真的有可燃燒的冰:天然氣水合物

2021.03.31 01:16PM
照片中包含了Hidrato de Metano、甲烷包合物、甲烷、天然氣、水合物
什麼!竟然有冰可以燃燒!?
「可燃冰」是如何做到讓冰與火共存的呢?
快來一探究竟八!
 
 
Photo credit : U.S. Geological Survey via flickr. CC0 1.0

天然氣水合物(gas hydrate) 是本篇文章要介紹的主角,在低溫高壓的環境下,氣體分子被呈籠狀結構的水分子包圍,形成冰晶狀的固體籠晶。其中被水所包覆的大多為小分子氣體,例如 甲烷(CH4) 乙烷(C2H6) 二氧化碳(CO2) 硫化氫(H2S) 等,且因為甲烷佔比高於95%,所以又被稱為「 甲烷水合物(methane hydrate) 」。
 
甲烷水合物通常存在於低溫高壓的環境中,大多在海平面下300公尺以下的深海海域(此稱為「水合物穩定帶」),僅有極少部分存在於陸地上,例如南北極的永凍土層中。當甲烷水合物被移至常溫常壓下,被水包覆住的氣體分子便會破壞晶體結構而逸出,一旦遇火便會燃燒,形成冰晶與火源共存的現象,所以又被稱作「可燃冰」。
LiFe生活化學,知識文章,可燃冰,能源,冰,火,化石燃料,燃燒,開採新興能源
 
Photo credit : Myriams-Fotosvia pixabay. CC0

​為何「可燃冰」被視為是一種新興能源呢?首先氣體的來源是埋藏於海床沉積物裡幾百萬年前的動物殘骸,經過細菌的分解作用後產生,在深海環境下形成水合物,所以「可燃冰」本身便是一種化石燃料,是石油和天然氣的同類。更重要的是,專家預估甲烷水合物的蘊藏量會是其他化石燃料礦藏的二至三倍!而且甲烷水合物在燃燒後並不會排放硫氧化合物,二氧化碳的排放量相較於燃煤和燃油要來的低,屬於一種比較乾淨的能源。
 
然而,甲烷水合物的開採並不是一件容易的事,因為它在地層中是以固態的形式存在,並不像石油那般只需要利用鑽井降壓便可以將液體抽出地表。那麼,到底該如何開採這項新興能源呢?現階段主流的方法有三種:

熱採法
熱採法是透過把高溫的流體(例如熱水、水蒸氣)打入地層,提供能量使水合物內部的氣體分子足以破壞晶格結構,從地層中逸出。

降壓法
降壓法是把地層中的水抽取出來,使得地層的壓力逐漸下降,而壓力減低會導致水合物的不穩定,進而產生解離現象,使內部的氣體釋出。

使用化學抑制劑
在不改變地層溫度和壓力的情況下,將能夠抑制水合物生成的化學物質注入地層之中,改變水合物生成的平衡條件,促使水合物自行分解產生氣體。

LiFe生活化學,知識文章,可燃冰,能源,冰,火,溫室效應,海嘯,
 
Photo credit :skeeze via pixabay. CC0

​可惜的是,至目前為止甲烷水合物的開採技術還未成熟,成本也居高不下,世界上還沒有出現商業化的開採成果。另外研究也證實出甲烷是一種比二氧化碳還要強的溫室氣體,若是開採不當,有可能會造成海床的擾動,嚴重時甚至會使海床崩塌引發海嘯,使大量的甲烷氣體釋出,造成溫室效應的加劇,這也是氣候和地質專家對於甲烷水合物最大的疑慮。
LiFe生活化學,知識文章,可燃冰,能源,冰,火,能源短缺
 
Photo credit :KELLEPICS via pixabay. CC0

現在全球正在面臨能源逐漸短缺的危機,甲烷水合物作為新能源的重要性也在漸漸提高。台灣西南海域近期也發現了含有「可燃冰」的海床,專家預估總含量足以供應全台灣使用65年!希望這項海底蘊藏的寶藏有朝一日可以被世界妥善使用:)
 
By 很想大喊可燃冰有在柯南劇場版裡出現過的Ne小編
 
延伸閱讀:
溫室效應系列:GHG副手-甲烷
汽油 v.s 柴油傻傻分不清楚
 
參考資料:
https://www.narlabs.org.tw/tw/xcscience/cont?xsmsid=0I148638629329404252&sid=0I178467607939267519
https://scitechvista.nat.gov.tw/c/sgZW.htm
https://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?Unit=featurearticles&id=2727
https://www.nature.com/scitable/knowledge/library/methane-hydrates-and-contemporary-climate-change-24314790/
https://www.energy.gov/fe/science-innovation/oil-gas-research/methane-hydrate

 

13 則回應

新奇搞笑
超嗨鐵路駕駛室客房
Twelve
11 個小時前
超嗨鐵路駕駛室客房