海洋資源得利用和保護

【專家解說】：海洋資源開發(fā) 海洋石油和天然氣開發(fā) 石油和天然氣資源據(jù)1995年的估計世界近海已探明的石油資源儲量為379億噸，天然氣的儲量為39萬億立方米。據(jù)不完全統(tǒng)計，海底蘊藏的油氣資源儲量約占全球油氣儲量的1/3。預計在本世紀，海底油氣開發(fā)將從淺海大陸架延伸到千米水深的海區(qū)。 世界海洋石油的絕大部分存在與大陸架上。據(jù)測算，全世界大陸架面積約為3000萬平方公里，占世界海洋面積的8%。關于海洋石油的儲藏量，由于勘探資料和計算方法的限制，得出的結論也各不相同。法國石油研究機構的一項估計是：全球石油資源的極限儲量為10000億噸，可采儲量為3000億噸。其中海洋石油儲量約占45%，即可采儲量為1350億噸。 半坐底式平臺（用于深水開采） 波斯灣大陸架石油產量較早進入大規(guī)模開采，連同附近陸地上的海洋石油產量，供應了戰(zhàn)后世界石油需求的一半以上。歐洲西北部的北海是僅次于波斯灣的第二大海洋石油產區(qū)。美國、墨西哥之間的墨西哥灣，中國近海，包括南沙群島海底，都是世界公認的海洋石油最豐富的區(qū)域。 在海洋進行石油和天然氣的勘探開采工作要比陸地上困難多。必須具備一些與陸地不同的特殊技術，如平臺技術、鉆井技術和油氣輸送技術等。 工作平臺有固定式平臺和移動式鉆井平臺，移動式鉆井平臺克服了固定式平臺建、柴禾不能重復使用的缺點，并大大增加了工作深度。移動式海洋石油鉆井設備擁有自己的浮力結構，可以有拖船拖著移動。有的還擁有自己的動力設備，可以自航。移動式海洋鉆井設備包括：座底式平臺、自升式平臺、半潛式平臺和鉆井船。其中半潛式平臺是目前適合于較深水域作業(yè)的先進平臺，它既能克服鉆井船的不穩(wěn)定性又能在較深水域中作業(yè)。 為向深水石油開發(fā)進軍，研究穩(wěn)定有廉價的深水平臺和深水重力平臺。張力推平臺用繃緊的鋼索系留，工作水深刻達600--900米。后兩種平臺都是從海底直立到海面的固定平臺，其特點主要是采用縮小橫斷面等技術，降低造價，其工作深度可達500--600米。 海洋生物資源開發(fā) 中國海域的生物種類豐富多樣，已有描述記錄的物種達2萬多種。海產魚類1500種以上，產量較大的有200多種。漁場面積280萬平方公里，水產品年產量達2800多萬噸，居世界首位。 我國海洋生物的物種較淡水多得多，有記錄的3802種魚類，海洋就占3014種。此外，我國還擁有紅樹林、珊瑚礁、上升流、河口海灣、海島等各種海洋高生產力的生態(tài)系統(tǒng)，對各類海洋生物的繁殖和生長極為有利。 經(jīng)濟學家預言：21世紀將是海洋的世紀?！昂Ｑ笏a生產農牧化”、“藍色革命計劃”和“海水農業(yè)”構成未來海洋農業(yè)發(fā)展的主要方向。 海洋水產生產農牧化 就是通過人為干涉，改造海洋環(huán)境，以創(chuàng)造經(jīng)濟生物生長發(fā)育所需的良好環(huán)境條件，同時也對生物本身進行必要的改造，以提高它們的質量和產量。具體就是建立育苗廠、養(yǎng)殖場、增殖站，進行人工育苗、養(yǎng)殖、增殖和放流，使海洋成為魚、蝦、貝、藻的農牧場。中國目前已是世界第一海水養(yǎng)殖大國。隨著海洋生物技術在育種、育苗、病害防治和產品開發(fā)方面的進一步發(fā)展，海水養(yǎng)殖業(yè)在21世紀將向高技術產業(yè)轉化。 藍色革命計劃 是著眼于大洋深處海水的利用。在大洋深處，深層水溫只有8℃～9℃，氮和磷是表層海水的200倍和15倍，極富營養(yǎng)。將深層水抽上來，遇到充足的陽光，就會形成一個產量倍增的新的人工生態(tài)系統(tǒng)。溫差可以用來發(fā)電或直接用于農業(yè)生產。美國和日本已經(jīng)在進行這種人工上升流試驗，認為將引發(fā)一場海水養(yǎng)殖的革命，所以稱為“藍色革命”。 