中國(guó)人真的太低調(diào)了,低調(diào)到哪種程度呢?一條很不起眼,甚至網(wǎng)民平均停留時(shí)長(zhǎng)還不到一秒的科技新聞,就足以滿足整個(gè)人類未來(lái)兩百多年的能源需求。海南科技廳的權(quán)威消息,海南大學(xué)的科技團(tuán)隊(duì)近日破解了可燃冰轉(zhuǎn)使用的世界性難題,以接近100%的轉(zhuǎn)化率,成功把可燃冰當(dāng)中的甲烷轉(zhuǎn)化成甲醇,你們知道這意味著什么嗎?即便沒(méi)有核能,中國(guó)也完全地徹底地突破了傳統(tǒng)化石能源的限制,以后沒(méi)有哪個(gè)國(guó)家能夠在石油或者原油運(yùn)輸通道上卡我們脖子了。
可燃冰的原料是深海古生物的遺骸分解產(chǎn)生的甲烷氣體,但因?yàn)殚L(zhǎng)期處于深海這種低溫高壓的環(huán)境,經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的擠壓,久而久之便形成了一種類似于冰的結(jié)晶物。由于甲烷一直被高度壓縮在固體形態(tài)里,所以它的能量密度很高,同等條件下燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量,比石油天然氣之類的傳統(tǒng)化石能源高出幾十倍。老羅舉個(gè)例子,一立方米的可燃冰被分解后,能釋放出大約160立方米以上的天然氣。而燃?xì)獍l(fā)電的成本大概是一度電0.22立方米的天然氣,換言之,一立方米可燃冰能夠發(fā)727度電,足夠滿足一個(gè)普通家庭兩到三個(gè)月的用電需求了。
全球可燃冰的儲(chǔ)量大概在2億億立方米左右,相當(dāng)于石油、煤炭、天然氣等傳統(tǒng)化石能源總和的兩倍多。中國(guó)是世界上最大的可燃冰儲(chǔ)備國(guó),已探明的儲(chǔ)量高達(dá)90萬(wàn)億立方米,其中又以南海為全國(guó)之最,占比75%,在不使用煤炭、天然氣、石油的情況下,南海的可燃冰儲(chǔ)量一旦被開(kāi)發(fā),完全能滿足中國(guó)未來(lái)兩百年的能源需求,現(xiàn)在明白南海對(duì)我們多重要了吧?不知道大家是怎么想的,反正老羅我的航母不足恐懼癥又要犯了。
雖然可燃冰比起化石能源有很多優(yōu)勢(shì),特別是對(duì)中國(guó)這樣長(zhǎng)期深受原油卡脖子的國(guó)家更為重要,但它的大規(guī)模制備卻是全球性難題,可燃冰的主要分布地都在超過(guò)2000米的深海沉積層,能在這么深的地方把它開(kāi)采出來(lái)本身就不容易做到。一方面,海底深部的積層壓力極高、溫度非常低,環(huán)境相當(dāng)惡劣。開(kāi)采時(shí)首先要保證設(shè)備能穩(wěn)定地在深海作業(yè),不能出故障,而且可燃冰是固態(tài)的,容易在開(kāi)采時(shí)分解不均勻,導(dǎo)致海底地層失穩(wěn),甚至引發(fā)塌方。另一方面呢,甲烷的氣體溫室效應(yīng)極強(qiáng),如果大量逸散到海水或大氣中,會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大的破壞。目前,全世界擁有在深海大規(guī)模開(kāi)采可燃冰技術(shù)的國(guó)家就只有日本和中國(guó)。美國(guó)雖然也開(kāi)采過(guò)可燃冰,但不夠深,至于俄羅斯和加拿大,他們是在高緯度凍土開(kāi)采的。而陸地上的可燃冰儲(chǔ)量占比還不到百分之五,這點(diǎn)儲(chǔ)量即使開(kāi)采出來(lái)也沒(méi)有任何意義。
日本是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)深海無(wú)害大規(guī)模開(kāi)采可燃冰的國(guó)家,但中國(guó)很快后來(lái)居上在2017年就把日本超越了,在當(dāng)時(shí)由國(guó)土資源部中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局組織實(shí)施的南海神狐海域可燃冰試采工程中,我們采連續(xù)試氣點(diǎn)火 60 天,累計(jì)產(chǎn)氣 30.9 萬(wàn)立方米,平均日產(chǎn) 5151 立方米,創(chuàng)造了產(chǎn)氣時(shí)長(zhǎng)和總量的世界紀(jì)錄,而此時(shí)日本的可燃冰開(kāi)采試驗(yàn)卻因泥沙堵住鉆井通道等問(wèn)題,始終駐足不前。到了今年3月,中國(guó)在南海的藍(lán)鯨二號(hào)深海鉆井平臺(tái),更是成功實(shí)現(xiàn)可燃冰日均產(chǎn)氣量3.5萬(wàn)立方米并連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣達(dá)30天,開(kāi)采效率較國(guó)際水平高出 40%,至此,中國(guó)成為全世界唯一一個(gè)完全掌握深??扇急虡I(yè)化開(kāi)采技術(shù)的國(guó)家。
