天然气水合物——小身材蕴藏大能量

导入语：

在2017年11月16日，国土资源部宣布天然气水合物新矿种获得国务院批准，成为我国第173个矿种。说起天然气水合物，可能大家既熟悉又陌生。一个振奋人心的消息是我国海域天然气水合物的首次试采，就创造了产气时长和总量的世界纪录。今天就请大家跟随小Y的脚步，一起看一看水合物的小小身躯下如何蕴藏着巨大的能量！

什么是天然气水合物？

天然气水合物指在低温高压条件下，甲烷分子封闭在水分子晶格中，呈现为固态的结晶化合物，俗称“可燃冰”。

天然气水合物是什么结构？

天然气水合物储存在哪里？

自然界中的天然气水合物主要分布于北极周围地区的永久冻土带以及浅海大陆架沉积物中。蕴藏于海底的天然气水合物资源比估算的常规天然气储量多数百倍，美国地质调查局估计全世界天然气水合物的甲烷量达到20000万亿立方米。

与其它化石能源比较

据美国能源部估计，仅美国就拥有2830~8490万亿立方米。世界天然气水合物资源中若只有1~2%是经济可采储量，也构成一种巨大的能源资源。

天然气水合物形成条件是什么？

天然气水合物的形成需具备四个基本条件：

① 低温，一般温度低于10℃；

② 高压，压力大于10MPa；

③ 天然气来源，包括深层热解气和浅层微生物成因的生物气；

④ 有利的储集空间

天然气水合物开采方式有哪些？

天然气水合物开采可以分为注热法、减压法、注剂法以及CO2置换法等

热注法

注热法：压力一定条件下，注入热水，系统温度增加，直到分解温度。这种方法非常昂贵，且要求向下注热和向上采气同步进行。

减压法

减压法：这种方法通过降低嵌入或相邻水合物层的气层压力完成的。

注剂法

注剂法：通过注入甲醇等来改变温—压平衡，使气体水合物在原地的温—压条件下不再稳定而分解。

开采天然气水合物会引起哪些灾害？

天然气水合物带的底部固结程度降低，并且气体释放形成超压，由于重力负载或地震扰动引起脆弱带的崩塌以及海底滑坡。

具体来说，开采天然气水合物可能引起这四种地质灾害：

　　堵塞管道：影响管道油气运输

　　海底滑坡：海啸，影响海底电缆、工程安全

　　全球暖化：温室气体，甲烷－二氧化碳

　　生物灭绝：恐龙、生物灭绝事件

尽管天然气水合物使用前景广阔，但同时也存在风险。据估算，全球海底甲烷总量大约是地球大气中甲烷总量的 3000 倍，如果开采不慎导致甲烷气体的大量泄漏，将可能引发强烈的温室效应。如何安全、经济地开采天然气水合物，并且从中分离出甲烷气体，依然是目前各国的核心难题。

对于水合物室内合成实验是近几年非常热门，投入很大的一个方向，关键在于如何准确检测水合物形成的量与分布位置，而这一点恰好是低场核磁这把利剑的强势所在。然而在甲烷水合物的研究上，甲烷与水均有氢信号，同时温度压力的变化不仅对水合物合成有显著影响，也会影响核磁信号的检测。因此未来在这一领域还需要投入更多的人力物力，不断攻克难关。