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看過會燃燒的冰塊嗎?他可能是次世代的能源喔,您可別錯過本篇哩。

作者:Jessica的老公│2010-01-29 00:53:40│贊助:2│人氣:2789
石油短缺,溫室效應,已呈燃眉之急,
科學家莫不努力尋找能源替代方案。
本篇同樣以ScienceDaily文章為主軸,個人在每段後為其翻譯。
而『註』的部分,也是參考專家的文獻,做輔助說明。

 
Ice That Burns' May Yield Clean, Sustainable Bridge To Global Energy Future
ScienceDaily (Mar. 24, 2009) — 燃燒的冰塊可能成為乾淨、供給穩定的未來全球能源
   
In the future, natural gas derived from chunks of ice that workers collect from beneath the ocean floor and beneath the arctic permafrost may fuel cars, heat homes, and power factories. Government researchers are reporting that these so-called "gas hydrates," a frozen form of natural gas that bursts into flames at the touch of a match, show increasing promise as an abundant, untapped source of clean, sustainable energy. The icy chunks could supplement traditional energy sources that are in short supply and which produce large amounts of carbon dioxide linked to global warming, the scientists say.*
 
在未來,,工人將可以收集深藏在海底和極地永久凍土層下,巨大的『天然氣水合冰』,並且可能用其做為,汽車燃料,室內取暖或工廠動力能源。政府研究人員報告說,所謂的『天然氣水合物』,只要用一根火柴去點火,這些冰塊狀態的天然氣就能爆裂燃火。有越來越多證據指出,它們是一種,儲備豐富,供給穩定,來源乾淨並且有待開發的新能源。此外,科學家們也認為,天然氣水合物冰塊可以遞補傳統能源供應的短缺(如石油),而這些傳統能源往往在燃燒後會產生大量的二氧化碳並導致全球暖化。
 
甲烷氣水包合物 (Methane clathrate),又稱甲烷水合物或天然氣水合物,為氣體分子被冰晶狀的固體晶籠所包含而形成的,因為必須在低溫高壓的環境才可生成,因此,一開始只被認為在太空中才有可能出現,但最近發現在海洋洋底沉積物底下也有豐富的蘊藏。其實自然產出的天然氣水合物中,並不只有包含甲烷分子,其他包括像:乙烷、丙烷、正丁烷、二氧化碳、硫化氫等。但高達90%皆包含甲烷分子,因此我們對這一類物質通稱為甲烷水合物。天然氣水合物的外形像冰塊,一點火即可燃燒,又稱為可燃冰
(沈睡在深海中的能源,gas hydrate)

"These gas hydrates could serve as a bridge to our energy future until cleaner fuel sources, such as hydrogen and solar energy, are more fully realized," says study co-leader Tim Collett, Ph.D., a research geologist with the U.S. Geological Survey (USGS) in Denver, Colo. Gas hydrates, known as "ice that burns," hold special promise for helping to combat global warming by leaving a smaller carbon dioxide footprint than other fossil fuels, Collett and colleagues note.
 
在美國科羅拉多州丹佛市,任職於地質調查局(USGS)的地質學家,並且也是研究團隊共同主持人,蒂姆利特博士指出,這些天然氣水合物可以作為我們未來能源的一個橋樑,直到我們更能充分利用清潔的燃料來源,如氫氣或太陽能。Collett和其他研究員也強調,這些有『燃燒的冰塊』之稱的天然氣水合物,因為相較於其他化石燃料,它們留下較少的二氧化碳以及含硫含氮廢物,所以十分有潛力可以幫助對付全球暖化,
 
Last November, a team of USGS researchers that included Collett announced a giant step toward that bridge to the future. In a landmark study, the USGS scientists estimated that 85.4 trillion cubic feet of natural gas could potentially be extracted from gas hydrates in Alaska's North Slope region, enough to heat more than 100 million average homes for more than a decade.
 
去年11月,一隊美國地質勘探局的研究人員,其中包括Collett,宣布已通向未來的橋樑邁出一大步。在一個劃時代的研究中,美國地質調查局的科學家估計,在阿拉斯加北坡地區,可能被提取天然氣水合物,粗估有85.4兆立方英尺,足以供給超過 1億戶家庭10年之久。
  (蘊含天然氣的冰)
It's definitely a vast storehouse of energy," Collett says. "But it is still unknown how much of this volume can actually be produced on an industrial scale." That volume, he says, depends on the ability of scientists to extract useful methane, the main ingredient in natural gas, from gas hydrate formations in an efficient and cost-effective manner. Scientists worldwide are now doing research on gas hydrates in order to understand how this strange material forms and how it might be used to supplement coal, oil, and traditional natural gas.
 