海水農業(yè) 是指直接用海水灌溉農作物，開發(fā)沿岸帶的鹽堿地、沙漠和荒地?！八{色革命計劃”是把海水養(yǎng)殖業(yè)由近海向大洋擴展?！昂Ｋr業(yè)”則是要迫使陸地植物“下?！保@是與以淡水和土壤為基礎的陸地農業(yè)的根本區(qū)別。人類為了獲得耐海水的植物正在進行艱苦的探索，除了采用篩選、雜交育種外,還采用了細胞工程和基因工程育種。這些研究仍在繼續(xù),目前采用品種篩選和雜交等傳統(tǒng)方法已經(jīng)獲得了可以用海水灌溉的小麥、大麥和西紅柿等。 海水資源開發(fā) 沿海工業(yè)用海水在發(fā)達國家已達90％以上，如果我國也能大力推廣海水利用，是可以大大緩解濱海城市缺水問題的。 海水直接利用 海水直接利用的方面多，用水量大，在緩解沿海城市缺水中占有重要地位。在發(fā)達國家，海水冷卻廣泛用在沿海電力、冶金、化工、石油、煤炭、建材、紡織、船舶、食品、醫(yī)藥等工業(yè)領域。日本和歐洲每年都約3000億立方米，目前，我國僅100多億立方米。如果積極把海水在工業(yè)中作冷卻水、沖洗水、稀釋水等以及居民的沖廁用水（約占居民生活用水的35％）發(fā)展起來，對緩解沿海城市缺水問題，將起重大作用。 海水直接利用的技術包括：海水直流冷卻技術，已有80年應用史，是目前工業(yè)應用的主流；海水循環(huán)冷卻技術，我國尚處研究階段；海水沖洗等技術等。與海水直接利用的有關重要技術，還包括耐腐蝕材料，防腐涂層，陰極保護，防生物附著，防漏滲，殺菌，冷卻塔技術等。 海水淡化 海水淡化技術，經(jīng)半個多世紀的發(fā)展，其技術已經(jīng)成熟。主要的淡化方法有： 多級閃蒸（MSF）。單機容量可達4.5－5.7萬m3／d。運行溫度、造水比和級數(shù)分別在120℃、10和40級。多級閃蒸除了消耗一定的加熱蒸汽外，要消耗電能4～5kWh／m3淡水，用于海水的循環(huán)和流體的輸送。 低溫多效（LT－MDE）技術是在多效基礎上，于1975年發(fā)展起來的，近10年有較大發(fā)展。單臺裝置每天可產淡水20000立方米。蒸發(fā)溫度低于800度，效數(shù)一般在12效左右。造水比大于10。低溫多效除了要消耗的加熱蒸汽外，要耗電能1.8kWh／m3用于流體輸送。 反滲透（SWRO）RO角膜和組件技術已相當成熟，組件脫鹽率可達99.5％，能耗在3～4kWh／m3淡水。SWRO技術設備投資少、能耗低、效益高、工藝成熟，已有30年的經(jīng)驗積累，競爭力最強。 最近，日本辛德萊拉依特公司開發(fā)出一種低成本、高效率的海水淡化新裝置。其外表是一個不銹鋼制多孔圓筒，里面裝有一個由1000枚外徑156毫米、內徑136毫米不銹鋼片摞成的管。這支管經(jīng)緩慢擰曲，內外會因不銹鋼片位移而形成凸凹不平的層次，層次間出現(xiàn)納米級空隙。使用時，首先將海水放入結晶裝置中，再施加高頻電壓進行“加工”。幾十秒鐘后，海水中鈉離子和氯離子會發(fā)生化合而形成細微食鹽晶體，并逐漸增長為1微米左右的粒子。這些粒子凝聚后，可形成直徑為幾微米、容易被過濾掉的鹽粒。然后，把這種海水放進上述不銹鋼圓筒的容器中，施加一定壓強，鹽粒就會被擋在管外，其余受壓而浸入擰曲管內的水便是要得到的淡水，其鹽分濃度為0．067％左右，氯化鎂等礦物質含量是正常海水的一半，成為理想的飲用水。 新型裝置效率是浸透膜方法的3倍，海水利用程度高達95％，所需電費和維修費都很低。該公司已經(jīng)制造出每分鐘可生產200升淡水的大型裝置。 世界海水淡化的日產量已經(jīng)達到2700萬噸，并且還在以10％～30％的速度攀升。目前海水淡化的國際市場容量已經(jīng)達到20多億美元，主要由美、日等強國瓜分，未來20年有近700億美元，市場潛力巨大。