什么是可燃冰(什么是可燃冰可燃冰的形成条件是什么)

导语：什么是可燃冰？

与天然气的化学成分类似，可燃冰的“可燃”部分主要是甲烷，“不可燃”部分则是水。那么，可燃冰长什么样？将部分可燃冰样品放置在电子显微镜下，顺带发挥科研人员丰富的想象力，便可知晓其庐山真面目。

根据下图可知，在微观世界里，可燃冰实则由一个又一个紧挨着的“笼子”组成，我们称之为晶胞，每个“笼子”由20个水分子通过氢键注1相互连接构成，而“囚徒”则是1个甲烷分子，因此可燃冰狭义上也成为甲烷水合物，化学式是CH4g20H2O，而广义上的可燃冰，“囚徒”可能是氮气、氧气、乙烷、丙烷等分子。

远古时期，大量有机动植物掩埋在地下，经过数亿个春秋，方才重见天日，然后它们早已面目全非，变成了石油、煤炭、天然气等。与天然气类似的可燃冰的形成条件却十分“亲民”，只需三个基本条件：第一，要有气源（甲烷），第二，温度介于10~-10摄氏度之间，第三，压力适中，例如在0摄氏度的条件下，需要30个标准大气压。因此，可燃冰在地球上分布甚广，遍布90%的海域以及27%的陆地，尤其在远洋深海以及陆地的永冻层，储存量更是十分惊人，据估计，可燃冰的含量约为全球所有化石能源的2倍。

目前，成熟的开采方案有5种，其中热解法、降压法操作十分简单，只要有火源便能加热（通常采取电磁加热、核辐射加热），将可燃冰暴露于空气中便能降压。置换法可谓一箭双雕，由于二氧化碳的相平衡条件注2低于甲烷的流体，可置换出并代替“笼子”里的甲烷分子，此法不但可以开发甲烷，还能固碳，减少大气中的二氧化碳。化学试剂注入法则是给可燃冰注入大量的水合物抑制剂（甲醇、丙醇等），提高其相平衡条件，从而造成“笼子”破裂，释放出甲烷，此法成本极高，抑制剂还会造成环境污染。综合法，顾名思义，灵活混用以上4种方法进行开采。

可燃冰大有替代传统化石能源的趋势，为何至今仍未商业化？开采容易收集难。平均每1立方米的“冰”可分解成164立方米的天然气和0.8立方米的水，由于气相膨胀，在开采过程中，目前无法避免部分甲烷逃逸，进入海水会发生氧化作用，消耗海水的含氧量，对海洋生态带来危害。

若逃逸到大气中，在等体积的情况下，甲烷的温室效应约为二氧化碳的25倍，已探明的可燃冰甲烷含量约为大气甲烷含量的3000倍，假设约有1%的甲烷逃逸，理论上，大气的甲烷含量将增加30倍，其带来的温室效应将是灭顶之灾。可幸的是，甲烷在大气中的寿命为12年，此后便分解，因此目前适量开采可燃冰未尝不可。更可怕的是，大陆架的可燃冰一旦被开采，其岩层结构发生改变，重则导致大陆架坍塌、海啸等自然灾害。

纵使前方荆棘遍布，科学家们也会义无反顾，一旦开采技术成熟，可燃冰将会彻底改变世界能源格局。

注解：

1. 氢键之间的力较弱，因此“笼子”不稳定，一遇到高温低压，氢键便会断裂，“笼子”破裂，甲烷逸出;

2. 相平衡条件：本文指的是温度、压力平衡，二氧化碳熔点（凝固点）高于甲烷.

参考文献：张旭辉、鲁晓兵、刘乐乐《天然气水合物开采方法研究进展》.

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