4月22日，日本首相菅義偉在全球變暖對策推進(jìn)總部的會(huì)議上宣布，將提高日本的2030年溫室氣體減排目標(biāo)，力爭使2030年度溫室氣體排放量比2013年度減少46%，同時(shí)將朝著減少50%的高度繼續(xù)挑戰(zhàn)。

為實(shí)現(xiàn)“脫碳”、“碳中和”、“零碳”的目標(biāo)，日本政府和企業(yè)正在加速相關(guān)活動(dòng)，包括經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的“2050年碳中和綠色增長戰(zhàn)略”中的14個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域在內(nèi)，將嘗試實(shí)施并采取更多措施。本文中，將對利用沉睡在海底的“可燃冰”（甲烷水合物）進(jìn)行制氫的嘗試進(jìn)行介紹。

（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

很多人在電視上看到過像冰一樣的甲烷水合物冒著火焰燃燒的樣子。那么，這樣的甲烷水合物到底是什么呢？

甲烷（CH₄）具有一個(gè)碳原子，是最簡單的烴（由碳和氫組成的化合物、汽油等燃料），在常溫常壓下是氣體。順便說一下，碳原子數(shù)是2個(gè)的烴是乙烷（C₂H₆），3個(gè)的是丙烷（C₃H₈、丙烷氣體），4個(gè)的是丁烷（C₄H₁₀、臺(tái)式爐灶和打火機(jī)的丁烷氣體），依此類推。

另一方面，水合物是指含有水分子的物質(zhì)。一般情況下，氣體水合物是一種呈冰塊晶體狀的固體物質(zhì)，在于低溫且高壓條件下由水分子形成的12面體、16面體、20面體的籠子中，碳?xì)浠衔餁怏w作為客體被吸收，具有代表性的氣體水合物是眾所周知的甲烷水合物。

氣體分子被吸入由水分子形成的籠子里，這是一種不可思議的現(xiàn)象，但是外觀上與冰相似的甲烷水合物重量的15%是甲烷，85%是水。

在西伯利亞等的永久凍土的地下數(shù)百至1000米的沉積物中也存在甲烷水合物，但其大部分都存在于海底。

海底的甲烷水合物有砂層型和表層型這兩種類型，砂層型存在于大陸架連接至更深海底的海底斜坡內(nèi)水深500～1000米處的地下數(shù)十到數(shù)百米。

日本近海擁有世界屈指可數(shù)的甲烷水合物儲(chǔ)存量，砂層型集中埋藏在本州（西日本）、四國、九州的太平洋一側(cè)。砂層型的調(diào)查開始于2001年。

另一方面，表層型的調(diào)查開始于2013年，其主要以塊狀形式存在于日本海側(cè)水深500米以上的海底泥土中。在新瀉縣上越海域的集積地，已證實(shí)其埋藏量換算為甲烷的話約為6億立方米，相當(dāng)于日本約2天的天然氣消耗量。另外，同樣的地質(zhì)結(jié)構(gòu)在日本國內(nèi)有1742處。

也有報(bào)道稱，這樣的日本甲烷水合物的資源量換算為甲烷的話，“估計(jì)為12.6兆立方米，相當(dāng)于日本100年以上的天然氣消耗量”。

如上所述，甲烷水合物已被作為天然氣的原料進(jìn)行了調(diào)查，但日本政府在2月的綜合資源能源調(diào)查會(huì)上，還提出將甲烷水合物用作制氫、甚至制氨的原料。

過去，一直在對砂層型的開采進(jìn)行研發(fā)，但是近年來，也在對較淺的表層型進(jìn)行調(diào)查。目前，其開采技術(shù)還沒有確立。

三井海洋開發(fā)株式會(huì)社是一家世界性企業(yè)，主要開發(fā)從海底有效吸取石油等的技術(shù)，并提供安裝在海上的浮體式生產(chǎn)設(shè)備。據(jù)報(bào)道，三井海洋開發(fā)今年已先于其他公司開始著手進(jìn)行甲烷水合物的開采實(shí)驗(yàn)。計(jì)劃在開采甲烷水合物后，將其抽取上來并提取甲烷，利用海底管道輸送到陸地基地。

具有挖掘海底礦物技術(shù)的三菱重工集團(tuán)的三菱造船株式會(huì)社也已經(jīng)著手開發(fā)這種開采技術(shù)，并計(jì)劃將挖掘出的甲烷水合物抽取到船上。

氫氣作為新能源而備受關(guān)注，其主要制造方法是：使石油或天然氣中所含的甲烷等碳?xì)浠衔锱c蒸汽發(fā)生反應(yīng)，從而分解為氫氣和二氧化碳（蒸汽重整方法）。

該方法已經(jīng)在技術(shù)上得到確立，但是由于日本必須進(jìn)口石油和天然氣，因此存在確保穩(wěn)定性和價(jià)格，以及地緣政治風(fēng)險(xiǎn)等問題。

另一方面，甲烷燃燒時(shí)排放的二氧化碳量僅為石油和煤炭的約一半，因此，甲烷作為全球變暖對策也被認(rèn)為是一種有效的新能源。另外，甲烷還具有制氫過程中產(chǎn)生的二氧化碳較少的優(yōu)點(diǎn)。

在經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省于3月22日發(fā)表的“今后氫政策的課題和對應(yīng)的方向性中間調(diào)整（提案）”中，政府表示計(jì)劃在2050年將氫的引入量增加到2000萬噸左右。

但是，為了達(dá)到這一目標(biāo)，將來必須將氫氣價(jià)格由現(xiàn)在的約100日元（約5.9元）/標(biāo)準(zhǔn)立方米（大氣壓下0℃的體積）降低到20日元（約1.2元）/標(biāo)準(zhǔn)立方米。如果能活用日本近海里豐富的甲烷水合物的話，也能實(shí)現(xiàn)氫氣的低價(jià)供應(yīng)吧。

甲烷水合物開采的意義如上所述，其不僅可以用作燃料，還可以用作制氫的原料。關(guān)于利用氫獲得能量的方法，現(xiàn)在可能沒有成本競爭力，但是毫無疑問，從現(xiàn)在開始預(yù)先投資的話，在中長期內(nèi)，對日本來說將是一筆巨大的財(cái)富。

甲烷本身也是一種強(qiáng)效溫室效應(yīng)氣體，據(jù)說其溫室效應(yīng)是相同量二氧化碳的21~72倍。甲烷是一種火山氣體，不斷地從世界上最大的火山帶即日本列島以及近海中大量釋放出來，此外，當(dāng)氣溫上升的時(shí)候，海底和永久凍土中的甲烷水合物也會(huì)釋放出甲烷。

因此，有意見認(rèn)為，應(yīng)該開采二氧化碳排放量少的甲烷水合物，積極地使之燃燒，或者將其用于制氫。甲烷水合物的開采及其用途目前尚未商業(yè)化，期待甲烷水合物開發(fā)實(shí)施研討會(huì)的計(jì)劃能夠盡早實(shí)施。

參考資料：

?關(guān)于甲烷水合物開發(fā)的研究狀況（報(bào)告）（經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省/資源能源廳，2017年2月）

?今后氫政策的課題和對應(yīng)的方向性中間調(diào)整（提案）（經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省，2021年3月22日）

?表層型甲烷水合物的開發(fā)方法（三井海洋開發(fā)）

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