現(xiàn)在有沒有代替煤氣和天然氣的物質(zhì)？

【專家解說】：(1)氫氣——21世紀能源新寵 2002年英國《金融時報》載文說，由于易燃易爆而結(jié)束了飛艇稱王稱霸地位的氫氣，可能東山再起，成為21世紀的重要燃料。 氫氣作為燃料，有以下特點：一是除核燃料外氫氣的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，為142 351 kJ／kg，是汽油發(fā)熱值的3倍；二是它燃燒時，幾乎不產(chǎn)生有害氣體和微粒；三是蘊藏豐富。據(jù)估計，目前全球的石油儲量，僅能維持30～40年，煤的儲量僅能維持200～300年，核燃料鈾等的儲量也是有限的，而氫元素存在于水中，可以說是取之不盡，用之不竭。 生產(chǎn)氫氣最簡單、最直接的方法是電解法。將電流通于水，可把水分解成氫氣和氧氣。利用石油、煤等發(fā)電制氫，同樣污染環(huán)境，且成本高。 從20世紀80年代開始，太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率大幅提高，成本降低。這樣，如果計入石化燃料治理污染費用和污染引起疾病的治療費用、運輸渠道等開支，氫的成本也只接近于石化燃料生產(chǎn)電力的成本。美國國家能源和環(huán)境研究中心已計劃在加州的沙漠地帶布設(shè)大面積太陽能電池，用其電力電解地下含水層的水來生產(chǎn)氫氣，然后用泵把氫抽入管道，分配使用。 另外，生物技術(shù)制氫也是一種才良有前途的方法。例如，藻類中的紅藻、藍藻、綠藻和褐藻，均能利用陽光將水分解成氫和氧，目前德國正在建造一座藻類制氫農(nóng)場，預(yù)計到2020年，可形成藻類制氫產(chǎn)業(yè)?？茖W家發(fā)現(xiàn)有許多原始低等生物，在其新陳代謝過程中可放出氧氣。 日本一位細菌學家培養(yǎng)出一種紅極毛桿菌，這種細菌每消耗5毫升淀粉培養(yǎng)液，可產(chǎn)生25毫升氧氣，是功效很高的一種制氫菌種。美國宇航部門將做這樣的試驗：將一種光合細菌——紅螺桿菌帶到太空去，用它所放出的氫氣作為能源，供航天器儀器使用。這種紅螺桿菌生長繁殖速度很快，并極容易在農(nóng)副產(chǎn)品的廢渣、廢水和乳類產(chǎn)品加工后的垃圾中培養(yǎng)。這也是一種很有前途的制氫細菌。此外，直接利用太陽光分解水制造氫氣的方法也在試驗之中。 隨著液態(tài)氫技術(shù)的發(fā)展和儲氫合金的研制成功，氫的儲存、運輸將更加安全，氫將成為汽車、飛機、空間飛行器的理想燃料。 (2)可燃冰有望成為21世紀新能源 20世紀70年代以來，人們陸續(xù)在世界各地的海洋深處發(fā)現(xiàn)了一種以前從未給予充分重視的新能源——可燃冰。猛聽這一名詞，你一定會感到奇怪！冰，怎么會可燃呢？其實，可燃冰是指水和天然氣相結(jié)合后形成的一種晶體物質(zhì)，學術(shù)上稱為“天然氣水化合物”。據(jù)測定，1立方米固體可燃冰，約含200立方米天然氣。所以可燃冰具有很強的燃燒能力，是一種十分重要的能源資源。可燃冰的發(fā)現(xiàn)是出于一次偶然的機會。在20世紀30年代，人們?yōu)榱溯斔吞烊粴?，開始鋪設(shè)巨型天然氣管道。由于管道經(jīng)常發(fā)生堵塞，結(jié)果將管道剖開，才發(fā)現(xiàn)是被冰一樣的物質(zhì)所封堵，對這種物質(zhì)進行研究后，才知道是天然氣與水的結(jié)合物，有很強的燃燒能力，是一種很有開采價值的新能源。 1、什么叫“可燃冰” “可燃冰”的主要成分是甲烷與水分子，學名為“天然氣水合物”（Natural Gas Hydrate，簡稱Gas Hydrate），又稱“籠形包合物”（Clathrate），分子結(jié)構(gòu)式為：CH4·H2O。天然氣水合物是在一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、PH值等）下，由氣體或揮發(fā)性液體與水相互作用過程中形成的白色固態(tài)結(jié)晶物質(zhì)，外觀像冰。由于天然氣水合物中通常含有大量甲烷或其它碳氫氣體，因此極易燃燒，被稱為“可燃燒的冰”，燃燒產(chǎn)生的能量比同等條件下煤、石油、天然氣產(chǎn)生的多得多，而且在燃燒以后幾乎不產(chǎn)生任何殘渣或廢棄物，污染比煤、石油、天然氣等要小得多。組成天然氣的成分如CH4，C2H6，C3H8，C4H10等同系物以及CO2，N2，H2S等可形成單種或多種天然氣水合物。形成天然氣水合物的主要氣體為甲烷，對甲烷分子含量超過99%的天然氣水合物通常稱為甲烷水合物（Methane Hydrate）。 