Collett說,這絕對是個巨大的能源庫,但到底有多少量,能確實由工業量產,仍是一個未知數。他說,這要取決於科學家是否有能力地從天然氣水合物地層中,以有效率和符合成本效益的方式,提取主要天然氣有用的成分,甲烷。世界各地的科學家正在做天然氣水合物的研究,以了解這種奇特的物質形式,以及是否可能用來遞補煤炭,石油和傳統天然氣。
 
:甲烷如何產生的呢?不論是天然氣或天然氣水合物,自然界的甲烷氣都是生物沉積物經由微生物作用或熱分解而來。經濟部中央地質調查所科長鐘三雄表示,前者是產甲烷菌(methanogen)將有機質分解與轉化而產生甲烷;後者則是沉積有機質經過深埋,受到地溫加熱而分解產生甲烷,尤其在溫度高達150以上時,分解作用就會生成以甲烷為主的產物。

(天然氣水合物具有強大的儲氣能力,常溫、常壓下從固態解離,可產生150~180單位體積的甲烷氣。)

Although scientists have known about gas hydrates for decades, they've only recently begun to try to use them as an alternative energy source. Gas hydrates, also known as "clathrates," form when methane gas from the decomposition of organic material comes into contact with water at low temperatures and high pressures. Those cold, high-pressure conditions exist deep below the oceans and underground on land in certain parts of the world, including the ocean floor and permafrost areas of the Arctic.
 
雖然,幾十年以來,科學家已經知道有關天然氣水合物這類物質,只是到了最近才開始嘗試使用它們作為替代能源。天然氣水合物,也稱為『晶籠化合物』。是經由分解有機物質而生成的甲烷氣體,接著接觸到低溫與高壓的水。而這些條件往往存在於深的海洋下和世界某些陸地下,其中包括海底和永久凍土地區的極地。
 
:甲烷水合物受限於溫度與壓力的影響,只能分佈在淺層岩石圈內(<2000m深度),此深度在海洋中大致與大陸棚的位置吻合,主要是因為越往深層雖然壓力會增加,但地溫梯度也同時增加,而甲烷水合物的穩定帶環境應屬低溫高壓,所以太淺則壓力不夠太深則溫度太高,因此陸棚區的深度剛好符合穩定帶的條件,我們也可從大多數礦床位置驗證此點。


甲烷水合物的相平衡示意圖。形成甲烷水合物的溫壓範圍在紅線以左,即圖中的綠色區域;紅線以右,即圖中的黃色區域,甲烷不會與水或冰相合。(影像來源:經濟部中央地質調查所)
 
Today, researchers are finding tremendous stores of gas hydrates throughout the world, including United States, India, and Japan. In addition to Alaska, the United States has vast gas hydrate deposits in the Gulf of Mexico and off its eastern coast. Interest in and support of hydrate research is now growing worldwide. Japan and India currently have among the largest, most well-funded hydrate research programs in the world.
 
如今,研究人員發現了巨大的天然氣水合物的儲存在世界各地,包括美國,印度和日本。除了阿拉斯加,美國擁有豐富的天然氣水合物在墨西哥灣和東岸海域。而對於水合物的研究與關心已受全世界矚目。日本和印度目前在水合物研究項目中,有世界上最大且最完善的資助。
 
註:但另一方面豐盛的存量也是我們需要擔心的課題,我們知道甲烷是一種很強的溫室氣體,因此如果在開採的過程中大量釋放到大氣之中,很有可能使得溫室效應更加劇烈,已有科學家推斷過去在二疊紀/三疊紀的滅絕事件中也有這種大量天然氣水合物從礦床中大量釋放天然氣的現象。



天然氣水合物幾乎都蘊藏在陸海交界一帶,圖中的黃點為已確定或可能蘊藏天然氣水合物的分布位置。(影像來源:經濟部中央地質調查所)
"Once we have learned better how to find the most promising gas hydrate deposits, we will need to know how to produce it in a safe and commercially-viable way," says study co-author Ray Boswell, Ph.D. He manages the National Methane Hydrate R&D Program of the U.S. Department of Energy's National Energy Technology Laboratory in Morgantown, W. Va. "Chemistry will be a big part of understanding just how the hydrates will respond to various production methods."
 
在西弗吉尼亞州摩根,任職於美國能源部下屬的國家能源技術實驗室,並且管理國家甲烷水合物的研發計劃的共同作者雷博斯韋爾博士指出,一旦我們學會了如何更好地找到最有前途的天然氣水合物沈積點,我們就需要知道如何在安全和商業上可行的生產方法。化學將是非常重要的部分,用以幫助瞭解各種對應水合物的生產方法。”
 
One of the more promising techniques for extracting methane from hydrates involves simply depressurizing the deposits, Boswell says. Another method involves exchanging the methane molecules in the "clathrate" structure with carbon dioxide. Workers can, in theory, collect the gas using the same drilling technology used for conventional oil and gas drilling.
 
