实验室里的冰与火之歌

➤“把基础研究做好了，等到国家实际开采就可以省下不少钱。”

➤“做科研哪有一蹴而就？都是在前一步的基础上不断改良，最终才会成功。”

➤“我最大的期待就是让可燃冰能够真正有用武之地，为我们国家的能源结构改善，再点一把希望之火。”

　　文 |《瞭望》新闻周刊记者 常清潭 康晋晖 实习生 韦梦想

　　

　　自然界有这样一种“冰”，当燃烧着的火苗接触它，它就会被点燃并产生热能。它就是可燃冰。上个世纪90年代起，我国开始对这种能源进行研究和开采，不断在这个领域创下世界纪录。

　　李彦龙是中国地质调查局青岛海洋地质研究所副研究员，从2015年开始，他和其他科研人员一起，开展了大量的基础技术研究，见证了一个又一个技术进步的时刻。在实验室里、在深海中、在高压危险的设备旁，“冰与火之歌”正在上演。

　　深海寻火种

　　一来到李彦龙所在的实验室，就看到一簇火焰在冰上燃烧，发出滋滋沙沙的声音。这是可燃冰分解过程中产生的甲烷，从孔隙里被释放出来的声音。

　　李彦龙介绍说，可燃冰的学名是天然气水合物，是由水和天然气在高压低温条件下，混合而成的一种结晶物质。因为外观看起来像冰块，所以又被称为可燃冰。

　　可燃冰主要分布在海底。我国是世界上可燃冰储量最大的国家，可供人类使用100年。仅我国南海就有85万亿立方米，相当于我国陆地常规天然气资源总量的2.1倍以上。我国从上世纪90年代就开始对可燃冰的研究工作。2001年，我国第一次人工合成可燃冰样品。2017年，我国在南海神狐海域进行了首次海上试采。李彦龙全程参与了试采工作。

　　要把可燃冰从1200米的海底以下带上海面，谈何容易？

　　可燃冰的分布并不像油气那样集中，而且可燃冰在海底可能已经成为地质结构的一部分，如果开采不当，甚至会引发海底地质灾害。“不过现在并没有开展大规模商业化开采，目前试采工作还不会有地质灾害风险。”李彦龙说。

　　传统的开采油气资源的设备在应对可燃冰开采时，也会遇到问题，影响产气效率，“现在这套金属的设备不怕岩石硬，但它怕软的海底和冰层，轨迹不好掌握。”他说。

　　在参与试采过程中，李彦龙就遇到过泥砂涌入井筒的情况。当时他百思不得其解，回到实验室反反复复做实验才发现问题所在。

　　“公众比较关心的可能是什么时候能用上可燃冰，而我更关心的是可燃冰可采背后的一些技术挑战和科学研究问题。”李彦龙说。

李彦龙正在准备可燃冰样品 康晋晖摄

　　“做科研哪有一蹴而就”

　　在李彦龙看来，作为新型能源，可燃冰有很多问题值得科研人员去探索。从2015年开始，毕业不久的他就开始和可燃冰打交道。7年来，他沉浸在科研的乐趣中。

　　做实验，主要使用的还是人工制备的可燃冰。当水和甲烷遇到低温和高压时，就会生成纯白的可燃冰。“现在，我们的研究生同学基本上都能自行制备可燃冰样品。这也反映了我们国家的技术进步。”李彦龙说，

　　实验室里，不论是制备可燃冰的设备，还是模拟钻井的系统，都存在一定危险。有一次，因为极端的低温，12颗螺丝从中间断开。李彦龙回忆，他们当时很紧张，但还是冒着危险尽力把实验风险降到了最低。虽然危险不断，但只要一想到“把基础研究做好了，等到国家实际开采就可以省下不少钱”，李彦龙就觉得这一切都是值得的。

　　此前，李彦龙所在的青岛海洋科学与技术试点国家实验室，曾利用可燃冰的记忆效应提升其开采效率。可燃冰的记忆效应，是指在一定条件下，由水合物分解产生的水，比没有水合物形成历史的水更容易生成水合物。科研人员自主研发了全可视水合物成核概率探测装置，提出了恒速降温强制水合物快速成核以提高实验效率的方法，找到了决定记忆效应强弱的演化特征。

　　“研究可燃冰，每隔一段时间就会有新的灵感。”对于李彦龙来说，新的灵感就是重复枯燥的研究生活中不期而遇的小惊喜。

　　李彦龙有个习惯，他会把突然浮现的灵感和近期的工作记在本子上，“做越来越多的研究，反而觉得自己的记忆力变差了，遇到灵感得赶紧记下来，不然就会忘记。”李彦龙笑着解释。

　　李彦龙知道还有很多难题等待被攻破，这些都不能阻碍他的研究脚步。“做科研哪有一蹴而就？都是在前面的基础上不断改良，才会最终成功”。

　　“再点一把希望之火”

　　当下，煤炭、石油等化石能源开采使用面临多重约束。而相对于常规油气等化石能源，可燃冰所含的杂质更少，相同质量燃烧产生的能量更多，燃烧的产物几乎只有水和二氧化碳。同时，1立方米的可燃冰分解，可以释放164立方米的天然气。

　　因为储量丰富、燃烧起来清洁又高效，可燃冰被国际公认为石油和天然气的接替能源，各国都在加快对其的研究和开采。

　　一些国家早在上世纪60年代就开始研究可燃冰。相比之下，我国起步较晚，但依然取得了令人瞩目的成绩。2020年，在水深1225米的南海神狐海域，第二轮可燃冰试采成功，创造了“产气总量86.14万立方米，日均产气量2.87万立方米”两项新的世界纪录，标志着我国成为又一独立掌握海洋“可燃冰”试采技术、工具的国家。

　　“利用可燃冰目前最大的困难还是开采。”李彦龙说，如果能解决开采难题，可燃冰未来很有可能成为人类主要使用的能源之一。同时，由于我国是世界上可燃冰储量最丰富的国家，可燃冰的开采和利用可能改变世界能源格局，对国家的发展意义重大。

　　我国计划在2030年实现可燃冰商业化开采。李彦龙说，“我最大的期待就是让可燃冰能够真正有用武之地，为我们国家的能源结构改善，再点一把希望之火”。□