大科学装置“助力”可燃冰生态安全开发

 
 
大科学装置“助力”可燃冰生态安全开发  
 

中国南海神狐，86.14万方立方米气体从海底1225米的深处喷涌而出。海面之上跳跃的蓝色火焰正在“唤醒”来自深海的巨大能量。

这个能量就是俗称“可燃冰”的天然气水合物。日前，我国海域的天然气水合物第二轮试采取得了圆满成功。

可燃冰中蕴含着储量巨大的天然气资源，作为未来的战略性清洁能源，美国、韩国、日本等诸多国家将可燃冰开采与基础技术研发纳入了其国家能源战略规划。然而，这个大自然赋予的“福音”，同时被认为是生态破坏的“恶魔”，这也成为其时至今日尚未实现大规模开采的重要原因之一。

“天然气水合物已被列入了我国第173个新矿种和战略新兴产业目录，成为了我国的重要新能源战略，我国提出了在2030年实现商业化开采。在此之前，我们必须尽早摸清环境本底、掌握生态规律、预测开采趋势，回应‘可燃冰开采会造成全球性生态灾难’的质疑或炒作。”海洋生态工程专家、中国工程院院士张偲告诉《中国科学报》。

深入研究生态灾害

天然气水合物是由水分子和客体分子（甲烷为主）在合适的温度压力环境下形成的类冰状化合物，它通常在特定的高压、低温条件下形成并稳定存在。因其外观像冰，遇火可燃，被称为“可燃冰”。

据估算，世界上可燃冰中含碳总量是地球上煤、石油、天然气等化石燃料中含碳总量的两倍，被誉为21世纪极具前景的接替能源。

然而，当受到外界扰动，温度和压力条件突破天然气水合物稳定存在的相平衡条件时，会发生分解产生气态甲烷，而甲烷的温室效应是同质量二氧化碳的20多倍。

目前，国际社会普遍关切，一旦开采不当是否可能会导致可燃冰分解释放大量甲烷进入海洋与大气，进而导致海水氧枯竭、海水酸化、生物死亡，或引发全球性气候变暖等生态灾害。

张偲表示，在可燃冰开采过程中，长效的生态影响是全球最受关注的前沿科学领域，但这样的基础研究却鲜有开展，“目前还主要聚焦于与开采工程直接相关的环境变化的控制研究”。

据相关研究报道，1912年贝加尔湖南部发生的地震导致三次水下喷发，每次喷出几俄丈高的水柱和大量的气体，并导致底栖于深处的贝加尔油鱼和其他鱼类大量死亡。后来在湖底发现了大量的可燃冰，科学家推测可能是地震导致地下压力释放，诱发可燃冰分解，大量流体释放而喷出水柱。

此外，可燃冰开采还可能会给海洋工程带来一定影响。研究表明，海底可燃冰存储层大多由于没有完整的圈闭构造和致密盖层，其开发过程可能引发海底滑坡、泥沙倒灌、甲烷泄漏等工程灾害，随之也对深海生态带来负面影响。

“可燃冰开发必须与生态环境保护并重，商业开发前必须进行长期的生态环境监测、实验、定量评估和生态保护举措，以确保人类安全、绿色利用这一重要的战略资源。”张偲说。

认识“冷泉” 保障“三元”平衡

解除风险之前，必须先认识它究竟是如何发生的。

“存在深海海底的甲烷之所以能‘平静无恙’，是因为这里存在着‘三元’生态平衡。”张偲介绍，“三元”即游离态甲烷、可燃冰固化甲烷和海底嗜甲烷微生物的化能合成作用的甲烷，三者平衡就达到了生态平衡。

他指出，除了开采过程引发的直接相关问题，可燃冰的开采过程温压条件等的改变，可能会诱发可燃冰大范围分解释放甲烷气体，会对稳态的自然环境造成人为搅扰，破坏原有的“三元”平衡。如大量甲烷释放进入海水环境，会导致海水酸化及氧枯竭，如过量甲烷跃过海水这一屏障，逃逸至大气，释放出比二氧化碳更大的温室效能，造成更严重的温室效应，从而会引发一系列的生态环境等问题。因此，“三元”生态平衡，至关重要。

监测并防止可能发生的“三元”生态失衡现象，是可燃冰商业化开采前需要解决的重要科学问题。