Boswell說,其中一個更有前景的技術是,就僅僅以減壓的方式去提取甲烷水合物。另一種方法則是,直接以二氧化碳置換出在籠形晶體中的甲烷分子。在理論上,工人就可以收取使用同樣的天然氣鑽井技術用於傳統的石油和天然氣鑽探。

(Discovery : 有實際探勘和實驗畫面
Under the Methane Hydrate Research and Development Act of 2000, the U.S. government has already spent several million dollars, in collaboration with universities and private companies, to investigate gas hydrates as an alternative energy source. Scientists are particularly optimistic about the vast stores of gas hydrates located in Alaska and in the Gulf of Mexico. Research is also accelerating under the U.S. Department of Energy and USGS to better understand gas hydrate's role in the natural environment and in climate change.
 
根據2000年的甲烷水合物研究和發展法案,美國政府已花費數百萬美元,聯合大學和民間公司對天然氣水合物進行研發,用以為替代能源。科學家們特別中意於阿拉斯加和墨西哥灣浩瀚的天然氣水合物。美國能源部和美國地質調查局也在加快研究以求更了解天然氣水合物在天然環境和氣候變化的作用,。
 
"Gas hydrates are totally doable," Collett says. "But when and where we will see them depends on need, motivation, and our supply of other energy resources. In the next five to ten years, the research potential of gas hydrates will be more fully realized."
 
Collett說,天然氣水合物是完全可行的,但是什麼時間和什麼地點都將取決於大家的需要,動機以及我們對其他能源資源的供給。在未來五到十年,天然氣水合物的研究潛力將得到更充分的實現。
 
:從經濟部中央地質調查所的資料顯示,台灣西南海域(高雄、台南外海)水深大於500公尺,且富含有機質,正具備天然氣水合物生成的條件;而相關研究單位利用海底仿擬反射法,也測得該區極可能蘊藏著豐富的天然氣水合物。經初步概估,解離成天然氣的儲量約高達5000億立方公尺以上,預期可提供國人使用65年。未來若能成功研發出開採技術,便能降低進口原油的比例。

註:開採並封存,解決二氧化碳的一石二鳥之計
       台灣大學海洋研究所教授劉家瑄表示,目前天然氣水合物開採的原理主要是利用改變溫壓來破壞晶籠化合物的結構,使甲烷從籠狀結構中解離出來。如熱激發法(thermal stimulation)是利用地表泵將熱水送至目標地層利用升溫效應採集天然氣;減壓法(depressurization)則是抽取地表下的氣體,降低壓力以促使甲烷氣釋放出來。這兩種方法也可以相互結合,先利用熱激發釋放出甲烷,再不斷抽氣,將甲烷導引至地表。今年4月,日本在加拿大西北部永凍層中進行開採研究與測試,即是結合上述兩種方法。
     另外,在開採天然氣水合物的同時,順便將二氧化碳封存至地底下,也是一舉兩得的構想。經濟部中央地質調查所科長鐘三雄指出,將二氧化碳打入天然氣水合物賦存層的上方與下方地層(下圖的(1)及(2)),讓二氧化碳形成水合物。由於二氧化碳在形成水合物時,由氣態變固態,會放出熱能,下層的熱氣往上冒,可以形成一個加溫層,幫助天然氣水合物解離而易於抽取,而上層的作用是形成天然不透水層屏障,防止開採過程中的天然氣外洩。不過上述做法在技術上仍有困難尚待解決,未來若能一一克服,便能達到一石二鳥的目的。
 


開採甲烷水合物並封存二氧化碳的概念示意圖。首先在甲烷水合物賦存層上方注入二氧化碳,形成二氧化碳水合物封閉層(1);再於甲烷水合物賦存層下方注入二氧化碳,形成二氧化碳水合物(2),同時藉由形成二氧化碳水合物所放出的反應熱,促進上方甲烷水合物解離。當甲烷氣被抽取至地表後,再注入二氧化碳到甲烷水合物賦存層,取代被抽走的甲烷,同時形成二氧化碳水合物。(影像來源:經濟部中央地質調查所)

  
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留言共 6 篇留言

Root
好神奇,這玩意兒真漂亮

01-29 01:22

Jessica的老公
是呀,很新奇吧。難怪有人說,這一世代若是念能源,環工或綠化的
都要出頭啦。

01-29 09:44

金恩‧司理拜昂
固態甲烷嗎??
聽說釣魚台挺多的

01-29 21:01

Jessica的老公
恩~現在世界臨海國家無不努力尋找這種資源。
唉~難怪日本對釣魚台主權,打死不肯鬆口,
又有石油又有甲烷水合物,真是削翻了。01-30 11:27
任意隨風
地球有救了嗎!!

02-03 01:41

鐵牛~
太陽默視錄的m資源 原來就是他~

02-03 21:59

Jessica的老公
是太陽默示錄嗎?
之前有一款電玩,
『鐵拳妮娜:Death by degree』
也是提到這個天然氣水合物。02-03 22:17
鐵牛~
恩 字打錯了 南日本的秘密武器
改天把勸敗文PO上來好了~有一套的人= =

02-04 14:58

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