2013年9月27日 星期五

可燃的冰--甲烷水合物

可燃的冰--甲烷水合物

摘自新發現”2012/04 “ 10大科學新希望

潔淨能源的新希望     一個完美的能量來源:儲量是石油+天然氣+煤總合再乘上2; 乾淨,同於天然氣;能量密度也不可小歔,與天然氣比167:1。從夢幻數字般的儲量已使人心嚮往之,更何況人類還知道它們藏在哪裡!夢幻能源只差在如何運輸並還原成人類習用的型態而已。
這夢幻能源名叫甲烷水合物,一種將甲烷禁錮於水分子結晶中的分子化合物,形容它為關在冰裡的天然氣可能更易理解。這種可燃的冰在自然界是可以存在的,只不過有點點極端…,水和甲烷在低溫卻高壓的天然條件下就可以形成,究極環境畢竟得來不易,所以這些天然ㄝ最好的豐富礦藏人類現在已經知道在哪裡,在地下500m以上、在極地的凍土層中、海底的沉積層裡,都是可望不可及的一些地方。
開採潔淨能源的代價    100年前人類還不認為自然界會有這個奇怪的組成體礦物",化學家們在特定的低溫高壓的實驗室環境中(所謂的窗口)中形成這些可燃冰玩意兒。此後到了60年代蘇聯在西伯力亞的天然氣井中發現其痕跡,接下來美國人在瓜地馬拉海域的鑽探活動中發現天然礦藏的確實存在。是的,有可燃冰存在於類實驗室的低溫高壓窗口條件中,只不過太難開發運用了,現成的石油及天然氣還像水龍頭般源源不絕哩!瘋子才會把這個學術研究當做工礦業務看待.
時過20世紀,歐美化生活方式越來越多的各開發國家都患了能源饑渴症,甲烷水合物是油頁岩外另一紅火的礦藏” ,地緣條件有利的美俄日加之外,連中印韓法都在自家院子裡探勘。
今年(2013)4月份日本已宣稱它們打算2016年商業開採!日本人顯然先期對於有效開採已有定見,才會如此果敢地宣佈。要知道傳統的開採理論是著眼於水合物的物性,即藉由減壓使禁錮的甲烷逃出,如此將可得到液態水和氣態甲烷,然而這種減壓取物的手段會引起的負作用是導致蘊涵地層液化(地質液化其實是很嚴重的事,液化的地層將無法承載上層的重量!921大地震時聽聞台中港有小部份地區地質液化,不知道後來如何了?),而膨脹167倍的甲烷氣易逸散到大氣中,物取不到,反而將強效溫室氣體解放出來,顯然,直觀的減壓取氣方式吃力不討好,要付出太大的代價,日本應不致用這種方法進行開採。
一兼兩顧的開採方法      有種方法在美國阿拉斯加進行測試中,點子相當精彩又無前文那種幾近實驗室級的無效率高風險開採構想的弊端,方法很簡單,油頁岩氣是以灌水的方式逼出油氣,甲烷水合物礦場則用二氧化碳這種現在地球嫌多的溫室氣體灌進去取出所要的甲烷氣。藉由物理化學理論中二氧化碳與甲烷分子的親和力差異,前者將自動取代甲烷分子禁錮在水分子籠子結構內的位置。之後呢,人類便可以輕鬆應用開採天然氣的成熟工法採集釋出的甲烷了。這個化學動力反應最精彩處就在於該反應無需外界加力作功(這意指不用耗能花錢),同時除類冰結構內部除了變成禁錮二氧化碳外地質狀態、強度等等,什麼都沒變.左右逢源的另一件好事是,此工法所需的二氧化碳正好分攤舒解了工業、傳統能源生產的碳排放封存問題!
不管日本是不是用這一招,若人類能以此一同時處理能源及產業廢料的工法開發乾淨的甲烷水合物,實為我們這一消費世代人類的福氣啦!

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