存量、热量和环保角度考虑，可燃冰都可以说是人类要抱稳的一条“能源大腿”，实现稳定、高效、廉价开采可燃冰很有必要。
但，可燃冰安全可控开发可不是件容易的事。
让甲烷和水分子维持固体状态条件苛刻。可燃冰只有在0摄氏度-10摄氏度时才能生成，超过20摄氏度就会分解，变得“烟消云散”；
更要命的是，它的温室效应能力是二氧化碳的26倍！
据了解，目前，可燃冰开采方法主要包括，减压开采法、热激开采法、化学试剂注入法、固体开采法和置换开采法等五种。
减压开采，就像拧开高压锅的减压阀一样，气体就蹭蹭往外跑；热激开采，就是把热水往上浇； 化学试剂注入，就是找“破坏分子”去“挖墙角”；固体开采，则用“锤子”直接把可燃冰矿层敲碎。
（2017年5月10日，我国南海北部神狐海域进行的天然气水合物（可燃冰）试采获得成功，预计在2030年以前将会得到商业性开发利用）
2017年5月日，中国利用具有自主知识产权的分沙钻探装备在珠海市东南的神狐海域内的可燃冰矿层采用减压开采法成功开采出天然气。
源源不断的“水中取火”，标志着我国成为世界第一个成功实现占90%以上资源量、开采难度最大的泥质粉沙型可燃冰矿层的连续开采。
不过，眼下常见的拆“房间”、赶气体的方法可能会引发地质滑坡、地震海啸、破坏深海生态等严重的问题，更可能影响全球的气候变化。
置换出可燃气体，封存杂烟中的环境“破坏分子”
由于二氧化碳水合物要比甲烷水合物更稳定，以及向甲烷水合物注入二氧化碳会促进稳定的原因，科研人员提出二氧化碳置换开采可燃冰技术。
二氧化碳置换，是指将二氧化碳气体注入可燃冰来实现甲烷的开采及二氧化碳封存，是一种达到能源开采和温室气体——二氧化碳封存的双赢技术。
可是，要得到纯二氧化碳也不容易。必须经过脱硫和催化还原等昂贵复杂过程清除烟气中主要杂质气体SOx和NOx，方得正果。
“好在二氧化硫、硫化氢、一氧化二氮和二硫化碳杂质气体，比甲烷更喜欢水合物。” 中科院宁波材料所助理研究员邱年祥告诉甬派记者。
（烟气置换开采可燃冰的概念示意图）
基于此，中科院宁波材料所先进能源材料工程实验室（筹）率先提出“以烟气为注入气体置换开采可燃冰来实现甲烷开采和烟气封存”的概念。
“只需扔掉烟气中极少的成分，留下二氧化碳和二氧化硫等其他杂质气体，就可以置换开采可燃冰。” 邱年祥说，复杂的置换过程中，人类得到了甲烷分子，“水笼子”里则留下了烟气新住客。
这一技术，在不破坏水合物结构的前提下置换开采可燃冰，将大大降低二氧化碳置换开采可燃冰技术的成本，同时实现烟气封存来减缓温室效应的气候变迁和降低酸雨等环境污染。
据悉，目前宁波材料所可燃冰研究团队正在寻找合作伙伴进行大规模实验，期待将这一新技术早日够落地生根、开花结果，给可燃冰开采技术注入新思维、新活力，助力奏响“冰与火之歌”。
（原文发布于2018年12月27日《宁波日报》甬派客户端）