在多次國際海水淡化會議上，第三世界國家的代表迫切希望中國的海水淡化技術能夠進入國際市場，打破目前的壟斷格局。 與核能等新能源結合是海水淡化降低成本走向大型化的趨勢。中國核工業(yè)總公司已經(jīng)掌握了低品位核燃料的高效利用新技術。據(jù)測算如果把世界上廢棄的低品位核燃料全部利用，可建立300余座20萬千瓦的低溫核供熱堆（中國現(xiàn)有廢料可建10座）。這些熱量全部用于海水淡化，每天可生產2400萬立方米的優(yōu)質淡化水，供養(yǎng)的人口超過2億。核能技術與海水淡化的結合除了要求核技術本身是成熟的之外，還需要成熟的先進蒸餾法海水淡化技術與之配套，更能顯示其技術經(jīng)濟優(yōu)勢。海水淡化技術與中國的核工業(yè)捆綁進入國際市場，形成核能海水淡化產業(yè)，可實現(xiàn)和平利用核能為人類造福。如果中國能占領1／5的核能淡化市場，可實現(xiàn)核供熱設備銷售產值150億元，海水淡化設備銷售產值480億元，形成我國有自主知識產權、國際競爭能力的優(yōu)勢產業(yè)。 海水淡化在推進海水利用中地位重要。沿海工業(yè)利用淡化海水雖然量少，但是性質重要，目前全國的海水淡化，每年就能節(jié)省約400萬立方米陸地水，對保證沿海工業(yè)生產的需要和居民生活用水發(fā)揮了重大作用。目前海水淡化成本一般4至5元，如果熱電水聯(lián)產海水淡化成本可降到4元以下，如果再發(fā)展海水綜合利用，把濃縮海水用來提取化學元素，其淡化成本還要降低。目前海水淡化的成本已為島嶼用淡水和沿海發(fā)電廠用淡水和純水所接受。 海水化學物質提取利用 海水中化學物質提取是有無限前景的新興產業(yè)。溶解于海水的3.5％的礦物質是自然界給人類的巨大財富。不少發(fā)達國家已在這方面獲取了很大利益。我國對海水化學元素的提取，目前形成規(guī)模的有鉀、鎂、溴、氯、鈉、硫酸鹽等。但除氯化鈉是從海水中直接提取的以外，其他元素僅限于從地下鹵水和鹽田苦鹵的提取，而且，資源綜合利用工藝流程落后，產品質量與國際有一定差距，急需技術更新和設備改造。我國是世界海鹽第一生產大國，年產量近2000萬噸；目前，我國還處在鹽堿工業(yè)向海洋化工工業(yè)的過渡階段，經(jīng)過“八五”、“九五”技術攻關，直接從海水中提取化學物質的產業(yè)正在我國逐步形成。全球數(shù)量巨大的海水，其體積為13.7億立方公里，約137億億噸。海水本身就是一座資源寶庫，海水中溶解有80多種金屬和非金屬元素。通常把海水中的元素分為兩類：每升海水中含有1毫克以上的元素叫常量元素；含量在1毫克以下的元素稱為微量元素。海水中微量元素有60多種，如鋰(Li)有2500億噸，它是熱核反應中的重要材料之一，也是制造特種合金的原料；銣(Rb)有1800億噸，它可以制造光電池和真空管；碘(I)有800億噸，它可以用于醫(yī)藥，常用的碘酒就是用碘制成的。 綜合開發(fā)海水技術 與發(fā)達國家比，我國綜合提取利用技術差距較大，但是自90年代以來有很大發(fā)展，從傳統(tǒng)的苦鹵化工“老四樣”（氯化鉀、氯化鎂、硫酸鈉和溴），已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)在的近百個品種。 還可以加大力度發(fā)展的項目有：發(fā)展提溴新技術，以提高現(xiàn)有地上鹵水資源的溴利用率，提高溴質量，減少能耗，降低成本，積極發(fā)展高效溴化劑和新型阻燃劑等；積極發(fā)展“無機離子交換法海水、鹵水提鉀技術”，這項技術的成功，可以改造老鹽化工企業(yè)，并能彌補我國陸地鉀資源的不足；積極發(fā)展高技術含量、高附加值的鎂新產品；加強海水提鈾技術的研究開發(fā)；加強直接從海水提取其他化學物質的研究和開發(fā)，以及水、電、熱聯(lián)產與海水綜合利用的結合。 