能量是天然气164倍告诉你可燃冰的冷知识

5月18日，我国南海神狐海域天然气水合物(又称“可燃冰”)试采实现连续187个小时的稳定产气。这是我国首次实现海域可燃冰试采成功，新华社发文称，这将对能源生产和消费革命产生深远影响。可燃冰的奥秘在哪里？前景如何？笔者尝试给大家科普下。

“蓝鲸一号”钻探平台上天然气水合物试采作业中

可燃冰是不是冰？

可燃冰，大名叫做天然气水合物，英文缩写是NGH。是天然气和水(可能含有少量其他小分子)，在高压低温的环境下，合成的一种固态结晶物质。无色透明，样子有点像冰，又有点像饭店里常见的固体酒精。这个名字挺有意思，不知道是不是因为有天然气，它才可燃，有水，它才是冰。而且可燃冰的硬度和密度确实也和冰相似。

我们常说的天然气，就是甲烷。在可燃冰里，甲烷在其中的占比大概在80%到99%之间，也有说大于90%的。一立方的可燃冰，大概能释放160~180标准立方的天然气。

离开学校很久了，不知道大家对这个标准立方还有没有印象。气体是容易压缩的，在讨论气体体积的时候，在多大压强下去讨论是十分关键的。就如同大气里的空气，和在气球里的空气，同样是1L气体，分子数量可是差了不少。标准立方，就是指的在1个大气压下，气体的体积。

可燃冰能量密度有多高？

相比普通天然气，可燃冰绝对称得上是一种高能量密度的能源。我从资料里查了一下，那就是可燃冰的能量密度，是相同条件下天然气的2-5倍。

可燃冰汽化(升华)的过程，是个吸热过程。吸热，就是吸收热量，就是消耗能量。就如同一块冰，我们要让它融化，要把它放在暖和的地方，要让它汽化，还要把它煮沸。天然气常温下就是气态，不需要煮沸，但是在汽化过程中的能量消耗是在所难免的。再加上其中水的影响，所以可燃冰即使1立方可以发出160多立方的气体，但是能量密度只是相同条件下天然气的2-5倍，这是综合计算的结果。1立方天然气的热值是35-40MJ，那么简单计算，1立方可燃冰的热值为70-200MJ之间。从这个结果来看，可燃冰的热值会略大于汽油的热值的。

可燃冰还有两个近亲，一个叫液化天然气，小名叫LNG，一个叫压缩天然气，小名叫CNG。

LNG是液化天然气，就是通过降温加压得到的液态甲烷。资料显示，1立方的LNG，可以释放出600立方以上天然气，这个比例可比可燃冰猛多了。热值上，LNG与汽油差不多，大概在50MJ/kg，但是由于密度比较轻，所以如果按照体积算，热值和可燃冰不相上下(LNG汽化同样需要吸收能量)。

另一个近亲是CNG，CNG汽车的储存天然气压力大概在200多倍的大气压。如果按照简单PV关系计算，也就是1立方的CNG，大概可以发出200多立方的天然气。所以理论上CNG的热值也不比可燃冰低多少，事实大概也是如此。

从另一个角度，看能量密度

我从论文找到了一个典型值：1立方的可燃冰，会分解成0.8立方的水，合164立方的天然气。所以1立方的可燃冰的能量密度，是1立方天然气的160多倍。但是注意，水的密度是1000公斤/立方，而标准状况下，天然气的密度是0.7174公斤/立方，而可燃冰的密度，大约是910公斤/立方，所以我们做一个简单的计算：

1立方可燃冰的质量=1*910=910公斤

含水的质量=0.8*998=798.4公斤

含天然气的质量=164*0.7174=117公斤

也就是说1公斤可燃冰中，有80%以上都是水，这就给能量密度打折扣了。如果按照质量算，可燃冰的能量密度不足天然气的五分之一。

可燃冰的优势

可燃冰，可以认为是天然气的固态形式，所以天然气的优势，就是可燃冰的优势。从目前国际能源结构来看，大概六七成的能源消耗，都来自于石油和煤炭。核能，天然气，这类的清洁能源，占比还比较低。

相比天然气，可燃冰的能量密度更高。燃烧也更加清洁。天然气中，氢碳比很高，燃烧产物中，二氧化碳排放比例更低，产生硫氧化物、氮氧化物的几率也很少。

从储量上看，全球陆地面积的20%，海洋面积的10%，都含有可燃冰。仅我国南海北部勘探出的可燃冰储量，相当于1850亿吨石油。是石油储量的6倍。

对可燃冰的担心

说完优点，应该说缺点和问题。但是在技术发展日新月异的今天，我不确定我说的问题，是否已经被解决，所以只能说是一种担心。

可燃冰的存在，必须有两个关键词，第一个叫低温，第二个叫高压。在开采的过程中，高压势必被破坏。会不会造成可燃冰迅速升华变成气体而井喷，严重甚至造成海底坍塌。这么说很抽象，我给大家举个例子。家里的压力锅，如果在煮着东西，突然把上面的压力阀拿掉，会是什么后果。必然是气体和里面的液体喷射而出。此实验比较危险，建议大家不要试了。火山喷发，也是这个原理，盖在最上面的岩石突然露出缝隙，造成岩浆喷射而出。

开采出的可燃冰，如何保存，在常温常压下，很快就会变成天然气跑掉。从前人的实验上看，可燃冰的自保存温度大概在-7.5~0℃之间，即使在-5℃，可燃冰也会两周消失掉近1半。如果在冰点以上，那分解速度就非常快了。

不论是井喷，还是分解，这些可燃冰都会变成天然气。如果这些天然气泄漏到大气中，可能会是比二氧化碳更严重的一种污染。

能源的推广，最关键的是价格。如果能源成本提高，不论是生活成本，出行成本，生产成本，都会相应提高。从能量密度角度看，可燃冰相比汽油、液化天然气、压缩天然气，都没有什么显著优势。但是相比普通天然气，毕竟省去了压缩或者液化的过程。但是这部分成本，和开采的成本相比，是不是合适，我就不知道了。再比如在运输过程中，固体虽然比液体更容易运输，但是运输10吨可燃冰，其中有8吨是水，这样是不是划算呢。另外，在使用的时候，这些水大概还要用干燥设备去掉吧。

作者：老张