可燃冰再造能源神話-新知探索
2023年3月12日,日本宣布成功從可燃冰中獲得了天然氣,這是全球首次通過(guò)在海底分解“可燃冰”獲得燃?xì)狻<抑赋觯毡菊x擇在日本大地震兩周年之際公布這一消息,意在化解福島核電站事故造成的能源危機(jī)。
可燃冰是天然氣水合物的俗稱,是近20年來(lái)在海洋和凍土帶發(fā)現(xiàn)的新型潔凈能源,據(jù)悉,1平方米可燃冰蘊(yùn)藏的能量,相當(dāng)于160平方米的天然氣,為普通煤的10倍密度。
日本海底可燃冰的采掘試驗(yàn)利用探測(cè)船“地球”號(hào),從愛知縣渥美半島附近約1000米的海底挖入33米,在到達(dá)可燃冰層后,通過(guò)將可燃冰中的水分抽出以降低其壓力,并使水和甲烷分離,最后提取出甲烷,整個(gè)過(guò)程花費(fèi)約4小時(shí)。
在日本,可燃冰在近海海域分布廣泛,儲(chǔ)藏量足夠日本使用100年,本次試驗(yàn)采掘海域的儲(chǔ)藏量,就可供日本使用10年以上。專家評(píng)論說(shuō),福島第一核電站事故后,日本核電站相繼停止運(yùn)轉(zhuǎn),不得不以火力發(fā)電,而用于火力發(fā)電的天然氣、石油進(jìn)口猛增,使得日本出現(xiàn)貿(mào)易赤字。
因此,日本期待通過(guò)可燃冰的商業(yè)化生產(chǎn),降低甚至擺脫對(duì)外依賴,實(shí)現(xiàn)能源自給。中國(guó)石油大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院院長(zhǎng)王震在接受采訪時(shí)表示:“日本政府選擇在日本大地震兩周年之際公布這一消息,意在化解福島核電站事故造成的能源危機(jī)。”
技術(shù)創(chuàng)新VS開采成本
可燃冰的陸地開采技術(shù),早已不再新鮮。相比之下,海底開采的難度要大很多。
日本科學(xué)家一開始在陸地上做試驗(yàn)的時(shí)候,采用的是“加熱法”,通過(guò)可燃冰加熱分解的原理取得甲烷氣體。在做離岸試驗(yàn)時(shí),科學(xué)家發(fā)現(xiàn),往海底注入溫水需要耗費(fèi)大量能源而且價(jià)格昂貴,于是改用“降壓法”,通過(guò)把可燃冰中的水分抽出來(lái)降低其壓力,使得水和甲烷分離,然后提取出甲烷。這次海底試驗(yàn),是全球首次在海底成功“分解”可燃冰。
目前,美國(guó)、加拿大、俄羅斯、中國(guó)、印度、韓國(guó)等國(guó)均已制定了可燃冰的長(zhǎng)期研究計(jì)劃。但開采成本昂貴成為開采可燃冰的最大阻礙。
在此之前,美國(guó)曾經(jīng)對(duì)海底可燃冰開采成本進(jìn)行過(guò)估算。當(dāng)時(shí),美國(guó)嘗試?yán)脻撏撊牒5组_采可燃冰,并在陸地上進(jìn)行分解,后來(lái)發(fā)現(xiàn)每平方米的成本高達(dá)200美元,根據(jù)1立方米可燃冰相當(dāng)于160立方米天然氣換算,生產(chǎn)出每立方米天然氣需1。2美元,然而美國(guó)2023年進(jìn)口天然氣的價(jià)格,只有0。087美元/立方米。
負(fù)責(zé)此次開采的日本公司JOGMEC公開表示,此次海底“分解”成功,讓他們有信心突破可燃冰的開采成本瓶頸。他們的目標(biāo)是在2023年前,把可燃冰的開采成本,降至實(shí)際應(yīng)用水平。
根據(jù)日本方面公布的可燃冰開采計(jì)劃顯示,第一階段是2002年-2008年兩次成功在陸地上開采甲烷氣體試驗(yàn)。本次試驗(yàn)屬于2009年度啟動(dòng)的第二階段,將驗(yàn)證可燃冰的經(jīng)濟(jì)效益及對(duì)環(huán)境的影響。2023年-2023年將步入第三階段,實(shí)現(xiàn)最后的商業(yè)化。
2011年,中國(guó)正式啟動(dòng)可燃冰專題研究,制定的開發(fā)時(shí)間表顯示:2008年-2023年,完成勘探調(diào)研和技術(shù)準(zhǔn)備;2023年-2035年,進(jìn)行海上商業(yè)化試采;2036年-2050年,開展海上大規(guī)模商業(yè)化開采。
復(fù)制美國(guó)“頁(yè)巖氣革命”?