海洋能源 海洋能包括溫度差能、波浪能、潮汐與潮流能、海流能、鹽度差能、岸外風能、海洋生物能和海洋地熱能等8種。這些能量是蘊藏于海上、海中、海底的可再生能源，屬新能源范疇。所謂“可再生”是指它們可以不斷得到補充，永不會枯竭，不像煤、石油等非再生能源，儲量有限，開采一點就少一點。人們可以把這些海洋能以各種手段轉換成電能、機械能或其他形式的能，供人類使用。海洋能絕大部分來源于太陽輻射能，較小部分來源于天體(主要是月球、太陽)與地球相對運動中的萬有引力。蘊藏于海水中的海洋能是十分巨大的，其理論儲量是目前全世界各國每年耗能量的幾百倍甚至幾千倍。 法國郎斯潮汐電站示意圖 花環(huán)式海流發(fā)電站示意圖 海洋能具有一些特點。第一，它在海洋總水體中的蘊藏量巨大，而單位體積、單位面積、單位長度所擁有的能量較小。這就是說，要想得到大能量，就得從大量的海水中獲得。第二，它具有可再生性。海洋能來源于太陽輻射能與天體間的萬有引力，只要太陽、月球等天體與地球共存，這種能源就會再生，就會取之不盡，用之不竭。第三，海洋能有較穩(wěn)定與不穩(wěn)定能源之分。較穩(wěn)定的為溫度差能、鹽度差能和海流能。不穩(wěn)定能源分為變化有規(guī)律與變化無規(guī)律兩種。屬于不穩(wěn)定但變化有規(guī)律的有潮汐能與潮流能。人們根據(jù)潮汐潮流變化規(guī)律，編制出各地逐日逐時的潮汐與潮流預報，預測未來各個時間的潮汐大小與潮流強弱。潮汐電站與潮流電站可根據(jù)預報表安排發(fā)電運行。既不穩(wěn)定又無規(guī)律的是波浪能。第四，海洋能屬于清潔能源，也就是海洋能一旦開發(fā)后，其本身對環(huán)境污染影響很小。 各種海洋能的蘊藏量是巨大的，據(jù)估計有750多億千瓦，其中波浪能700億千瓦，溫度差能20億千瓦，海流能10億千瓦，鹽度差能10億千瓦。從各國的情況看，潮汐發(fā)電技術比較成熟。利用波能、鹽度差能、溫度差能等海洋能進行發(fā)電還不成熟，目前正處于研究試驗階段。這些海洋能至今沒被利用的原因主要有兩方面：第一，經(jīng)濟效益差，成本高。第二，一些技術問題還沒有過關。 核能能夠發(fā)生裂變反應的最佳物質是鈾，能夠發(fā)生聚變反應的最佳物質是氘。這兩種物質的絕大部分賦存在海水里。 鈾是高能量的核燃料，1千克鈾可供利用的能量相當于2250噸優(yōu)質煤。然而陸地上鈾礦的分布極不均勻，并非所有國家都擁有鈾礦，全世界的鈾礦總儲量也不過2×106噸左右。但是，在巨大的海水水體中，含有豐富的鈾礦資源，總量超過4×109噸，約相當于陸地總儲量的2000倍。 吸附法海水提鈾示意圖 海水提鈾的方法很多，目前最為有效的是吸附法。氫氧化鈦有吸附鈾的性能。利用這一類吸附劑做成吸附器就能夠進行海水提鈾。現(xiàn)在海水提鈾已從基礎研究轉向開發(fā)應用研究。日本已建成年產10千克鈾的中試工廠，一些沿海國家亦計劃建造百噸級或千噸級鈾工業(yè)規(guī)模的海水提鈾廠。如果將來海水中的鈾能全部提取出來，所含的裂變能相當于l×1016噸優(yōu)質煤，比地球上目前已探明的全部煤炭儲量還多1000倍。 重水也是原子能反應堆的減速劑和傳熱介質，也是制造氫彈的原料，海水中含有2×1014噸重水，氘是氫的同位素。氘的原子核除包含一個質子外，比氫多了一個中子。氘的化學性質與氫一樣，但是一個氘原子比一個氫原子重一倍，所以叫做“重氫”。氫二氧一化合成水，重氫和氧化合成的水叫做“重水”。如果人類一直致力的受控熱核聚變的研究得以解決，從海水中大規(guī)模提取重水一旦實現(xiàn)，海洋就能為人類提供取之不盡、用之不竭的能源。蘊藏在海水中的氘有50億噸，足夠人類用上千萬億年。實際上就是說，人類持續(xù)發(fā)展的能源問題一勞永逸地解決了。