4月2日消息，據美國國家地理網站報道，甲烷水合物，也稱可燃冰，是存在於海底低溫高壓環境下形成的甲烷被水合物結構包裹的特殊物質形式。由於估算其儲量驚人，正在成為世界各國競相研究的對像。近日日本的一項重大技術突破再次引起了人們對這一話題的關注。
這一時間表的迅速程度超出了絕大部分研究者原先的預計。盡管學界之前就已經基本達成共識，那就是埋藏在近海大陸架以及北極凍土地帶的甲烷水合物可能是地球上最大的有機燃料儲備，但是仍然低估了這一資源被納入實際開發的進度之快。有一個經常被引用的數據是，全世界範圍內的這一資源儲量約相當於70萬萬億立方英尺(約合1.98萬萬億立方米)天然氣，這一數量超越了地球上所有石油，煤礦以及其它天然氣儲量的總和。然而這種在高壓低溫環境下生成的物質中甲烷並不是自由的，而是被以絡合物的形式束縛的。
由於甲烷是一種強烈的溫室效應氣體，其導致溫室效應的能力要比二氧化碳高出25倍以上，因此很多人對甲烷被無節制地釋放進入大氣的前景心存疑慮。不過使用甲烷燃料也將同時降低碳排放量，因為它部分替代了煤炭的燃燒。作為全世界開展甲烷水合物研究技術領先的國家之一，美國政府在去年甚至還曾試圖尋求用甲烷的使用來部分替代並減少二氧化碳的排放量。
但在全世界範圍內，可能沒有哪個國家在甲烷水合物方面的研究力度能跟日本相比。作為一個迄今為止都沒能在自己的本土找到可開采的化石能源的貧瘠島國，甲烷水合物是日本未來能源的希望所在。在2011年福島核電事故之後日本社會對核電的質疑大幅上升，這一事故直接導致日本境內全部54座核電站被關閉。此後日本不得不加大了對國外進口天然氣能源的依賴性，因為此前這些核電站提供的電力占到了全日本用電量供應的30%以上。有鑒於此，以及這種能源短缺引發的強烈危機感，此次在日本中部愛知縣外海成功開采到可燃冰資源對於這個國家而言無疑具有重大意義。日本石油天然氣金屬礦物資源機構(JOGMEC)發言人川本高見表示：“日本終於擁有‘屬於自己的’能源資源了。”
美國阿拉斯加北部冰原，一座鑽塔矗立在此。這是一項在2012年得到美國政府資助的野外研究項目，名為“Iġnik Sikumi”鑽井，其使用所謂“氣體交換”技術獲取這裡的甲烷水合物資源。在當地因紐特人語言中，這口鑽井的名字意為“冰中之火”。這是一個實驗裝置，其設計目標是嘗試用一種氣體來置換另一種氣體：研究人員將二氧化碳排入地下，從而置換出那裡的甲烷氣體。
這項技術一旦實驗成功，其巨大意義將是不言而喻的：它將讓人們得以減少對大氣中最主要的溫室氣體二氧化碳的排放量，並在此過程中開采地球上最大的燃料資源。因此這項方案是值得進行投入和嘗試的。
美國康菲國際石油公司甲烷水合物項目主管戴維·斯科德貝克（David Schoderbek）表示，根據化學熱力學，研究人員認為這種絡合物結構對二氧化碳的親和度應當會高於甲烷。自2003年以來，戴維一直在與挪威的卑爾根大學合作開展相關的可燃冰研究項目。
這口井目前的產量並不驚人：大約每年80萬標准立方英尺（約合2.265萬立方米）天然氣，這大約只能滿足14戶美國家庭的用氣量。然而此次康菲石油在阿拉斯加的這片冰原上進行的這項實驗的確是經歷數年實驗室研究之後邁向野外實際測試的第一步，這是一項裡程碑。
美國聯邦能源部國家能源技術實驗室甲烷水合物項目主管雷伊·博斯威爾（Ray Boswell）表示：“最終，這些看似具有商業應用前景的方案都將會在毫無遮擋的野外環境下進行實際應用。因此面對這些看似有前景的技術，你都必須將其放到野外經受實際測試的考驗。”他表示美國能源部的目標是測試不同技術方案下甲烷水合物的反應，以便改進和提升最終方案的效率和有效性並達成整個過程零碳排放的目標。
2012年春季的一次海底考察行動，在墨西哥灣海底拍攝到的一處可燃冰隆起，在攝影師的鏡頭光線下發出詭異的亮光。這種在特殊環境條件下形成的產物不僅引起了能源開發者的注意，還引發了研究地球環境演變史的科學家們的強烈興趣。
