科技觀察|可燃冰中國試採點火成功,科技創新機遇迎來自信爆棚

能源 核技術 石油 新能源 創新炎黃 2017-05-21

中國可燃冰試採成功的意義,除找到石油的替代能源外,也協助找回了中國科研自信力

大飛機著陸,航母下水,天舟上天,量子計算初試之後,今天再次迎來了中國人帶給人類的大禮--人類新型化學能可燃冰可持續工業開採工藝。面對這樣的成功,至少中國可以不用再擔心,五十或一百年地球石油燒完後,人類只有吃生米了。

前些時間與一位資深老專家交談時,他感慨地說,中國科研創新缺少的不是智力,而是敢於創新的自信。面對中國人類創新科技的發佈他舒心地說了一句話,讓筆者格外動容--“中華民族科學創新自信時代來臨了”。

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可燃冰工業開採成功的意義:未來人類頂替石油的新能源

當然這可燃冰的試採成功,也不僅僅中介增長了我們中國科研人員的自信心,在人類“核聚變小太陽”近數十年內不能規模投產的話,可燃冰將成為石油天燃氣枯竭之後的唯一可替代能源。實際上中國科學家在能源危機的思慮中,在人類未來終極能源“人造小太陽”的研究同樣走在世界各國的前列,只不過遠水解不了近渴,可燃冰是解決人類近100年能源枯竭燃眉之急的替代品,當年只能解決一兩百年的燃眉之急。未來附人造太陽之外,還需要了現其它的能源。

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圖示:終級能源“核聚變人造太陽”與石油替代能源“可燃冰”

可然直接作為燃燒能源,比如熱電應用,生火做飯,肯定可以簡單加工即可。但是要使用了汽車、飛機、輪船之類的設備,我們人類還有很多問題需攻克,至少一套可燃冰安全產品的工業生產體系還需要重新建設或利舊改造,至少也是十年以上的功夫。

回頭繼續講講老專家的談話吧。他繼續說到了舊中國科技他信的起因:他說由於我們中國清朝後期長期閉關鎖國,讓人類現代科技起步之際,錯過同步發展竟爭的時機。輸在近代科技竟爭的起跑線後,舊中國的國民也好,大學科研機構也好,大多將研究轉向中國“傳統科技”的研究。而現代科技產品,包括當時的洋槍洋炮都只敢從國外購買,而不相信自己造的比別國的好。就這樣實實在在的,我們舊中國國民心理產生了一種科研自卑心理,很多創新性技術研究在舊國民心中被神祕化,不敢去想不敢去推廣使用自己的創新成果。

現在,就是這樣直接解決人類能源危機燃眉之急的“千年科技”的成功,對於我們中華民族科研自信心的提升,那也將是千年大功了。

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圖示:當年魯訊大聲疾呼“國人要自信”,今天我們的自信正在回來

當時這種科學家自卑心理甚至影響到對於已經研究成功的設備,卻懷疑其可信性、可用性而不敢於推廣使用。其中運10飛機就是一個心痛的案例;中醫科學雖然伴隨中華民族一路健康走來五千年,可是今天還有很多認可中醫是偽科學?

中國創新的成功為人類做了貢獻,也為我們儲備了產業的先發優勢。與此同時,這些由中國自己的發明,更讓我們自己揚眉吐氣,有了科研的自信。這樣的自信伴隨一批批中國人自己科研成果的發佈,我們對自己的傳統文化的自信也正在不斷回升。有了這種創新自信,中國人的創新潛能就能不斷暴發。我們就有信心敢於去揭開那些改變人類前途危機的大發現!

中國在短短几年內,新一代大飛機從無到有,國產航母從學習到建成下水,量子衛星上天,太空航天空間站“天宮號”初建......中國14億人的新頭腦還能發現多少別人沒有發現的知識與未知世界呢?今天則又有研究團告訴大眾,已經研究幾十年的可燃冰能源,中國又可以自採了。這樣的創新大潮下,國人的科研自信不迴歸都難。

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圖示:可燃冰作為石油替代品的優點說明

可燃冰(天然氣水合物),是指自然界在低溫高壓環境下所形成的一種富含甲烷氣(俗稱沼氣)的冰狀物,其外觀就像冰塊一樣,學界稱為天然氣水合物。由於自然界產出的天然氣水合物,所包含的氣體分子以甲烷為主,故又稱為“甲烷水合物”。

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圖示:中國可燃冰試開採平臺“藍鯨1號”

我們中國這次試採成功是人類歷史上第一次成功可燃冰的採礦成功。而這次可燃冰試採成功其更大意義在於,這份礦樣是來自於資源量全球佔比90%以上、開發難度最大的泥質粉砂型天然氣水合物(可燃冰)安全可控開採,這樣的試採成功更為人類實現天然氣水合物商業性大規模開發利用提供了技術儲備,積累了寶貴經驗。

中國可燃冰深海自採成功的工業意義:我國可燃冰開採技術領跑世界,我國可燃冰產業化搶到了時間優勢

首先說燃燒值,1千克的某種燃料完全燃燒放出的熱量叫做這種燃料的燃燒值。可燃冰的主要成份甲烷的燃燒值為“55625KJ/kg”,現行汽油的燃燒值“44000kJ/kg”,可燃冰的燃燒值只是汽油的1.26倍。有報道說“中國首次海域可燃冰試採成功,燃燒能量超石油數十倍”,那應該是指可燃冰在地球上儲裡極大。