但開(kāi)采只是解決了可燃冰出海的問(wèn)題,它要想變成可以使用的能源還要經(jīng)歷轉(zhuǎn)化的流程??扇急且环N在特定條件下才能穩(wěn)定存在的物質(zhì),它需要在接近零度的低溫和接近一百個(gè)大氣壓的高壓環(huán)境下才能保持固態(tài)。一旦離開(kāi)這樣的環(huán)境,它就很容易分解成水和天然氣,這就給存儲(chǔ)和運(yùn)輸帶來(lái)了很大的困難。如果非要維持原來(lái)的高壓低溫條件,成本會(huì)非常高,根本不劃算。
所以通常的做法是在開(kāi)采之后,盡快把它轉(zhuǎn)化成一種在常溫常壓下也能穩(wěn)定存在的物質(zhì),這樣才方便實(shí)際使用。目前國(guó)際上比較認(rèn)可的一種轉(zhuǎn)化方向是把可燃冰變成甲醇。甲醇是一種液態(tài)燃料,化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定,不容易揮發(fā),也比汽油更安全,不需要特別復(fù)雜的防爆措施。而且它在燃燒時(shí)產(chǎn)生的碳排放比汽油和柴油更低,對(duì)環(huán)境更友好。正因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn),甲醇也被氫能行業(yè)視為一種重要的能源載體。
然而,一直以來(lái),把可燃冰轉(zhuǎn)化成甲醇的過(guò)程本身也非常耗能。因?yàn)閭鹘y(tǒng)方法需要幾百攝氏度的高溫和上百個(gè)大氣壓的高壓才能實(shí)現(xiàn)催化轉(zhuǎn)化,這個(gè)過(guò)程不僅消耗大量能源,還很難精確控制化學(xué)反應(yīng)的程度,導(dǎo)致一部分甲醇被過(guò)度氧化,最終變成了二氧化碳。這既浪費(fèi)了能源,又增加了不必要的碳排放,使得整個(gè)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性都大打折扣。你要知道,能源作為工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)動(dòng)力,它的成本只有在足夠便宜的情況下,才具備投入大規(guī)模使用的價(jià)值。否則你能源成本這么貴,做出來(lái)的東西也貴,賣不出去就沒(méi)有任何經(jīng)濟(jì)效益。正是因?yàn)檗D(zhuǎn)化環(huán)節(jié)存在這些技術(shù)瓶頸,盡管一些國(guó)家在可燃冰開(kāi)采方面已經(jīng)取得了進(jìn)展,但大規(guī)模商業(yè)化利用仍然面臨著太多不可因素。
而此次海南大選研發(fā)團(tuán)隊(duì)在針對(duì)可燃冰轉(zhuǎn)化的試驗(yàn)中,成功研發(fā)出一種具有特殊結(jié)構(gòu)的納米級(jí)靶向催化劑。這種催化劑能夠在分子級(jí)別精準(zhǔn)識(shí)別甲烷分子,并高效激活其化學(xué)鍵,促使甲烷轉(zhuǎn)化為甲醇。更重要的是,只要甲醇分子形成,催化劑會(huì)立即將其從反應(yīng)活性中心分離,避免甲醇繼續(xù)與氧氣接觸發(fā)生過(guò)度氧化,從而大幅減少二氧化碳的生成。
毫不夸張地講,這個(gè)納米級(jí)靶向催化劑的問(wèn)世,完美解決了可燃冰在轉(zhuǎn)化過(guò)程中存在的兩大世界性難題。
首先就是它將甲醇的轉(zhuǎn)化率提高到了99.7%,這幾乎意味著原料幾乎沒(méi)有浪費(fèi),整個(gè)過(guò)程非常高效。其次反應(yīng)條件大幅優(yōu)化,不再需要傳統(tǒng)方法中數(shù)百攝氏度的高溫和上百個(gè)大氣壓的高壓,而只需要維持在70攝氏度的低溫環(huán)境下就可以完成,這樣的條件在工業(yè)上非常容易實(shí)現(xiàn),畢竟我們平常開(kāi)的油車發(fā)動(dòng)機(jī)工作的溫度都超過(guò)九十度了,不僅大幅度降低了能耗,也減少了對(duì)復(fù)雜設(shè)備的需求。
五個(gè)月前,我們徹底解決了可燃冰商業(yè)化開(kāi)采的問(wèn)題,現(xiàn)在又徹底解決了它的轉(zhuǎn)化問(wèn)題,先后兩張王炸甩出,這意味著用可燃冰大規(guī)模替代石油、煤炭等傳統(tǒng)化石能源,對(duì)中國(guó)而言已經(jīng)沒(méi)有任何阻礙了,接下來(lái)所需要的不過(guò)是產(chǎn)業(yè)化的投資。根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的2035新能源戰(zhàn)略,中國(guó)明確將可燃冰列為戰(zhàn)略接替能源,2025 年被定為商業(yè)化試采的倒計(jì)時(shí)節(jié)點(diǎn)。
劃重點(diǎn):戰(zhàn)略接替能源!換句話說(shuō),我們從明年開(kāi)始,就要用可燃冰逐步淘汰傳統(tǒng)化石能源了,今后每一年我們對(duì)石油的需求都會(huì)下降,并最終徹底歸零。隨之而來(lái)的是全球能源格局的全面洗牌,西方霸權(quán)賴以生存的化石燃料要被徹底掀下桌了,人類即將迎來(lái)第一位同時(shí)掌握工業(yè)霸權(quán)和能源霸權(quán)的新王者!
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