本次日本的海底可燃冰開采試驗(yàn),最終因天然氣生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)故障而宣布終止。經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省說(shuō),3月18日凌晨,將可燃冰分離為天然氣和水的裝置內(nèi)混入了泥沙,導(dǎo)致無(wú)法正常取得天然氣。由于預(yù)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)天氣將會(huì)惡化,技術(shù)人員放棄了修理的打算。今后將一方面檢修設(shè)備,一方面在2023財(cái)年前往其他地點(diǎn)嘗試開采。
此次開采共采集到超過(guò)1。3萬(wàn)立方米的天然氣,高于2008年在加拿大陸地的試開采量。
王震認(rèn)為,受到日本邁出“關(guān)鍵一步”的鼓勵(lì),未來(lái)各國(guó)的可燃冰開采步伐將進(jìn)一步加快,但要真正實(shí)現(xiàn)可燃冰開采商業(yè)化,仍需克服一系列技術(shù)難題。
據(jù)估算,世界上可燃冰所含有機(jī)碳的總資源量相當(dāng)于全球已知煤、石油和天然氣的兩倍,分布在116處。中國(guó)僅在西沙海灘初步圈出可燃冰分布面積,就高達(dá)5242平方公里。
如今可燃冰開采所處的階段,讓人聯(lián)想到美國(guó)的“頁(yè)巖氣革命”。上世紀(jì)60年代末,頁(yè)巖中存在天然氣已經(jīng)被很多人所了解,當(dāng)時(shí)有這方面的相關(guān)博士論文,但技術(shù)和成本始終是最大的障礙。上世紀(jì)70年代,石油危機(jī)使得美國(guó)擔(dān)心自己的油氣消耗殆盡。吉米·卡特?fù)?dān)任美國(guó)總統(tǒng)期間,發(fā)起了東部頁(yè)巖氣計(jì)劃,旨在通過(guò)能源部提供資金支持,研究如何從頁(yè)巖中提取天然氣,使得此事在商業(yè)上可行。
萊斯大學(xué)貝克研究室教授肯尼斯·梅德洛克三世曾表示,這是一場(chǎng)賭博,誰(shuí)都不知道結(jié)果會(huì)怎樣。
最終,一些創(chuàng)新型能源小公司真正開啟了美國(guó)“頁(yè)巖氣革命”,而不是埃克森美孚和雪佛龍等大型石油能源企業(yè)。真正的轉(zhuǎn)機(jī)始于二十一世紀(jì)初,房地產(chǎn)商喬治·米歇爾創(chuàng)辦的米歇爾能源開發(fā)公司在17年中先后鉆了30多口試驗(yàn)井,測(cè)試了多種鉆井和地層壓裂方法后,實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣的大規(guī)模商業(yè)化開采。
如今,美國(guó)只用了5年-6年時(shí)間,就使得從頁(yè)巖中提取的天然氣產(chǎn)量占到全美天然氣總開采量的三成左右。到2035年,這一比例將達(dá)到49%。
“頁(yè)巖氣革命是一次成功的能源范式轉(zhuǎn)移。”梅德洛克評(píng)論說(shuō),“革命會(huì)繼續(xù)進(jìn)行,美國(guó)已經(jīng)選擇從頁(yè)巖中提取天然氣,就不可能停止。”