地球的持續變暖會不會造成這些海底甲烷冰的融化和甲烷氣體的釋放？如果是這樣，那麼這將引起一種變暖效應引起更進一步變暖的惡性循環，因為甲烷的溫室效應強度是二氧化碳的25倍之多。
美國聯邦地質調查局（USGS）表示，大規模的海底甲烷釋放發生的可能性並不大，盡管現在在環北冰洋海區大陸架淺海海底的永凍土已經開始由於溫度上升而發生局部的氣泡釋放。該機構表示僅有約1%不到的甲烷冰存在於永凍土中，而絕大部分（95%以上）的甲烷冰則存在於1000米以上的深海海底。在如此高的水壓環境下，在千米深的水下，即便未來全球氣溫真的持續上升，這些甲烷冰預計也將保持穩定。
然而這些隱藏在海底的甲烷冰仍然引起了氣候研究人員的高度關注，原因是他們在鑽取的冰芯中提取到了地質歷史時期的全球溫度和大氣成分信息。他們注意到歷史上地球的大氣成分中出現的甲烷含量升高和降低與全球的突然降溫或升溫過程之間存在緊密聯系。科學家們已經找到了甲烷含量與二疊-三疊紀生物大滅絕之間聯系的證據。此次滅絕大約發生在2.5億年前，當時地球上大約90%的物種消失；科學家們也找到了甲烷含量與另一次重大地質歷史事件——古新世-始新世極熱期之間的關聯，這是一個發生在大約5600萬年前的一次全球氣候異常溫暖時期，這種異常的炎熱氣候造成瘟疫蔓延，干旱和洪水頻發，大量生物滅絕。一個名為“甲烷水合物槍假說”的理論認為在地質歷史時期地球洋底下的甲烷水合物曾經經歷過反復的大規模釋放和重新固結埋藏的過程。而另外一些研究則認為地質歷史時期的甲烷水合物一直以來保持著穩定狀態，即便是在地質歷史上異常高溫的時期也是一樣。
但即便大規模快速的甲烷釋放的確不會發生，緩慢的甲烷釋放仍然將造成嚴重後果。它可能導致海水的酸性增加，並加劇水體缺氧。一些研究試圖對這種影響效應進行定量化研究，將洋流，以及洋底沉積物中微生物對甲烷的消耗等因素都考慮進去。
只有在適當的環境條件下自然界中才會產生甲烷水合物，一種被冰晶封閉起來的燃料。這樣的環境條件首先是必須極度地寒冷和潮濕，並且需要相對較高的壓力環境，當然，還要有充足的甲烷供應。甲烷是最簡單的碳氫化合物，其由一個碳原子外加四個氫原子構成。甲烷是當有機物在缺氧環境下受熱或微生物作用下分解時產生的產物。博斯威爾表示：“甲烷水合物非常不同尋常。”甲烷本身在化學上看並沒有和水冰結合在一起，而是被冰晶的網格狀結晶結構封閉在了內部。
美國政府資助的康菲石油在阿拉斯加冰原上開展的實驗中心思想是試圖利用二氧化碳去置換掉這些被困在冰晶結構中的甲烷，因為實驗室研究已經證明似乎這種晶格結構與二氧化碳結合時的穩定性要高於與甲烷結合時的穩定性。因此如果它更傾向於與二氧化碳結合，那麼它應該就會釋放出其內部封閉的甲烷。
當然博斯威爾也指出這種過程機制都是原子層面的，我們並不能親眼看到，而只能推測或利用模型進行研究。他說：“事實上沒人說得清這就究竟是如何進行的。難道是這個晶格結構的頂部向一扇小門那樣打開放出甲烷分子並換取二氧化碳分子？還是說整個晶格結構會徹底崩塌成為液態水然後再重新凝結形成晶體？我不認為我們已經了解了其中的機理，我們只知道它就是會這樣發生。”
墨西哥灣1400多米的深海海底，一大群冰蟲正爬行在一片可燃冰表面，看上去幾乎讓人誤以為是在外星世界。這張照片是由一台無人遙控深潛器拍攝的。
這些奇特冰蟲的身體長度大約為2~4釐米，它們依靠甲烷水合物中生長的細菌為食。這些細菌則以甲烷水合物內部包裹著的硫化物為食，它們可以將硫直接轉化為能量。這種化學合成細菌構成了深海生態食物鏈的基礎，這裡完全沒有陽光，因此不存在基於光合作用的生態系統。
當這些冰蟲在甲烷冰表面到處爬行時，他們幫助細菌從被攪動的海水中獲得營養並造成水合物冰的局部融化，形成照片中所看到的那種扇貝形凹陷。
