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2017年4月12日    
张洪涛:我国天然气水合物发展前 景
2011-07-13 00:00  

由科学技术部国际合作司主办、由中华国际科学交流基金会承办的“首届中国科技创新国际论坛”于2007年9月15-16日在北京友谊宾馆举行。本届论坛的主题为“新能源技

术创新与政策扶持”。新浪财经独家图文直播本次会议。以下为中国地质调查局副局长、总工程师张洪涛博士做《我国天然气水合物》主题演讲。

张洪涛:各位专家,大家好!非常荣幸今天给大家汇报这次工作。我今天报告的题目是《中国天然气水合物》。我的报告一共分为四个部分,第一个部分是“天然气水合物

——人类的优质新能源”。

在正式开讲之前,我给各位代表展示一个表格,大家从表格上可以看到,各个国家主要的石油、天然气、煤炭等自然资源的储量。最近全球在议论后石油时代怎么办。那么石油时代到底

能够持续多少年?作为地质学家我们拿储量说问题。从表格上可以看到,全球储量最大是沙特阿拉伯,它是第一。石油剩余储量,我们有一个近代年限,全球还可以用41年,如果我们考虑到

科学技术的发展,还有很多领域没有发现,有待我们发现,到底还能够延长多少年,看法也是不同的。如果说我们非常乐观地说,再加一倍,那也不足一百年,今后人类到底用什么能源?特

别是越来越多的汽车,离不开汽油的情况下怎么办。另外这张表上还可以看到中国目前剩余的石油可采储量占全世界第12位。中国石油剩余可采储量只是沙特阿拉伯的十分之一不到。换句话

说,沙特阿拉伯这样的石油巨头或者说石油大国都在考虑石油后时代的问题,那么作为我们中国更应该防患于未然。我把这张表给各位展示一下。

最近大家在讲一百多年前发现天然气水合物,全球都在争夺这个资源,都在研究这个资源,都在探勘这个资源。都在想尽办法提前研究开发天然气水合物的开发技术。什么是天然气水合

物?老百姓叫可燃冰,它是一种冰,样子像冰雪块一样,它最大的特点是可以烧,直接用一根火柴可以点燃。

天然气水合物到底在哪里?赋存条件是什么样的?首先它是和水分子共同构成的结构,温度是10到0度,压力大于180,这里是mpa,大多数在海底,水深有一定的要求,海水是三百到两

千米。不仅仅在海底,在海底往下几百米沉积层里存在。另外像中国的青藏高原、大兴安岭有永久的冻土带,也会生成天然气水合物。

天然气水合物分子结构非常复杂,最常见是甲烷水合物,就是46个水分子包围了8个甲烷分子。还有是乙烷,还有复杂结构的大分子。天然气水合物到底存不存在?全球很多国家通过研

究以后已经取到样品。有块状的,有脉状的,还有分散状的。虽然分散状看上去不多,但是含量最丰富。最近中国找到的实物样品,就是第三种分散状的。

刚才徐锭明主任展示了一张图,就是天然气水合物分布在什么位置,都在大陆坡,是116处,海域是98处。

天然气水合物的特点是储量巨大,埋藏比较浅,能量密度高,分布集中,分布范围非常广,现在世界上公认天然气水合物有机碳的含量是世界上已经发现的化石燃料的两倍。大家知道石

油、天然气和煤都属于化石能源,都是古代的生物死亡以后沉积在地底形成的。现在天然气水合物认为是这些能源总量的两倍还多。它的资源量,国外专家认为可以满足人类一千年的需求,

所以全球的眼光就盯着未来能源。

天然气水合物的热效能特别高,一个立方米的甲烷水合物可以释放出164倍的甲烷,还有少量的水。对于这么一个资源,全球非常重视,研究和勘察非常积极。像美国目前在佛罗里达州

的浅海岸高达350亿吨油当量,能够满足美国未来105年的需要。加拿大仅仅在温哥华岛外海域估计有100亿吨的油当量,可以满足加拿大未来200年的需要。日本在四国岛南部发现有74亿吨,

可以满足日本未来140年的需求。我国在300万平方公里的管辖海域和一部分的冻土带蕴藏丰富的天然气水合物资源,资源量非常可观,我们现在正在进行计算。我国台湾主流媒体报道,在台

湾岛的西南海域有一万平方公里的海域里,它的天然气水合物可以供台湾使用60年以上。

天然气水合物的课题提出来,全球就在讨论天然气水合物的发现是福音还是灾害?大多数认为天然气水合物的出现是好事,同时它也是一个双刃剑。目前有三个问题不清楚,第一,天然

气水合物形成的机理、成藏理论及分布规律,至今尚无成熟的理论。第二,它的主要成分是甲烷,它的含量是大气中甲烷量的三千倍,如果开发不当,有可能引起海平面剧烈变化、海底地壳

变形以及全球气候变暖等负面效应。第三,海底开采技术极为复杂,天然气水合物的温压变化、海水气化、深海钻探、海底运输、水下电缆、海底生物物种保护等等,还有很多技术难题需要

我们解决。因为难就不解决了吗?就是因为需求再难全球也要对天然气水合物进行战略性研究。

第二个部分是全球勘查开发方兴未艾。从历史上讲,我们是1810年发现的,到了1934年的时候,它堵塞天然气管道,又对它进行研究,但是没有把它利用起来,也没有考虑利用它。到

1969年开始全球性勘探、研究、开发。到2002年开发,天然气水合物开发形成一个比较强烈的态势。

在1778年和1881年,英国化学家在实验室合成,那是人工的。在1934年的时候,前苏联发现在西伯利亚输气管道里有天然气水合物,它堵塞了管道,影响天然气输送。到1946年的时候,

