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【纵深报道】
谈到能源，人们立即想到的是能燃烧的煤、石油或天然气，而很少想到晶莹剔透的冰。然而，自20世纪60年代以来，人们陆续在冻土带和海洋深处发现了一种可以燃烧的冰。这种可燃冰是一种白色固体物质，外形似冰，有极强的燃烧力，主要由水分子和烃类气体分子（主要是甲烷）组成，在地质上被称之为天然气水合物，或甲烷水合物，一般埋藏在海底500米以下。可燃冰燃烧产生的能量比煤、石油、天然气要多出数十倍，但燃烧后排放的二氧化碳却只是石油和煤的一半，被科学家们誉为“属于未来的能源”，引得世界各国竞相开发。日本可燃冰储量丰富，经过多年的研究，已经掌握了可燃冰勘测、开采及甲烷输送的顶尖技术。虽然可燃冰的实用化面临着成本高昂、温室效应和地壳变化等问题，但日本仍野心勃勃，并确立了2023年将可燃冰商业化的战略目标，甚至希望可燃冰为其带来期待已久的能源独立。
日本可燃冰储量丰富
据测算，全球陆地埋藏着数十兆立方米的可燃冰，海洋则埋藏着数千兆立方米的可燃冰，是世界天然气总藏量的10倍，是天然气、石油、煤的总藏量的2倍以上。
日本是可燃冰埋藏量最大的国家之一，特别是日本海域内埋藏着大量的可燃冰，日本因此被誉为“隐形的资源大国”。
据最新的地质调查报告显示，日本东侧海域到九州宫崎县北侧埋藏着大约4000亿至4兆2000亿立方米的可燃冰，北海道周边海域埋藏着大约6兆立方米的可燃冰，相当于日本未来100年的天然气使用量。除此之外，秋田山形地区、隐岐地区也不同程度地埋藏着可燃冰。2016年1月24日，日本经济产业省资源能源厅宣布，在太平洋深海以及日本海附近共计717处观测到可燃冰。
作为一个迄今为止都没能在自己的本土找到可开采化石能源的贫瘠岛国，日本自然将可燃冰视为其未来能源的希望所在。
可燃冰研发历程
目前，国际上对可燃冰的研发步伐呈你追我赶之势，世界上至少有30多个国家和地区正在进行可燃冰的研究与调查勘探，但论及研发力度，世界上很少有国家能与日本相提并论。对于可燃冰的研发，日本有着极为清晰的战略计划和发展框架。
早在1990年，日本便已开始在太平洋勘探与试探性发掘可燃冰。2000年，经济产业省设立了可燃冰研究委员会，意味着日本正式开始着手可燃冰的开采。2016年度，日本开始着力于可燃冰商业运用的技术开发。
日本的可燃冰开发总体可分为四个阶段：2001年至2006年为第一阶段，选择有效的开采地点；2007年至2011年为第二阶段，开始试开采，评估可燃冰开采对环境的影响；2012年至2016年为第三阶段，具体解决可燃冰开采的技术问题，对可燃冰开采的经济性进行评估；2017年开始进入第四阶段，计划于2018年实现可燃冰的商业化开采，到2023年实现可燃冰实用化。
掌握可燃冰研究与开发的顶尖技术
相较美国和俄罗斯，虽然起步较晚，但目前日本在可燃冰的探测与开发方面已处于世界领先的地位。
在可燃冰的勘探发面，日本主要采用的是地震勘探法，这与石油和天然气的探测方法是一样的，即利用超声波的反射来寻找可燃冰。除此之外还有以背斜构造、板块边界、甲烷渗漏、甲烷羽流等作为线索的方法。
在可燃冰的提取方面，研究人员起初遇到了一些麻烦。由于可燃冰以一种很稳定的状态埋于深海中，且埋藏地点处于高压、低温状态，一旦挖掘不当，可燃冰将很快溶解在水中消失。研究人员使用“高温法”，将埋藏可燃冰的地层进行加热处理，将可燃冰溶解后提取甲烷，但发现能源回收效率太低。此后，日本科学家和技术人员通过反复的观察和研究，终于找出最为理想的挖掘方法——“减压法”，即在海底地层中把甲烷与水分离开来。当然，减压法也不是完美的，减压会导致海底土沙的坍塌，堵塞输送管，这个技术难题尚待解决。
通过减压法获得的甲烷，必须要输送成功才能实现商业化。2010年，日本三井造船率先研制出了陆地输送甲烷水合物的设备，可将固态可燃冰转换成燃料球、核燃料芯等形式进行运送。
可燃冰实用化的挑战
可燃冰虽然储量巨大，但开发利用仍是一个涉及甚广的系统工程，因开采风险极大，可燃冰甚至被誉为“恶魔资源”。日本要想真正实现可燃冰的实用化，仍需面对几个问题。
一是开采成本。日本早在20世纪90年代就着手研究可燃冰，花费的代价十分高昂。而要想实现商业化开采，巨大的成本问题更是不可回避。部分专家甚至认为，考虑到开采成本及开采难度，可燃冰不可能实现商用化。
二是环境问题。可燃冰的主成分甲烷制造的温室效果是二氧化碳的20倍。如开采不当，大量的甲烷排放到大气中，后果将不堪设想。甲烷引起的温室效应最终会带来数千兆日元的损失。即使可燃冰不被开采，对环境也存在潜在的威胁。温室效应会加剧海平面的上升及海水温度的上升。如果海水温度上升，会将可燃冰分解，释放出大量的甲烷。释放出的甲烷又会加剧温室效应，进一步提高海水温度，使全球环境陷入恶性循环。
三是地壳变化。可燃冰埋藏在海底深处，开采可能会引起地壳下沉，最坏的结果可能会引发特大地震。但是有些学者认为，埋藏可燃冰的深度远远没有达到能够引起地震的深度，发生地震的可能性很低。
四是技术瓶颈。目前，日本主要采用减压法开采可燃冰，但开采技术仍有待完善。就在前不久，日本宣布由于设备出现故障，开采作业被迫中断，如此看来，理论上可行的减压法，在实际应用上存在很大的难度和挑战。专家指出，一旦可燃冰的储存环境被扰乱，很容易在瞬间变成液态或气态，同时可燃冰中的二氧化碳成分极易与海水反应形成碳酸盐，碳酸盐非常坚硬，钻头根本进不去，所以开采深海可燃冰对装备要求非常高。
五是自然不可控因素。日本是个岛国，海啸和地震时有发生，这些不可控因素会减慢可燃冰的开发速度。
（张翼燕、李洪源，作者单位：中国科学技术信息研究所）
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