“蓝鲸一号”钻井平台天然气水合物生产试验作业
可燃冰是冰吗
可燃冰全称为天然气水合物，缩写为NGH。 它是由天然气和水（可能含有少量其他小分子）在高压低温环境下合成的固体结晶物质。 无色透明，看上去有点像冰，又有点像餐馆里常见的固体酒精。 这个名字还蛮有趣的。 我想知道是否是因为天然气的存在才使其易燃，而水的存在使其结冰。 而可燃冰的硬度和密度确实与冰相似。
我们常说的天然气就是甲烷。 可燃冰中，甲烷的比例在80%到99%之间，有的说大于90%。 一立方米可燃冰可释放约160至180标准立方米天然气。
我离开学校已经很久了。 不知道大家对这个标准立方体还有印象吗？ 气体很容易被压缩。 当讨论气体的体积时，讨论它们的压力是非常关键的。 就像大气中的空气和气球中的空气一样，它们都是1L的气体，但分子数量却相差很大。 标准立方是指1个大气压下气体的体积。
可燃冰的能量密度有多高？
与普通天然气相比，可燃冰绝对是一种高能量密度的能源。 我从资料上查了一下，发现同等条件下可燃冰的能量密度是天然气的2-5倍。
可燃冰的汽化（升华）过程是吸热过程。 吸热意味着吸收热量并消耗能量。 就像一块冰，我们要把它融化，放在温暖的地方，让它汽化，然后煮沸。 天然气在常温下呈气态，不需要沸腾，但汽化过程中的能量消耗是不可避免的。 除水的影响外，即使是1立方米的可燃冰也能释放出160立方米以上的气体，但能量密度仅为同等条件下天然气的2-5倍。 这是综合计算的结果。 1立方米天然气的热值为35-40MJ。 根据简单计算，1立方米可燃冰的热值在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。
可燃冰还有两个近亲，一个叫液化天然气，昵称LNG，另一个叫压缩天然气，昵称CNG。
LNG即液化天然气，是经过冷却、加压得到的液态甲烷。 数据显示，1立方米液化天然气可释放600多立方米天然气天然气英语，远高于可燃冰。 就热值而言，LNG与汽油相似，约为50MJ/kg。 但由于其密度较轻，从体积上看热值与可燃冰相当（LNG汽化也需要吸收能量）。
另一个近亲是CNG。 CNG汽车储存的天然气压力约为大气压的200倍。 如果按照简单的PV关系计算，1立方米CNG可生产200多立方米天然气。 因此，理论上来说，CNG的热值并不比可燃冰低多少，而且很可能就是这样。
换个角度看能量密度
我从论文中找到了一个典型值：1立方米的可燃冰会分解成0.8立方米的水，相当于164立方米的天然气。 因此，1立方米可燃冰的能量密度是1立方米天然气的160倍以上。 但需要注意的是，水的密度为1000公斤/立方，而标准条件下天然气的密度为0.7174公斤/立方，可燃冰的密度约为910公斤/立方，所以我们做一个简单的计算：
1立方米可燃冰的质量=1*910=910公斤
含水量质量=0.8*998=798.4kg
天然气质量=164*0.7174=117公斤
也就是说，1公斤可燃冰80%以上是水，这就降低了能量密度。 按质量计算，可燃冰的能量密度还不到天然气的五分之一。
可燃冰的优点
可燃冰可以认为是天然气的固体形式，所以天然气的优点就是可燃冰的优点。 从目前国际能源结构来看，约60%至70%的能源消费来自石油和煤炭。 核能、天然气等清洁能源比重还较低。
与天然气相比，可燃冰具有更高的能量密度。 它还燃烧得更干净。 在天然气中，氢碳比非常高。 燃烧产物中，二氧化碳排放的比例较低，产生硫氧化物和氮氧化物的概率也很小。
从储量来看，全球陆地面积的20%和海洋面积的10%都含有可燃冰。 仅我国南海北部地区发现的可燃冰储量就相当于1850亿吨石油。 是石油储量的6倍。
对易燃冰的担忧
说完了优点，接下来说说缺点和问题。 但在科技飞速发展的今天，我不确定我提到的问题是否已经得到解决，所以只能说是担心。
可燃冰的存在必定有两个关键词，第一个叫低温，第二个叫高压。 在开采过程中，高压必然会被破坏。 是否会导致可燃冰迅速升华成气体并引发井喷，甚至可能导致海底塌陷？ 这个很抽象，我举个例子。 家里的高压锅在做饭的时候突然把压力阀拆掉会怎么样？ 喷出的一定是里面的气体和液体。 这个实验相当危险，所以我们建议您不要尝试。 同样的原理也适用于火山喷发。 顶部岩石突然露出缝隙，导致岩浆喷发。
开采出来的可燃冰，无论如何储存，在常温常压下都会很快转化为天然气并流失。 根据以往的实验，可燃冰的自储存温度大约在-7.5℃至0℃之间。 即使在-5°C的温度下，近一半的可燃冰也会在两周内消失。 如果温度高于冰点，它会很快分解。
无论是井喷还是分解，这些可燃冰都会变成天然气。 如果这种天然气泄漏到大气中，它可能会成为比二氧化碳更严重的污染形式。
推动能源发展最关键的因素是价格。 如果能源成本增加，生活成本、出行成本、生产成本都会相应增加。 从能量密度来看，可燃冰与汽油、液化天然气、压缩天然气相比并没有明显优势。 但与普通天然气相比，毕竟省去了压缩或液化的过程。 但我不知道这个成本与挖矿成本相比是否合适。 再比如，在运输过程中，虽然固体比液体更容易运输，但是运输10吨可燃冰，其中8吨是水，划算吗？ 另外，在使用时，可能需要用干燥设备除去水分。