天然氣水合物的形成有三個基本條件，缺一不可。據(jù)專家介紹，首先溫度不能太高；第二壓力要足夠大，但不需太大；0℃時，30個大氣壓以上就可生成；第三，地底要有氣源。天然氣水合物受其特殊的性質(zhì)和形成時所需條件的限制，只分布于特定的地理位置和地質(zhì)構(gòu)造單元內(nèi)。一般來說，除在高緯度地區(qū)出現(xiàn)的與永久凍土帶相關(guān)的天然氣水合物之外，在海底發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物通常存在水深300～500m以下（由溫度決定），主要附存于陸坡、島嶼和盆地的表層沉積物或沉積巖中，也可以散布于洋底以顆粒狀出現(xiàn)。這些地點的壓力和溫度條件使天然氣水合物的結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。從大地構(gòu)造角度來講，天然氣水合物主要分布在聚合大陸邊緣大陸坡、被動大陸邊緣大陸坡、海山、內(nèi)陸海及邊緣海深水盆地和海底擴張盆地等構(gòu)造單元內(nèi)。據(jù)估計，陸地上20.7%和大洋底90%的地區(qū)，具有形成天然氣水合物的有利條件。絕大部分的天然氣水合物分布在海洋里，其資源量是陸地上的100倍以上。在標準狀況下，一單位體積的天然氣水合物分解最多可產(chǎn)生164單位體積的甲烷氣體，因而是一種重要的潛在未來資源。 2、天然氣水合物的儲量 天然氣水合物在世界范圍內(nèi)廣泛存在，這一點已得到廣大研究者的公認。在地球上大約有27%的陸地是可以形成天然氣水合物的潛在地區(qū)，而在世界大洋水域中約有90%的面積也屬這樣的潛在區(qū)域。已發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物主要存在于北極地區(qū)的永久凍土區(qū)和世界范圍內(nèi)的海底、陸坡、陸基及海溝中。由于采用的標準不同，不同機構(gòu)對全世界天然氣水合物儲量的估計值差別很大。據(jù)潛在氣體聯(lián)合會（PGC，1981）估計，永久凍土區(qū)天然氣水合物資源量為1.4×1013～3.4×1016m3，包括海洋天然氣水合物在內(nèi)的資源總量為7.6×1018m3。但是，大多數(shù)人認為儲存在汽水合物中的碳至少有1×1013t，約是當前已探明的所有化石燃料（包括煤、石油和天然氣）中碳含量總和的2倍。由于天然氣水合物的非滲透性，常?？梢宰鳛槠湎聦佑坞x天然氣的封蓋層。因而，加上汽水合物下層的游離氣體量這種估計還可能會大些。如果能證明這些預(yù)計屬實的話，天然氣水合物將成為一種未來豐富的重要能源。 從化學結(jié)構(gòu)來看，天然氣水合物是這樣構(gòu)成的：由水分子搭成像籠子一樣的多面體格架，以甲烷為主的氣體分子被包含在籠子格架中。不同的溫壓條件，具有不同的多面體格架。 從物理性質(zhì)來看，天然氣水合物的密度接近并稍低于冰的密度，剪切系數(shù)、電解常數(shù)和熱傳導(dǎo)率均低于冰。天然氣水合物的聲波傳播速度明顯高于含氣沉積物和飽和水沉積物，中子孔隙度低于飽和水沉積物，這些差別是物探方法識別天然氣水合物的理論基礎(chǔ)。此外，天然氣水合物的毛細管孔隙壓力較高。 有專家預(yù)測，可燃冰至少能為人類提供1000年的能源，它將來有望替代煤、石油和天然氣，成為“21世紀的新能源”。 可燃冰是天然氣和水結(jié)合在一起的固體化合物，外形與冰相似。由于含有大量甲烷等可燃氣體，因此極易燃燒，而且燃燒后污染較少?？茖W家把可燃冰稱作“屬于未來的能源”。世界上可燃冰的總資源量巨大。據(jù)估算，其有機碳含量大約相當于全世界已知煤炭、石油和天然氣總量的2倍。這些可燃冰資源可滿足人類未來1000年的需求。世界上已發(fā)現(xiàn)的可燃冰分布區(qū)多達116處，其礦層之厚、規(guī)模之大，是常規(guī)天然氣田無法相比的。 天然可燃冰呈固態(tài)，不會像石油開采那樣自噴流出。為了獲取這種清潔能源，世界許多國家都在研究天然可燃冰的開采方法?？茖W家們認為，一旦開采技術(shù)獲得突破性進展，那么可燃冰立刻會成為21世紀的主要能源。 相反，如果開采不當，后果是災(zāi)難性的。在導(dǎo)致全球氣候變暖方面，甲烷所起的作用，比二氧化碳要大1020倍；而可燃冰礦藏哪怕受到最小的破壞，都足以導(dǎo)致甲烷氣體的大量泄漏，從而引起強烈的溫室效應(yīng)。另外，陸緣海邊的可燃冰開采起來十分困難，一旦發(fā)生井噴事故，就會造成海嘯、海底滑坡、海水毒化等災(zāi)害。所以，可燃冰的開發(fā)利用就像一柄“雙刃劍”，需要慎重對待。