词条 | 甲烷冰 |
释义 | 一. 由水分子所形成的结晶架构正文 1. 介绍甲烷冰 (1). 基本结构 结晶架构中的空隙可以被大小适合的气体分子填充形成天然气水合物,图中气体是为甲烷 甲烷冰俗称可燃冰,是为天然气水合物(gas hydrate)俗称气水化合物,化学式通常以mM·nH20表示(m表气体分子数;M表气体分子;n表水分子数)。天然气水合物是在低温高压时气体分子被笼状结晶架构的水分子包含所形成的冰晶状固体笼晶,所以说在常温常压下天然气水合物会快速分解。自然界产出的天然气水合物90%以上气体分子为甲烷,所以又称为甲烷水合物。甲烷冰外观纯白洁净,是为半透明至不透明状态的结晶,加入油气分子混合,则可得黄褐色或红褐色结晶。 (2). 分布范围 图片来源:美国地质调查所 因为天然气水合物受限於温度、压力、水和气体组成,需要大量甲烷气供应地等,所以说天然气水合物多局限分布在极区永冻层、深水区中堆积、沉积速度快等有大量沉积物且富含有机物的区块。全球中在深海区大陆棚边缘水深500至3000m海域的地区,少数大陆内海和湖泊等都有天然气水合物的蕴藏。 图片来源:Kevenvolden,k A. and B.W. Roger, Marine and Petroleum Geology, 22(4),579-590,2005 a. 如何测得 目前科学家常藉由岩心或气体样品、海底仿拟反射、电测、海底气体喷柱、岩心孔隙水的氯离子浓度异常低等指标来确定天然气水合物的存在地。 b. 如何取得 全球利用钻井技术开采天然气水合物,而台湾目前则使用人工技术合成天然气水合物。而从钻井到生产平台,天然气水合物是利用管线或容器来运输或储存成气态或液态天然气,然而固态天然气水合物将是未来储存运送的另外方式。 2. 探讨全球各国对甲烷冰的开发与研究 为了舒缓能源危机,世界各国积极寻找可利用的新能源,其中,甲烷冰已获得许多国家的注意,除台湾外,尚有中国、日本、印度、美国、德国、法国等10个国家,以下是针对亚洲区域一些国家对甲烷冰的开发: 一. 日本 日本是个能源十分缺乏的岛国,几乎所有能源包括石油、天然气等皆须由外国进口,但在最近这几年,在沿海大陆棚发现了甲烷冰,且蕴藏量甚只居全球前三名。日本对甲烷冰的研究进度可说是全球第一的,在2001年,日本经济产业省,产业技术综合研究所(ATST)、石油天然气和金属矿产公司联合进行<甲烷天然气水合物研究及开发推进初步计划>,其中ATST为以上计划做了不少准备,就是为了有朝一日能将甲烷冰商业化开采,使日本成为世界能源大国。 二.印度 和日本一样,印度也是个缺乏石油的国家,可它也在印度洋发现了可供利用的甲烷冰,印度科学和工业委员会制定了<全国天然气水合物研究计画>在印度对甲烷冰开采跃跃欲试的同时,许多欧美科学家对此举感到十分忧心,因为比不上资金充裕的日本,资金短缺的印度也许会在一开采甲烷冰的过程中,流失到大气的甲烷造成比二氧化碳更严重的温室效应。 三.中国 除印度和日本外,中国也陆续影响许多欧美国家(像是挪威、德国)一起联手准备研究开发甲烷冰(中国称之可燃冰)。据报导总理温家宝说:「中国自改革以来能源水准仍有待提升;经探测发现,中国东海东南部和南海中难补身海底可能蕴藏大量甲烷冰,与德国某研究所更在南海展开对可燃冰的研究,现金,此项研究进入了实验开发阶段,若能成功未来发展不可限量」 除上述几个亚洲国家外,欧美各国,譬如:美、德、加等,均不遗馀力勘查国内的甲烷冰以期望能成为下世代的先能源,西伯利亚的冻原冰层也被探查出蕴含甲烷冰,可如何顺利自深海和冻土开采而不破坏生态环境是各国最需烦恼的问题 3. 针对台湾附近地区的甲烷冰 (1).台湾海域甲烷冰分布 2002年,台湾在国科会补助计画的震测调查中,首度确认高雄外海至东沙岛附近的西南海域岩层,存有甲烷水合物的徵兆,所以经济部、中油公司、海洋大学等20几个产官学代表,在该年举办的「21世纪海洋新能源——天然气水合物」研讨会中,共同研究探讨甲烷水合物的未来发展。 根据经济部中央地质调查所的资料,目前台湾西南海域蕴藏的天然气替代能源应在五千亿立方公尺以上,十年後可望量产,以目前国内天然气年使用量七十亿到八十亿立方公尺计算,全部开发可供应台湾使用六十五年,产值约达五兆元。 (2).台湾甲烷冰的发现 早在民国八十年左右中油公司就已经根据海域震测资料分析发现,台湾西南海域有天然气水合物存在的徵兆。并从九十三年开始推动「台湾西南海域天然气水合物赋存区调查研究」计画,调查高雄恒春外海面积约一万平方公里的深水海域。 利用海研一号研究船及两年多来收集的震测资料、海洋底水与海床沈积物资料分析,发现高雄-恒春外海水深五百至两千五百公尺海域,普遍有海底仿拟反射信号的出现,此为天然气水合物赋存的有效指标,也显示海床下天然气水合物赋存层底部位置或厚度。 「天然气水合物」被放置在高压容器内保存,看起来呈冰状结晶体。 为进一步瞭解台湾西南海域天然气水合物储存区的天然气水合物分布与其地球物理与地球化学特性,经济部中央地质调查所於2004年开始推动为期四年的「台湾西南海域天然气水合物赋存区地质调查研究」,并分「地球物理调查」与「海域地质调查与地球化学探勘」两大计画来执行。 由於深海钻井费用较高,且必须与国外钻井船合作,迄今尚未在西南海域进行深海钻井取样,故未直接取得天然气水合物标本。目前已在高雄-恒春外海深水区,选出几处适合钻井的区位,一俟钻井经费有著落,即可展开科学钻井。 (3).台湾甲烷冰的采集 现今国际上使用两种方式采集天然气水合物,一种是将地底的冰状结晶体溶化,再收集甲烷气体,另一种则是利用可深入海底三千公尺的无人遥控探测船,利用机器手臂和高解析度的摄影机进行记录采样,以避免造成海床下沈或海啸等情形。 虽然台湾的科学家碍於设备及研究经费不足,无法自行研究,但在和日本的深海遥控探测船合作下,目前台大教授林晓武、刘家瑄、杨灿尧、林立虹、成大教授黄奇瑜、中央大学教授古佳豔等六名学者,已在台湾西南海域成功取得「天然气水合物」冰晶体采样。 (4).台湾未来发展 台湾目前虽然还没有相关的开采技术,但是像台湾经济海域内有大量蕴藏量且出入便利的地点不多。因此未来可能比照国际上石油公司合作探勘石油的模式,让有兴趣且有技术的国家加入研究开采的行列,一方面提升我国相关技术能力,一方面共同分享产出的天然气。创造出「合」气生财、促进能源国际合作的好机会。 国科会与经济部也将以跨部会合作方式,透过执行一般研究计画及能源科技计画,支助我国学者进行天然气水合物的研究工作,并鼓励透过国际合作的方式把台湾西南海域的天然气水合物研究推到国际天然气水合物研究的舞台上。 |
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