苏联科学家暗示永久冻土带内存在天然气水合物气田。到六七十年代,正式对西伯利亚冻土带进行评价。到1969年对西伯利亚打钻,发现第一个天然气水合物气田。1987年载人深潜器首次发

现样品。1995年,美国地质调查局对此进行勘察。加拿大1992年在冻土带进行取样。1994年开发成功。德国是研究的最好,在90年代以来,上个世纪德国牵头对东太平洋、西太平洋进行勘探

。日本在1995年到1999年投入6400万进行南海海槽区,日本制定五年计划,1998年参加了加拿大的合作勘探。1999年到2004年钻探取样,最成功是在2002年取到水合物样品。

跟中国一样的第三世界印度,从2001年到2005年投入5600万美元,对印度洋进行勘探,去年正式打钻,打了32个钻,39个孔,其中有一个孔取到天然气水合物样品。照片显示了他们的样

品。图上红点是取到样品的地方。

我们的近邻韩国从2000年开始,高度重视这项工作,2005年启动十年计划,在中国今年我们取得样品之后的一个月,我们是5月1号取到的,韩国在6月12号也成功取到了样品,他们更是

雄心勃勃,提出2005年要进入商业性市场。

我们国家台湾租用了日本的机器人,在东沙海域取到了甲烷气体,回去变成天然气水合物。所以照片里烧杯里是用气体跟某些其他物质混合,等于是还原成水合物,我们跟他们有交流。

而且在冷泉口发现白色螃蟹,这个螃蟹是跟水合物共生的,水合物在哪儿,小螃蟹跟到哪儿,它吃水合物的。

我汇报的第三个方面中国科学计划取得重大进展。

中国什么时候起步的?中国是在上个世纪90年代初起步的,当时有中科院、有原来的地质矿产部,还有很多大专院校,积极收集信息,开展前期研究,有些公司也开始进行了合成的实验

。1996年,原地质矿产部首次设立两个科研项目,一个是对“西太平洋天然气水合物找矿前景与方法调研”,第二个是“中国海域天然气水合物勘测研究”。前一个是

理论,后一个是方法。1998年国土资源部成立,启动了南海北部陆坡天然气水合物资源勘探,这个工作才真正开始起步。1999年到2000年,发现了一系列天然气水合物的标志。2002年到现在

,国家发改委开始支持这项工作,全面进行了勘察,但是仍没有取得实物样品,其他所有证据都找到了。而且外国科学家对我们来说,你们55%是已经找到了,但是没有技术把它取出来了。所

以在2002年德国的太阳号,有一个科学家修斯,被称为全世界水合物勘探之父,我们一起在南海奋战两个航程。这是航区的图。他带来了14位科学家,我带领14位科学家,中德两国一共28位

科学家去采样去了。由于中国海底地质情况特别复杂,最后把仪器弄坏了,没有取上。但是其他证据更加确凿。

这是我们取到的像鞋子一样,实际是贝壳类。这是和水合物有关的壳类标本,这是碳酸化石壳,喷出来跟海水一反应,形成一块块硬壳。这一块标本已经正式赠送给中国地质博物馆进行

展示。这是我们在水下发现跟碳酸盐介壳一起专门吃甲烷的细菌,已经鉴定出好几个。在2004年,我们在一个样品中找到一个样品,它很冰、很冷,不断冒泡,我立即收集泡样到船上化验,

结果是出来的泡全部都是甲烷。

当时只是取到了融化的样品、冰状的样品,所以国土资源部的领导和更高层的领导说不算,必须拿到冰才算。我们压力很大了。总共我们出动六艘调查船,实现18个航次,今年攻坚一战

。4月份到5月18、5月19到6月12,租用了辉固公司的一条船,进行了钻探。确认我国海域确实存在丰富的天然气水合物,确认它的层断,水深是1105到1245米,海底往下打了200米上下,水合

物饱和度接近50%,甲烷含量在船长化验是99.7%到99.9%,都是纯度特高的。我们有一套实验装置模拟的,确认了我们国家是美国、日本、印度之后,第四个通过国家级研发计划采到水合物实

物样品的国家。当然一个月以后,韩国第五个采到。他们宣布说我们继中国之后第五个采到,他们一直跟中国竞赛,就是比我们晚一个月。

这是刚才多次展示过的空白带。绿颜色是打钻点、钻位,这是三维模型。这是船上的化验结果。黑的一段就是冰,突然从18度、19度一下到14度它就变成了冰。这是沉积物的样本,不断

冒出来,气的含量是百分之二十多到百分之四十八。这是我们和英国一起收集的样品。当时测试它的温度。我们立刻把它投入到水里快速融化。我们通过一种装置把里边的气体收集上来当场

燃烧。这位就是英国人。

最后两句话,第一句话是展望。天然气水合物的条件是低温高压,有三种办法,天然气水合物的勘探和开发利用一定要做到三句话。第一句话技术上切实可行,第二句话经济上有利可图

,第三句话环境上不能有害。刚才很多国家提出2015年进入商业性市场,我个人认为不太可能,我跟他们交流,尽管他们很积极,但是技术上约束比较大。我估计大概全球能够正式进入商业

市场大概在2030年。近期全国化石能源太紧张了,所以天然气水合物的研究、开发和利用将会加快。

引用美国专家的话。他叫迈克尔,他说“天然气水合物将可能改变现在的地缘政治模式,美国、日本、印度等国家可能实现能源自给。这一事件强烈影响着国际事务及对外政策

…现存的世界能源贸易将彻底改变。”这就是我们对未来新能源天然气水合物的思考。

(来源: 课题组)

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