天然气水合物环境问题——巨大的能源潜力和环境挑战

随着工业的发展和社会的变革,世界对烃基燃料的需求正急剧增长。目前的能源供给主要来自资源丰富的常规油气的勘探和开发。但是,这些资源不是可再生和用之不竭的,预计在不远的将来会面临严重的短缺。在这种形势下,天然气水合物(Natural gas hydrate,NGH)已经成为一种潜在的、引人关注的替代能源,为从化石燃料向可再生能源(生物质能、水能、地热能、风能和太阳能等)的过渡提供有效的缓冲。

天然气水合物是由水(主)分子和气体(客)分子在高压低温条件下所形成的冰状的、非化学配比的包合物。该类化合物包括3种最常见的晶型结构,即I型结构(sI)、II型结构(sII)和H型结构(sH),这取决于客气体分子的性质和大小。从全球储量和区域分布来看,甲烷水合物是最为重要的天然气水合物。

部分评估资料表明,天然气水合物的资源潜力可满足未来1000年的全球能源需求。此外,其对全球气候变化的潜在作用也受到了愈来愈多的关注。从能源资源的角度来看,在海底以下的沉积物和永久冻土中的天然气水合物矿床里赋存有大量的天然气(主要为甲烷(CH4))。即使其中只有很少的一部分可开采,也可满足全球几个世纪的能源需要。因此,探明高饱和度和高质量的天然气水合物资源并从中生产CH4成为了重点。通过甲烷水合物分解从天然气水合物矿床中采收CH4的常规方法包括降压法、注热法和注化学抑制试剂法。

天然气(甲烷)水合物被认为是近几十年来所发现的一种新型清洁和重要后续能源,具有能量密度高、分布广、规模大、埋藏较浅和资源潜力大等特点,因此成为了世界各国关注的焦点。许多国家都设立了国家研究计划,用于调查研究天然气水合物。目前天然气水合物调查工作开展最好的几个国家是美国、日本、加拿大和德国等。

中国在天然气水合物方面的研究起步始于20世纪80年代。研究表明我国天然气水合物资源丰富,在我国开展对天然气水合物的研究和勘探开发有着光明的远景。2007年4月21日到6月12日,中国地质调查局在我国南海北部的神狐海域共完成8个钻位的钻探、测井,其中从该区域约1200米的水深中的3个钻位(SH-1、SH-4和SH-7)获得天然气水合物的实物样品,使我国成为世界上第二十四个采集到天然气水合物实物样品、第二十二个在海底采集到天然气水合物实物样品和第十二个通过钻探工程在海底采集到天然气水合物实物样品的国家/地区,因此也成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划采集到天然气水合物实物样品的国家,是南海海域首次获取天然气水合物实物样品的国家,标志着我国海域天然气水合物调查研究水平已步入世界领先的行列。2009年9月,由中国地质调查局、中国地质科学院和青海地质局105队共同承担的青藏高原冻土带天然气水合物勘查项目中,在青海木里煤田聚乎更矿区常年冻土区以下200多米的钻孔中发现并成功提取到天然气水合物,使我国成为世界上第三个在陆上钻探发现天然气水合物的国家。2013年12月17日,国土资源部宣布在我国珠江口盆地东部海域首次钻获高纯度天然气水合物样品并通过钻探获得可观的控制储量(1000亿~1500亿立方米),相当于特大型常规天然气规模。
因此,非常有必要对天然气水合物的研究进展进行跟踪和总结,以便使相关领导、专家以及一线工作人员深入、系统地了解天然气水合物的工作现状和全面、及时地把握天然气水合物的研究方向。中国地质图书馆文献情报室在2012年页岩气专辑和2013年增强型地热系统专辑的基础上,今年完成了两部天然气水合物专辑,《天然气水合物基本问题——特征、资源、环境和开发》专辑主要介绍了天然气水合物的基本性质、能源地位、资源潜力、环境影响以及开发等主要方面,使读者能够系统地了解天然气水合物领域的相关知识;本专辑在深入介绍天然气水合物研究历史、结构、形成、物理性质和赋存情况的基础上,结合油气工业、能源利用、工业应用和环境方面对天然气水合物进行了全面的诠释和解读,讨论了天然气水合物领域的巨大潜力和挑战。这两部专辑较系统、全面、通俗易懂地向读者推出有关天然气水合物的一个完整成果。

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