2025年高考可燃冰及其利用

　　一種特別的物質(zhì)被科學家發(fā)現(xiàn)，它存在于300―500米海洋深處的沉積物中和寒冷的高緯度地區(qū)，其儲量是煤炭、石油和天然氣總和的兩倍，1立方米的它可釋放出相當于天然氣164倍的能量。在能源緊缺的現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)它真可解燃眉之急。

　　可燃冰有望取代煤、石油和天然氣，成為21世紀的新能源。科學家估計，海底可燃冰分布的范圍約占海洋總面積的10%，相當于4000萬平方公里，是迄今為止海底最具價值的礦產(chǎn)資源，足夠人類使用1000年。但在繁復(fù)的可燃冰開采過程中，一旦出現(xiàn)任何差錯，將引發(fā)嚴重的環(huán)境災(zāi)難，成為環(huán)保敵人——首先，收集海水中的氣體是十分困難的，海底可燃冰屬大面積分布，其分解出來的甲烷很難聚集在某一地區(qū)內(nèi)收集，而且一離開海床便迅速分解，容易發(fā)生噴井意外。更重要的是，甲烷的溫室效應(yīng)比二氧化碳厲害10至20倍，若處理不當發(fā)生意外，分解出來的甲烷氣體由海水釋放到大氣層，將使全球溫室效應(yīng)問題更趨嚴重。此外，海底開采還可能會破壞地殼穩(wěn)定平衡，造成大陸架邊緣動蕩而引發(fā)海底塌方，甚至導(dǎo)致大規(guī)模海嘯，帶來災(zāi)難性后果。目前已有證據(jù)顯示，過去這類氣體的大規(guī)模自然釋放，在某種程度上導(dǎo)致了地球氣候急劇變化。8000年前在北歐造成浩劫的大海嘯，也極有可能是由于這種氣體大量釋放所致。

　　一、什么是“可燃冰”

　　這種看起來像冰霜的物質(zhì)叫“可燃冰”，學名叫“天然氣水合物”，因為主要成分是甲烷，因此也常稱為“甲烷水合物”。在常溫常壓下它會分解成水與甲烷，“可燃冰”可以看成是高度壓縮的固態(tài)天然氣。“可燃冰”外表上看它像冰霜，從微觀上看其分子結(jié)構(gòu)就像一個一個“籠子”，由若干水分子組成一個籠子，每個籠子里“關(guān)”一個氣體分子。目前，可燃冰主要分布在東、西太平洋和大西洋西部邊緣，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男履茉矗�但由于開采困難，海底可燃冰至今仍原封不動地保存在海底和永久凍土層內(nèi)。

　　二、“可燃冰”是如何形成的呢？

　　可燃冰由海洋板塊活動而成。當海洋板塊下沉時，較古老的海底地殼會下沉到地球內(nèi)部，海底石油和天然氣便隨板塊的邊緣涌上表面。當接觸到冰冷的海水和在深海壓力下，天然氣與海水產(chǎn)生化學作用，就形成水合物。科學家估計，海底可燃冰分布的范圍約占海洋總面積的10%，相當于4000萬平方公里，是迄今為止海底最具價值的礦產(chǎn)資源，足夠人類使用1000年。

　　“可燃冰”的形成有三個基本條件：首先溫度不能太高，在零度以上可以生成，0－10℃為宜，最高限是20℃左右，再高就分解了。第二壓力要夠，但也不能太大，零度時，30個大氣壓以上它就可能生成。第三，地底要有氣源。因為，在陸地只有西伯利亞的永久凍土層才具備形成條件和使之保持穩(wěn)定的固態(tài)，而海洋深層300－500米的沉積物中都可能具備這樣的低溫高壓條件。因此，其分布的陸海比例為1∶100。

　　三、人類如何開采、利用“可燃冰”？

　　開采方案主要有三種。第一是熱解法。利用“可燃冰”在加溫時分解的特性，使其由固態(tài)分解出甲烷蒸汽。但此方法難處在于不好收集。海底的多孔介質(zhì)不是集中為“一片”，也不是一大塊巖石，而是較為均勻地遍布著。如何布設(shè)管道并高效收集是急于解決的問題。

　　方案二是降壓法。有科學家提出將核廢料埋入地底，利用核輻射效應(yīng)使其分解。但它們都面臨著和熱解法同樣布設(shè)管道并高效收集的問題。

　　方案三是“置換法”。研究證實，將CO2液化（實現(xiàn)起來很容易），注入1500米以下的洋面（不一定非要到海底），就會生成二氧化碳水合物，它的比重比海水大，于是就會沉入海底。如果將CO2注射入海底的甲烷水合物儲層，因CO2較之甲烷易于形成水合物，因而就可能將甲烷水合物中的甲烷分子“擠走”，從而將其置換出來。

　　但如果“可燃冰”在開采中發(fā)生泄露，大量甲烷氣體分解出來，經(jīng)由海水進入大氣層。甲烷的溫室效應(yīng)比CO2要大21倍，因此一旦這種泄露得不到控制，全球溫室效應(yīng)將迅速增大，大氣升溫后，海水溫度也將隨之升高、地層溫度上升，這會造成海底的“可燃冰”的自動分解，引起惡性循環(huán)。因此，開采必須要受控，使釋放出的甲烷氣體都能被有效收集起來。

　　海底可燃冰的開采涉及復(fù)雜的技術(shù)問題，所以目前仍在發(fā)展階段，估計需要10至30年的時間才能投入商業(yè)開采。其實，中國、美國、加拿大、印度、韓國、挪威和日本已開始各自的可燃冰研究計劃，其中日本建成7口探井，期望在2010年投入商業(yè)開采，美國近年也急起直追，希望在2015年在海床或永久凍土帶進行商業(yè)開采。

　　可見，“可燃冰”帶給人類的不僅是新的希望，同樣也有新的困難，只有合理的、科學的開發(fā)和利用，“可燃冰”才會真正的為人類造福。

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