這張照片是由美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）下屬的奧肯諾斯探索者（Okeanos Explorer）深潛器拍攝的。科學家們此行的目的之一是測試聲吶在探測洋底甲烷方面的可靠性。由於洋底埋藏的油氣資源中不斷有氣體滲出形成水泡，可以用聲吶嘗試進行探測。在此之前科學家們在進行此類勘探時都不得不使用一種更加原始而不太可靠的方法，那就是尋找洋底海床上在外觀上看起來似乎和甲烷水合物相似的物體。除了能用於進行探測工作之外，這項技術方案還將有望幫助科學家們估算滲透進入海水中的甲烷的量究竟有多大。
日本，一名研究人員點燃一小塊可燃冰。早在19世紀初，科學家們便已經發現氣體在低溫環境下有時可以被封閉在冰晶結構之中。但是他們並不知道在實驗室之外的自然界中竟然真的能存在封閉於冰晶之中的甲烷資源。
到了20世紀30年代，隨著大規模輸氣管道的鋪設工作逐漸展開，科學家們發現在一些低溫區域，氣體形成了水合物，阻礙了管道中氣體的流動。為此，科學家們進行了大量實驗和研究工作以便阻止管路中的天然氣形成水合物。
但是直到1960年代人們才第一次在自然界中發現甲烷的水合物，地點是在蘇聯西西伯利亞的米蘇雅卡氣田（Messoyahka gas field）。近10年之後，美國也在該國的阿拉斯加地區發現了甲烷水合物。當隨後在中美洲危地馬拉海岸外進行的深海鑽探發現大量純淨的甲烷水合物之後，人們逐漸意識到這種資源可能是分布非常廣泛的。1995年，美國地質調查局針對美國境內的甲烷水合物資源進行了一次全面評估，結論是認為這種資源的儲量遠遠超過了其它傳統能源的儲量總和。
到2012年年末，美國內政部海洋能源管理局估算認為美國大陸近海大陸棚區域埋藏的甲烷水合物儲量約為51338萬億立方英尺（約合1453.7萬億立方米）這一數字相當於全美所有傳統天然氣儲量規模的27倍以上。
2002年，一個由日本和加拿大，美國等牽頭的國際委員會在加拿大北極地區試驗場成功展示了這些水合物中是可以成功分離出甲烷氣體的。
然而盡管聽上去這種潛在能源的儲量驚人，但是目前能夠被納入實際開采範圍的數量卻極為有限。美國康菲石油的斯科德貝克表示：“問題之一就在於這種資源是非常分散地散布在廣闊大洋洋底的。不但開采的難度很大，它們的聚集規模也太校”
此前康菲石油和美國能源部之所以選擇在阿拉斯加北部進行開發甲烷水合物的技術嘗試也是因為這裡的這些資源都蘊含在多孔的砂岩之中，從而使其擁有較大的聚集規模。
2012年，美國能源部在全美11個州選擇了14個新的研究項目開展針對甲烷水合物的研究工作。能源部表示目前他們還需要進行更多的研究工作來證明在環境不受影響的情況下進行甲烷水合物商業開發的前景。
美國政府資助的阿拉斯加“Ignik Sikumi”實驗井項目上空突然竄起一股巨大的火苗，標志著這一甲烷水合物開采野外實驗項目的成功。研究人員們必須抓緊冬末春初的一小段短暫的適宜時期迅速搭建實驗設施並開展工作。每隔一年就要開展兩次野外作業，准備工作，鑽探，然後從鑽井中取出找到的甲烷水合物。他們使用的技術主旨是使用二氧化碳去置換地下被冰晶包裹的甲烷成分。
在2011年年初，這個擁有70名工作人員的小組在阿拉斯加的冰原上打了一口深達半英裡（約合805米）的鑽井，並使用低溫液體不斷對鑽頭進行冷卻，以將作業過程對這裡的永凍土造成的破壞作用降到最低。那一年研究組並未能找到甲烷水合物，但是他們在作業過程中收集了這一地區的岩石和流體的性質數據。隨後他們建立起一座裝備了溫度和壓力探測儀表的新鑽井，並封閉了井口。
當2012年小組返回營地之後他們又立即動手整理出了另一片場地，隨後他們重新打開2011年時鑽探的那口鑽井並向其內部注入二氧化碳和氮氣的混合氣體，這種氣體加注持續進行長達兩周時間。在對鑽井進行重新調整之後，他們安裝了深入鑽井內部的泵來向外抽氣，以便造成井內壓力驟減，在這種減壓作用下，甲烷水合物失去穩定，釋放出甲烷氣體。由於現場沒有存放甲烷的管路設備，於是技術人員便點燃甲烷氣體，形成一股噴湧的火焰。這樣做不但可以保護現場工作人員，也可以減少大氣污染，因為沒有燃燒的甲烷具有強烈的溫室效應作用，其溫室效應比二氧化碳要高出25倍以上。
