第六章 水火相容可燃冰

當(dāng)人們談起燃料時(shí)，腦海中通常會(huì)出現(xiàn)火焰熊熊燃燒的場(chǎng)景。而冰塊則被看作是與火互不相容的東西，正所謂“冰火兩重天”。但就是這種冰火不相容的場(chǎng)景卻被可燃冰完美地結(jié)合起來。顧名思義，可燃冰就是可以燃燒的冰。當(dāng)然，它并非是我們所說的一般意義上的冰塊，盡管外觀看上去與普通冰塊沒有兩樣，但是當(dāng)這種冰冷、雪白的“冰塊”靠近火焰的時(shí)候，它就會(huì)立刻熊熊地燃燒起來（見圖6-1），釋放出巨大的熱量。在化學(xué)結(jié)構(gòu)上，可燃冰的主要成分是天然氣，是一種天然氣與水在低溫、高壓條件下形成的冰狀晶體。因此學(xué)名叫作天然氣水合物，其廣泛分布于海底沉積物層及陸上凍土帶等低溫、高壓的自然環(huán)境中，是天然氣在自然界的主要存在形式，比傳統(tǒng)油氣資源多得多。在全球傳統(tǒng)油氣資源日漸枯竭的大背景下，可燃冰的開發(fā)無疑為人類的能源更替之路點(diǎn)燃了新的曙光。如果說人類社會(huì)的能源更替過程是一場(chǎng)接力跑的話，如今再次到了交接棒的關(guān)鍵時(shí)刻。我們需要用可燃冰這種“白金”替代石油黑金。

圖6-1 正在燃燒的可燃冰

曲折的認(rèn)識(shí)歷程

在這里，讀者或許會(huì)問了，既然自然界蘊(yùn)藏有如此多的可燃冰資源，為什么人類沒有盡早予以開發(fā)利用這種“白金”，反而棄多求少、舍優(yōu)擇劣，導(dǎo)致了現(xiàn)今的能源危機(jī)以及氣候危機(jī)呢？的確，存在這樣的疑問是很自然的。在這個(gè)問題上，歷史似乎與人類開了一個(gè)不大不小的玩笑。

事實(shí)上，人們對(duì)這類“冰塊”的探究由來已久，最早可追溯到兩百年前，那時(shí)石油還沒有開始大規(guī)模開發(fā)與利用。1810年，英國(guó)科學(xué)家漢弗萊·戴維在實(shí)驗(yàn)室中將氯氣通入了水中，結(jié)果在0攝氏度以上出現(xiàn)了固體狀的“冰塊”，而且確定不是水結(jié)成的冰塊。因?yàn)橥ǔＧ闆r下，0攝氏度以上的溫度條件是不會(huì)結(jié)冰的。本來水和氣是不相容的，但在一定條件下，它們竟然結(jié)合在一起形成了單獨(dú)的一種冰狀晶體。由此，人們首次意識(shí)到了竟有“氣水合物”這種物質(zhì)。至此之后，人們出于科學(xué)探索上的好奇，再也沒有停止過對(duì)氣水合物的研究和探索，研究人員紛紛把各種各樣的氣體例如甲烷氣、二氧化碳?xì)獾韧ㄈ胨性囈辉嚕词欠衲軌蛐纬深愃频摹氨鶋K”。隨著實(shí)驗(yàn)條件的不斷進(jìn)步，科研已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中證明，只要條件合適，幾乎所有氣體都可以和水生成類似的“冰塊”。遺憾的是，當(dāng)時(shí)這一切的發(fā)現(xiàn)都只是停留在實(shí)驗(yàn)室的局部范圍內(nèi)，并沒有在更大的層面上引起足夠重視。以至于人類后來將能源利用的目光鎖定在了石油上，轟轟烈烈地開始了一個(gè)世紀(jì)之久的尋找和爭(zhēng)奪石油的大戰(zhàn)。

一次意外的事件使得可燃冰引起了人們的廣泛關(guān)注，而這相距實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)可燃冰晶體已經(jīng)過去了近一個(gè)世紀(jì)。1934年，美國(guó)工程人員在阿拉斯加的天然氣輸送管道里發(fā)現(xiàn)，有一些異常的“冰塊”堵塞了輸氣管道，并且難以根除，這給天然氣輸送帶來極大的麻煩，后來查明這種冰塊就是可燃冰。也就是說一定條件下，管道中存有的水與天然氣結(jié)合形成了可燃冰固體（見圖6-2），從而阻斷了管道的連通，人們這才認(rèn)識(shí)到了可燃冰的重要性，只不過是從負(fù)面的角度。至此之后，人們對(duì)可燃冰的研究工作開始逐步深入。但是，研究人員一開始似乎本末倒置了，他們把主要精力放在如何消除輸氣管道的堵塞上，以期在工業(yè)條件下對(duì)可燃冰進(jìn)行預(yù)測(cè)和清除，并沒有考慮將可燃冰作為一種能源加以研究和利用。因此，那時(shí)候人們希望這種“冰塊”越少越好，只要能保證天然氣管道正常輸送就謝天謝地了。