冰下宝藏

康庆玲

世界上储量最丰富、最清洁的化石燃料——甲烷水合物（俗称可燃冰）将成为世界各国竞相研究的勘探对象。

大约十几个看起来很像当地渔民的人，穿着厚厚的外套，正团团围住一个冰孔。冰面上，钢丝绳绞车正小心翼翼地将一根又粗又长的管子放进西伯利亚冰冷的海水里。冰面上的人是俄罗斯科学院西伯利亚伊尔库茨克科学中心海洋研究所的研究人员，他们所寻找的宝藏正是深埋于海水下一种类冰状的白色结晶物质，即甲烷水合物。如果将火种靠近甲烷水合物，这些甲烷水合物会迅速燃烧起来。因此，甲烷水合物也有个生动的名字——可燃冰。据悉，这些可燃冰可能是世界上目前已知最清洁的化石燃料。

研究人员是在暴风雪来临之前赶到这里的，而此时正值冬季，这里已经形成了近1米厚的冰层，为研究海底冰晶体提供了极其理想的条件。今年，他们的努力总算取得了些成效。

在过去数十年间，来自世界各地的科学家们总是不辞辛苦，长途跋涉到俄罗斯的这片荒野之地，而那些急欲了解如何开发利用这些珍贵资源的政府机构也为其提供了强大的经济支持。而如何有效开采这些冰晶体的“比赛”才刚刚开始。无论是哪国胜出，都将控制世界上又一宝贵能源，同时也将重绘世界的能源版图。

神奇“笼子”

在19世纪初，人们首次在实验室里发现了甲烷水合物，其独特的笼型分子结构引起了化学家们的兴趣。其分子结构就像一个一个的“笼子”：由若干水分子组成一个“笼子”，每一个“笼子”里“关”着一个气体分子。

而在实验室之外，甲烷水合物则需要在特定条件下才能形成。有机物进入水体，沉入水底被分解，水底微生物以这些被分解的有机物为生，代谢出甲烷。甲烷这一气体通常会逃逸出水面，但是，在一定水深、高压和低温条件下，甲烷分子或可被“关”进由若干水分子组成的“笼子”里，并固结在海底沉积物中，形成淡灰色的冰球。

如果，人们找到方法将这些“笼子”分解开来，分解出的物质与我们从常规的油井和页岩层中开采出来的天然气无异（甲烷是天然气的主要成分），易燃且无味。

甲烷是一种温室效应极强的温室气体，尽管如此，水合物中的甲烷仍可成为地球上最环保的化石燃料。它在大气中停留的时间相对较短。在同等条件下，甲烷燃烧所产生的二氧化碳比煤和石油少得多，且燃烧后几乎不产生任何灰烬与含汞物质。就算有科学家过分放大了甲烷的其他缺点，但其成为最清洁能源的可能性也不会被降低。

甲烷水合物的蕴藏量极其丰富，远远超过了其他化石燃料之和。根据甲烷水合物全球分布的情况估计，全球可利用的1015～1017立方米的甲烷水合物相当于格陵兰岛冰盖的总体积。据美国地质调查局估计，这些甲烷水合物蕴藏的能量达世界上其他化石燃料储量的2倍之多。

那么，从发现甲烷水合物到现在，这么长时间过去了，人们为什么对这一能源宝藏的开采仍停留在规划阶段呢？理论上讲，从甲烷水合物中分离并提取出甲烷气体很容易，加热或降低压力都会使甲烷水合物像加入到热水里的冰糖一样迅速融化掉。

但事实上，开采可燃冰涉及政治、经济以及输送等复杂因素。其中一个因素，即我们对这一水合物的特性仍知之甚少。原则上说，良好的甲烷水合物赋存条件就是低温高压。然而，要准确定位甲烷水合物的分布还需要进行广泛的测量（包括地震成像等）。而仅仅是发现甲烷水合物还不够，将甲烷从中提取出来也极具挑战性。例如，当甲烷水合物慢慢浮至海面上时，逃逸出的甲烷的体积会膨胀至原来的160倍，足以将任何钻探设备炸成碎片。

未知的经济效益

自19世纪80年代以来，多个政府机构以及科研团体开始研究并勘探起甲烷水合物，但迄今为止，仍没有哪个国家在开采这一新型能源方面取得实质性的进展。因为页岩气、煤、石油等常规化石能源的开采技术早已成熟，这似乎意味着人们没有必要费力研发开采甲烷水合物所需的装备、设施及技术。同时，基于昂贵的开采成本及未知的市场需求，开发利用这一能源也不见得会带来多少经济效益。

不过，在2013年，这一观点被彻底改变。2013年3月12日，火光照亮了位于日本爱知县渥美半岛东南方向约50千米的“地球号”深海钻探船船头。日本国有石油天然气金属矿物公司派出的开采团队成功地从深海可燃冰层中提取出甲烷，这使日本成为世界上首个掌握海底可燃冰采掘技术的国家。

迫于发展需求，急于摆脱对外依赖能源局面的日本显然有足够理由对甲烷水合物进行研究与勘探。前几年，由海啸引起的福岛第一核电站核泄漏事故后，日本核反应堆相继停止运营。此后，日本一直依赖从卡塔尔和文莱的液化天然气进口。2012年，因能源进口猛增，日本出现巨额贸易赤字，于是日本加快了筹划已数十年之久的甲烷水合物开采计划。