這一口測井內的甲烷氣體一直持續湧出，直到2012年4月份整個試驗項目結束，這讓其成為有史以來持續時間最長的甲烷水合物提取野外實驗項目。在此之前的記錄僅僅持續了6天而已，當時是日本和加拿大等國家在加拿大北極地區開展的。美國國家能源技術實驗室近日向公眾公布了大量來自這項野外實驗的數據。該機構還將繼續推進相關研究以加深我們對甲烷水合物性質的理解並推進未來更多實驗的開展。這項總耗資約2900萬美元的項目中大約一半的經費來自美國政府，由該實驗室與日本以及康菲石油等機構合作進行。
2012年，工作人員在阿拉斯加野外實驗現場吊裝二氧化碳吊艙，其中的二氧化碳氣體將被輸送到地下置換出那裡的甲烷氣體。
阿拉斯加的甲烷水合物儲量相比深海海底的儲量而言規模是很小的。但是在這一地區可以利用二氧化碳置換這種有利的技術。因為這裡有道路設施，各種所需的設備以及相關的人員。
當然，任何事情有利也就會有弊。美國能源部的博斯威爾表示：“在這裡遍布商業基礎設施的地方開展鑽探工作，需要大量的協調工作要做。”他說：“你正從事的實驗是並無法立即實現商業化的，而其它那些可以讓你長期進行這些實驗工作的地點卻都被商業化的石油開采項目占據了。”
這就是為什麼科學家們不得不自己平整冰原，並在每年的短暫時間內開展工作。斯科德貝克說：“這裡有時候溫度會低至-40℃，在凌冽寒風中，實際的體感溫度則可以低至-56攝氏度左右。”
2013年年初，一艘液化天然氣船（LNG）正停靠在日本東京電力公司的一座電站能源碼頭。當時日本的能源進口量創下歷史新高。甲烷是天然氣的主要組成成分，作為燃料具有很多優點但是由於其在運輸方面的困難，其應用一直受到限制。但是根據世界能源組織（IEA）的預測，天然氣必將在未來的世界能源格局中占據更加重要的位置。
做出這一預測的一大原因來自美國，因為美國在該國的頁岩中成功開采出來了大量的所謂“頁岩氣”並且依靠該國強大的管路系統進行輸運。燃燒天然氣釋放的碳排放量僅有煤炭的一半，並且不會產生汞，硫和其它有害物質。因此其它國家也希望能分享美國的“頁岩氣繁榮”，或者在自己國內也嘗試開采頁岩氣，或者就從國外進口天然氣。
而如果能源界能最終找到方法利用甲烷水合物的話，它將讓所謂的頁岩氣繁榮相形失色。根據美國地質調查局的報告，即便根據最保守的估計，全世界的甲烷水合物中所含的天然氣儲量也將相當於全世界每年消耗量的1000倍以上。
全球範圍內天然氣產量的大幅上升將會對氣候產生影響。世界能源組織指出如果全世界範圍內都極大增加對天然氣的使用而不采取其它限制碳排放量的舉措，那麼全球溫度還將繼續上升超過2℃，這是各國此前一致同意必須避免達到的升溫極限，因為這一升溫幅度或將帶來嚴重影響。豐富的天然氣資源不但將導致對傳統煤炭的打壓，還將對那些不產生碳排放的發電產業造成衝擊，如核電站等。
事實上，作為甲烷水合物研究領域的世界領先國家，在其遭遇東北大地震並隨之關閉全國的核電站之後便已經開始用天然氣來部分替代核電站停轉後留下的電力需求空當。初步勘測結果顯示，在日本近海進行的為期六天的勘探中共采出12萬立方英尺（約合0.34萬立方米）的天然氣，這是一個很不錯的成績，它點燃了日本能達成國內能源自給的希望曙光，因為這一產氣量已經一舉超越了過去30年間美國政府在阿拉斯加進行的采氣實驗。
科學家們表示，今年他們將盡最大努力盡可能多的了解這種奇特的海底資源。博斯威爾表示：“能源是否安全，從哪裡獲得能源都將成為一個重要議題。”他說：“我們的目標是進行大量積極的科學研究，這樣當有朝一日政府決定將甲烷水合物列入能源供應時，我們對其性質以及可能會產生的影響已經有足夠的認識。”（晨風）