未來能源新格局?台灣開發「可燃冰」的挑戰

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出版時間:2019/01/12 16:01
論者指出,在高壓與低溫環境中,水分子和輕質天然氣相互混合,形成天燃氣水合物,此結晶冰狀物質可在火上點燃,亦稱「可燃冰」,普遍存在高原永凍層與大陸邊緣海床。圖為可燃冰。資料照片
論者指出,在高壓與低溫環境中,水分子和輕質天然氣相互混合,形成天燃氣水合物,此結晶冰狀物質可在火上點燃,亦稱「可燃冰」,普遍存在高原永凍層與大陸邊緣海床。圖為可燃冰。資料照片

呂錫民/工研院能環所前研究員
 
在高壓與低溫環境中,水分子和輕質天然氣相互混合,形成「天燃氣水合物(Natural Gas Hydrate, NGH)」,此結晶冰狀物質可在火上點燃,並持續燃燒,亦稱「可燃冰(Combustible Ice)」,普遍存在高原永凍層與大陸邊緣海床。
 
在此水合物固體結構中,天然氣分子體積占20%,四周為水分子包圍,體積占比約80%。甲烷是天然氣水合物的主要貢獻成分,在標準條件下,分解1體積的甲烷水合物,可釋放150-180體積的甲烷,天然氣水合物是未來重要潛在能源。
 
隨著石油、煤炭傳統能源逐漸枯竭,天然氣水合物,由於分佈廣泛、資源量大、污染低,從而成為「未來能源」。天然氣水合物儲量豐富,預計將超過煤炭、常規天然氣、石油等儲量兩倍以上。天然氣水合物已成世界能源新格局。
 
台大地質研究資料指出,目前全球約有60處可燃冰儲區發現,不過像台灣西南海域般大量蘊藏且出入便利的地點不多。這種可替代能源約有6000億立方公尺蘊藏量,以台灣每年的天然氣消耗總量換算,預估至少可使用60年,深具經濟價值。
 
不過,台灣要全面開發此一替代能源與豐富資源,尚有不少挑戰與問題需要面對與解決。
 
(1)在探勘方面;雖然有不少研究以地震指標來評估水合物的儲量,但僅靠地震探勘表徵顯然是不夠的。
 
(2)在開採方面;從天然氣水合物儲層中生產天然氣是很困難的,並且要正確評估水合物採收率也不是那麼容易。其中需要解決的問題,包括:潛在資源的定位、水合物含量的評估、過程中免受水合物分解的地質力學影響等等。
 
(3)在環境和應用方面;水合物開發不僅要考慮經濟效益,同時也要思考如何將已採收天然氣運送到市場的問題。更重要的是,天然氣水合物的開發可能會對環境造成更大的危害。甲烷氣體的溫室效應遠大於二氧化碳氣體。
 
(4)在研發方面,未來,研究人員應該注意從水合物開發天然氣的方式,如水合物模擬及水合物生產測試等等。另外,對水合物的性質也需更深入探討,如水合物的動力學領域,將是最大的研究挑戰。
 
雖然我們對水合物中的組成含量知之甚詳,但對水合物的形成機制,卻沒有透徹瞭解,而這些問題的突破,有待未來研究人員來完成。

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