在西伯利亚进行的研究帮助其确定了不同类型的甲烷水合物沉积层的地震反射特征。即使分布在海底下数百米深处的沉积物中，通过其特有的声波也可以断定甲烷水合物的分布区域。

随后，开采团队使用常规的方法开采甲烷水合物：首先，将钻探设备放至海底下约1千米深处，随后继续向下钻探约300米，达到岩石层，接着将水从甲烷水合物沉积层中抽取出来以降低其压力，分离出甲烷，并将其提取至海面。

研究人员承认，在开始大规模商业开采甲烷水合物之前需要探索许多未知领域，但他们首次尝试就成功了。在6天的钻探试验中，每天的开采量多达2万立方米，这让他们坚信，他们最快将于2018年开始大规模商业化的开采。

不过，不是每个人都深信这份时间进程表。“他们有丰富的甲烷水合物储存量，但目前还没有必备的钻探设施，在日本领海内也还没有必需的管道设备。”总部设于美国科罗拉多州恩格尔伍德的能源咨询公司IHS的石油天然气分析师巴塞尔·阿斯马尔如是说道。他认为至少还要等20年，甲烷水合物才能带来一定的经济效益。

“新品种”或可扰乱海底生态系统

然而，种类不同的甲烷水合物可能会改变这一进程。 2000年，一艘加拿大远洋渔船在温哥华岛附近“捕获”了一大块奇怪的物体。船员发现渔船“捕获”的蠕虫，竟然被冻结在重量超过一吨的冰状白色结晶物质中，后经证实为甲烷水合物。

这个发现表明，甲烷水合物不只是分布在永久冻土层或海底沉积物中。在一些地方，甲烷水合物会像雪堆一样大量散落在海底、海底附近或湖底。不同于体积小但数量众多的沉积水合物，人们不需要钻探海底沉积物便可以采集这些甲烷水合物，可以轻而易举地将它们“舀”起来。在理论上，这使得它们更容易被转换为可用燃料。

这些水合物引起了加拿大科学家奥列格的关注。奥列格曾参与过西伯利亚的深海钻探计划，证实了在“冷泉”中分布有甲烷水合物。在这些“冷泉”中，会有天然气饱和水从断层中渗透出来。不能确定的是，这些天然气饱和水中是否含有可用的甲烷。2008年，奥列格曾带领一支科考队在贝加尔湖底部开展研究，试图寻找这一问题的答案。

加拿大和俄国科学家共同组成的科考队驾驶着从贝加尔湖研究所借来的科考船，对贝加尔湖不同水深处进行了观察和勘探。在约420米水深处，他们发现了大规模的甲烷水合物聚集：大块大块的冰状白色结晶物质。为了测量其中的甲烷含量，科考队将系有“勺子”的大型管子放入湖中。奥列格说：“在40分钟内，我们便‘舀’起来了近1.5立方米的甲烷。”虽然采集的数量不多，但在场的所有科学家们都异常惊讶，因为他们似乎什么都没有做，只是将水泵打开，然后天然气便开始流动，根本无需进行钻探。

然而，这一做法引起了争议，因为舀取甲烷水合物这一方法可能会带来生态隐患。奥列格认为与钻探相比，舀取方法的成本较低，但在贝加尔湖通过舀取采集甲烷水合物是不可行的，因为舀取会打乱这一世界自然遗产地的生态系统，影响水下生物栖息环境。“世界上应该很难有国家会同意开发海底（湖底）区域。”美国地质调查局蒂莫西·科利特如是说道。

“白金”争夺战

在五六年前，页岩气还仅仅是一种潜在资源，而如今，页岩气已经主导并控制了天然气市场。现在美国国内页岩气开采量占美国天然气总产量的20%，这已经改变了美国与能源出口国之间的关系。甲烷水合物的开采或许也将出现这种情况。

其他国家也相继开始关注甲烷水合物。急于实现能源独立的印度已多次前往西伯利亚进行实地勘探。基于勘察成果，印度发现，在其近海海域蕴藏着约1.9万亿立方米的甲烷水合物。印度果阿国家海洋研究所的艾伦曾于2004年前往西伯利亚，在那儿绘制的地图帮助他们勘查并成功发现了甲烷水合物沉积层。不久后，他加入印度国家甲烷水合物研究项目。在他研究发现的基础上，印度决定在孟加拉湾开始钻探地下沉积水合物。中国和韩国也开始研究和勘探甲烷水合物。

不过，不是人人都将效仿日本开始开发甲烷水合物。由于页岩气勘探热潮的兴起，加拿大、俄罗斯和美国已经缩减了对甲烷水合物开发项目的投资。然而，即使只有一个国家实现对可燃冰的大规模商业开采，那也势必将改变世界的能源版图，届时各国政府将围绕新能源发展的变化展开新一轮地缘政治博弈。

更重要的是，日本可能甚至都不需要对可燃冰进行商业开发，日本实现能源独立这一威胁就足以引发全球连锁反应。有科学家说：“仅掌握可燃冰开采技术就能增强日本在能源市场上的议价实力……如果中东国家知道日本能够成功开采有望成为新一代能源的甲烷水合物，那么，能源市场将会出现大变动。”

目前，极易受影响的全球能源市场形势尚不明朗，一切都可能因两艘正荡漾在西伯利亚那波光涟涟的海面上的俄国科考船而发生改变，它们已准备好随时执行下一个考察任务。