可燃冰的发现可燃冰是什么( 二 ) _小知识

显然无法。因此，如果我们要将拼图拼起来，就需要拿出另外 4 片有凹陷的拼图，各接在原本那块拼图上，才能逐渐将这副拼图拼完。这个「拼拼图」的概念也就是为什么水笼结构会需要不同的立体形状组成了，因为这些不同的形状负责「镶嵌」彼此，从而形成一个完整的、没有空隙的拼图，也就是这个坚固的水笼。
接下来让我们继续介绍另外 2 种结构。结构 Ⅱ 型则以 16 个五角十二面体，加上另一种十六面体的大笼结合而成；结构 H 型则分别由 2 种小笼—— 3 个五角十二面体，及 2 个十二面体——与二十面体大笼组成。其中，不论是大笼或小笼，每个笼中皆包含 1 个甲烷分子。

值得注意的是，甲烷水合物属于结构 Ⅰ 型水合物，且其分子式为 CH4·8H20 。理论上来说，一单位晶格内应含有 8 个甲烷分子与 64 个水分子。然而，由于可燃冰晶体中的水可与邻近的 2 个水笼共用，因此一单位晶格内实际上只有 46 个水分子，而这也是当我们将可燃冰转化后，可以产生大量天然气的原因。

【可燃冰的发现可燃冰是什么】

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图五：各类水笼结构及组成。
可燃冰的诞生上文有提到水和甲烷能在低温高压之下生成可燃冰。那么，是什么环境才会包含大量的水、足够的天然气，同时又有低温高压的特性呢？没错，就是海洋！现在，我们已经有足够多的水了，但要如何在海中找到大量的甲烷呢？以大西洋的布雷克海脊（Blake Ridge）为例，含有甲烷的沉积物称为「气水化合物稳定带」（GHSZ，GasHydrate Stability Zone），大约厚 300 至 500 公尺，且位于约 190 公尺至 450 公尺的中深度范围海域。在这些沉积物的孔隙中，有许多以溶解状态存在的甲烷。那么，问题又来了，这些深海矿床是怎么产生甲烷的呢？答案就是——细菌！
在深海中存在着 2 种细菌：好氧细菌和厌氧细菌。从他们各自的名字来看，很明显可以知道好氧细菌会进行有氧呼吸，也就是它们会以氧的化学反应来获得能量。反之，厌氧细菌不用以有氧呼吸来生存，意即它们可以生存在没有氧的环境中。
在深海矿床中，沉积物孔隙中的水在几公分的深度便是缺氧状态的，且由于这个区域的水域包含了沉淀率高、有机碳含量丰富、环境酸碱值适中等条件，厌氧细菌便会开始作用在这些沉积物的有机碳物质上，并产生甲烷。
事实上，大陆地区也可以生成可燃冰，但是蕴含量极少，大约只有 1% 的可燃冰储存在陆域。其原因或许和组成陆地的砂石成分有关，因为科学家采样之后的结果显示，这些生成于陆域的甲烷水合物仅会存在于深度 800 公尺以下的砂岩或粉沙岩岩床中。同时，存在于砂石缝隙中的化合物，会被热力或微生物分解；然而，重量较重的烃类——也就是组成天然气的原料，却会在较轻的化合物被分解完之后，才有机会被分解。可以看出大陆生成甲烷水合物的条件极为苛刻，因此，以这种方式形成的可燃冰，目前只存在于西伯利亚和阿拉斯加的永冻土中。
能源议题的救世主?可燃冰在近几十年突然出现在人们的面前，一跃成为炙手可热的能源议题新宠儿。事实上，人类早在 1810 年就已经于实验室中发现天然气水合物这种物质，只不过受限于当时的时空背景以及科学发展进程，1934 年才在美国的输气管道中，发现天然的甲烷水合物这种「可以燃烧的冰块」。直到 1968 年，苏联科学家才终于在西伯利亚发现了天然气水合物矿藏，而在此期间，人们普遍认为天然气水合物大多只会出现在太阳系外围的低温区。
那么，这种神祕的、甚至连科学家都还没完全搞清楚生成机制的化合物，究竟是怎么在这场能源大赛中「杀出重围」的呢？这和可燃冰的转化率、蕴藏量、能源危机，甚至人类环保意识的提升都有不可或缺的关系，可谓是天时地利人和的结果。
然而，目前可燃冰离完全商用仍有很长的一段路要走。先不提这个，我们来谈谈转化率，顾名思义就是「可燃冰转换成天然气的效率」。前面有提到，当可燃冰转化后，即可产生大量天然气，而若我们精确地看数字，就可以发现 1 立方公尺的可燃冰分解后，可释放出大约 164 立方公尺的天然气。
这个转化率着实惊人，因为若拿同等体积的天然气和可燃冰相比，可燃冰能产出的能量是天然气的 150 至 180 倍！所以，若可燃冰能顺利转为商用，无疑能使「运输天然气加盖地下管线」、「天然气存量减少以致价格上涨」等问题迎刃而解。

可燃冰的发现 可燃冰是什么( 二 )

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