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圖示:佔據地球四分之三以上表面的大海里可能到處都能找到“可燃冰”而且還在與日聚增

如同人工沼氣一樣,甲烷通過有機質發酵短期就可以形成,卻不象石油需要幾十萬年才能形成。人類壽命多隻在百年以內,石油估計50至100年內消耗殆盡,沒能源的地球會是怎麼樣子的呢?而且給我們的時間不多,只有五十到一百年。而在此時,可燃冰的成功深海自採當然就為人類又爭取了百年以上的研究終級人造太陽的時間。從這個角度,這樣的發現更多在於為人類貢獻,而非只是我們中華民族。這樣的發明更為我們中華民族的“中國方案”增加了無窮色彩。

地球上表面絕大多數都是水域,海水覆蓋了地球四分之三以上的面積,而這些水域下到處都有長時間富積的大量冰狀物甲烷。更主要的是這些甲烷還會在海底不斷富積。

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圖示:可燃冰(甲烷現狀分析圖)

對於技術專家而言,經過近20年不懈努力,我國取得了天然氣水合物勘查開發理論、技術、工程、裝備的自主創新,實現了歷史性突破。我國成為全球第一個實現了在海域可燃冰試開採中獲得連續穩定產氣的國家。天然氣水合物是資源量豐富的高效清潔能源,是未來全球能源發展的戰略制高點。而重大產業意義還在於:其中可穩定產氣是科技的關鍵所在。

“南海北部神狐海域的天然氣水合物試開採現場距香港約285公里,採氣點位於水深1266米海底以下200米的海床中。自5月10日正式出氣至今,已累計產出超12萬立方米,甲烷含量高達99.5%的天然氣”。12萬產立方米的產量足以說明我們科研人員所掌握開採技術的工業化水準。

而對於經濟專家而言,那就這可燃冰的大量出產,對推動能源生產和消費革命具有重要而深遠的影響。對於人類學家而言,他們不需要擔心未來百年後人類沒有能源去分享現代科技給人類的快樂。

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圖示:我國全球首次試開採可燃冰成功點火,合在手上就可點燃

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圖示:可燃冰的形狀

可燃冰因絕大部分埋藏於海底,所以開採難度十分巨大。大氣中也有少量甲烷,但海域中的甲烷儲量是大氣中的3000倍。目前,日本、加拿大等國都在加緊對這種未來能源進行試開採嘗試,但都因種種原因未能實現或未達到連續產氣的預定目標。此次試開採同時達到了日均產氣一萬方以上以及連續一週不間斷的國際公認指標,著不僅表明我國天然氣水合物勘查和開發的核心技術得到驗證,也標誌著中國在這一領域的綜合實力達到世界頂尖水平。後續的可燃冰產業鏈我們中國企業已佔據了先機。

天然氣水合物的試開採一直是一項世界性難題。2013年日本曾嘗試進行過海域天然氣水合物的試開採工作,雖然成功出氣,但六天之後,由於泥沙堵住了鑽井通道,試採被迫停止。那我們中國科研人員又使用了什麼技術呢?

我國科學家利用降壓法,也就是將原海底原本穩定的壓力降低,從而打破了天然氣水合物儲層的成藏條件,之後再將分散在類似海綿空隙中一樣的可燃冰聚集,最後利用我國自主研發的一套水、沙、氣分離核心技術最終將天然氣取出,我們得到了天燃氣。

可燃冰有什麼用處呢?

可燃冰是天然氣和水結合在一起的固體化合物,外形與冰相似。由於含有大量甲烷等可燃氣體,因此極易燃燒。同等條件下,可燃冰燃燒產生的能量比煤、石油都要高。除了會產生部分二氧化碳氣體以外,就是水了,當然也可能還有部分雜質氣體。

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國示:這幅圖不能說明任何問題,氣體與液固態來比較是多餘

可燃冰主要具體工業用途:

(1)燃料——天然氣的主要成分是甲烷,可直接用作氣體燃料能源。當然可以供應各種車船使用。

與此同時還可以反向合成汽油使用。這也是國家正在實施的“煤制油”一部分工藝。

(2)化工原料——甲烷高溫分解可得炭黑,用作顏料、油墨、油漆以及橡膠的添加劑等;氯仿和CCl4都是重要的溶劑。

此外,以甲烷氣為基礎同樣可以合各式各樣的工業化工原料,現生產出塑料橡膠製品等等。

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圖示:隨石油不斷減少,甲烷工業逐步取代石油工業體系

可燃冰開採的風險也存在?

可燃冰使用前景廣闊,但同時也存在風險。據估算,全球海底可燃冰的甲烷總量大約是地球大氣中甲烷總量的 3000 倍,如果開採不慎導致甲烷氣體的大量洩漏,將可能引發強烈的溫室效應。如何安全、經濟地開採可燃冰,並且從中分離出甲烷氣體,依然是目前各國研究和利用可燃冰的核心難題。

不過,我們還有幾十年時間來研究優化我們的開採技術,可燃冰終將為人類的繁衍做出不可少的貢獻!

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