“冰冻”的能源——联合国环境规划署对甲烷水合物的全球展望(卷一)

随着全世界对环境和气候问题的日益关注以及人类对清洁能源需求的快速增长,天然气水合物越来越受到各国政府、学术机构、企业和公众等的关注。20多年来,对气体水合物的研究加快了很多,同时对自然界中存在的天然气水合物的科学发现也在持续增加。

天然气水合物是一种具有极大潜力的新型能源,是由气体和水分子结合在一起形成的固态似冰状物质。天然气水合物中储存着世界上绝大部分的甲烷和大约三分之一的有机碳。天然气水合物的能源效率极高,常压下1立方米的水合物可以释放出0.8立方米的水和164~172立方米的气体,其中主要是可燃烧的甲烷,因而也经常被叫做“甲烷水合物”。

纵观历史,展望未来。水合物不再只是实验室的合成产物和堵塞油气管道或者威胁油气钻探的安全隐患,而是在不远的将来可以造福于人类的“清洁、高效、低污染、系统化”的新型能源。尽管天然气水合物目前仍然面临着许多技术、经济、环境问题和挑战,但是加拿大、美国、日本等国已先后在陆上和海上开展了甲烷水合物试采工作,而对于中国这样的能源消费大国,深入开展甲烷水合物的科学理论研究、资源评价、勘探选区、技术方法研发、试采和示范、商业化开发等方面并跻身世界一流有着无比重要的战略意义。

为了使相关领导、管理人员、科研人员等更全面地了解甲烷水合物的“前世今生”,中国地质调查局地学文献中心(中国地质图书馆)文献情报室依托地调局子项目“世界海洋地质调查情报分析与研究”对联合国环境规划署(UNEP)于2015年初编写完成的《“冰冻”的能源:甲烷水合物的全球展望》报告进行了编译。该报告分为两卷。卷一阐述了甲烷水合物在自然界中的角色和作用。卷二介绍了甲烷水合物作为一种新型的全球性能源资源所具有的潜在影响。

卷一共分三章。第一章介绍了气体水合物的晶体结构、稳定条件和在自然界中的赋存环境,预测了全球甲烷水合物的总量和分布状况,是了解自然界中甲烷水合物产生和演变的基础。这些水合物的基本信息为第二章的中心内容提供了知识背景。第二章主要阐述了甲烷水合物是全球碳循环的重要组成部分的观点。因为随着气候的变化,水合物可以储存或释放大量的甲烷气体。第二章首先概述了甲烷如何形成水合物以及水合物如何分解和甲烷又如何被消耗,同时还讨论了甲烷水合物与深海生态系统的联系。例如,甲烷水合物释放出的大量甲烷进入深海生态系统后会被上部沉积层和海水层中的微生物消耗而不会进入大气层。第三章讨论了自然事件,如海底水温长期上升等引发甲烷水合物分解的过程。在这个过程中,沉积物中的水合物释放出大量的甲烷气体,其中较大部分可能会进入海水,但只有较少部分能进入大气。第三章考虑了过去和未来的气候变化模型以及这些模型是如何受到甲烷水合物的潜在影响的。目前认为,甲烷水合物中释放的甲烷对全球变暖虽然有贡献但没有触发过去的气候变暖事件。第三章还指出,在短期内,水合物释放的甲烷对地球气候变暖的贡献可能是很小的。尽管全球范围内蕴藏在甲烷水合物中的甲烷的量巨大,但是自然界中的水合物只有一小部分会在本世纪内升温分解,其释放的甲烷能到达大气。甲烷释放短期内造成的更严重的后果是深海氧气的耗尽以及微生物分解甲烷造成的海水酸化。针对这个问题,开展基础观测和研究对了解这些环境问题的影响程度和范围尤其重要。

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