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沈睡的新能源——甲烷水合物

2006/04/05 經濟部能源局 點閱人次: 430

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█整輯:謝惠子

天然氣水合物(Natural Gas Hydrates)是海底海床細菌以動植物遺骸為食物,於過程中產生甲烷,經過海底水壓常期增強積壓而成,又稱為甲烷水合物(Methane Hydrates);因其外觀呈半透明至不透明的冰塊狀,在常溫常壓會分離成水及可燃燒的甲烷氣,又被稱為「可燃冰」。在全球石油蘊藏量走向枯竭的現今,科學家已把甲烷水合物視為21世紀極有可能替代石油的新能源之一。

根據美國地質調查所報告,全球甲烷水合物解離後所釋出的天然氣能量,是目前全世界已知煤、石油、天然氣等化石燃料總能量的2倍;因此美國、日本、加拿大等國都已大舉投入研究,希望其可做為替代石油的新能源。不過甲烷水合物因大多蘊藏在海底岩層,開採技術極度困難,預估要20年後才會有足以進行商業開採的突破。

探測與開採

甲烷水合物廣泛分布於全球的永凍層及陸緣海域,全球27%凍原區的陸域及90%陸緣海域沉積物中,均可能有甲烷水合物的存在。其探測方法包括:

一、震測(海底仿擬反射之測繪)
利用海域震測調查技術,常發現在有大量沉積物堆積的陸緣海床下數百公尺處,有近乎平行海床地形面的反射面,稱之為海底仿擬反射(Bottom Simulating Reflector),有助於物體分布的震測調查。

二、鑽探及電測
利用地質鑽探是獲得各項地質資料最直接有效的方法,尤其若能採得甲烷水合物岩心,更可直接量測甲烷水合物賦存層的各項物理與化學性質;惟此法所需之工程費用相當昂貴且費時。另外,由於甲烷水合物賦存層具有高電阻係數、高聲波傳播速度、高孔隙率及高氣泥比之特性,因此目前纜線電測的應用項目,主要有井徑電測、伽瑪射線電測、自然電位電測、電阻係數電測、聲波電測、中子電測等。

三、岩心的物理與化學性質檢測
甲烷水合物的解離及氣體解壓膨脹均屬於吸熱反應,若岩心中含有甲烷水合物,則岩心溫度會降低。因此藉由這些物理或化學的異常現象,均可指示甲烷水合物的存在。

四、海床表徵
利用水下攝影或側掃聲納等技術以觀測海床表徵,如氣體噴柱、泥火山、隆錐、煙柱及特有的微生物群等現象,均可直接或間接指示有甲烷水合物的賦存。

至於甲烷水合物的開發,則是利用溫度、壓力、及溶質與溶劑等效應,來改變甲烷水合物-甲烷氣之共存相界平衡關係,使得地表下甲烷水合物能先行解離產生甲烷氣,再將甲烷氣導引到地表而加以開發與利用。目前開採技術的理論模式主要有以下三種:

一、熱激發法(Thermal Stimulation)
將蒸氣或熱水等熱液由地表泵送到地表下之甲烷水合物賦存層中,利用升溫效應使甲烷水合物的溫度高於解離溫度而產生甲烷氣與水。此法已成功地應用於陸域永凍層甲烷水合物的開採。

二、化學試劑激發法(Inhibitor Stimulation)
將鹽水(Brines)或海水、甲醇與二氧化碳等溶劑與溶質泵送至甲烷水合物賦存層中,利用這些溶劑與溶質的效應降低甲烷水合物的解離平衡溫度,以促進解離反應而產生甲烷氣,再將甲烷氣導引至地表。此法對於促進甲烷水合物解離反應的速率較熱激發法為慢,但所需的熱源成本則較低。

三、減壓法(Depressurization)
利用位於甲烷水合物下方平衡共存的游離氣層,或先行以熱激發法或化學試劑法促使甲烷水合物解離產生甲烷氣囊(Gas Pocket),當該氣層或氣囊的甲烷氣被引導到地表,該氣層或氣囊的壓力將會降低,此降壓效應可促使位於氣╱固相平衡共存的甲烷水合物發生解離而釋出甲烷,直到氣體壓力恢復到原有氣╱固相平衡的壓力值,若能持續控制此氣層或氣囊的壓力變化,即可進行甲烷水合物的開發。

台灣西南海域的蘊儲狀況

2002年,台灣在國科會補助計畫的震測調查中,首度確認高雄外海至東沙島附近的西南海域岩層,存有甲烷水合物的徵兆,所以經濟部、中油公司、海洋大學等20幾個產官學代表,在該年舉辦的「21世紀海洋新能源——天然氣水合物」研討會中,共同研究探討甲烷水合物的未來發展。

會中中油公司即表示,我國能源短缺,絕大部分能源需仰賴進口,其他資源開發所占比例不高且皆有瓶頸待突破。政府要建立非核家園、綠色矽島,同時又要兼顧經濟發展,則乾淨且便宜之能源的研究開發,將是目前最重要的課題。因此建請政府能重視甲烷水合物的龐大發展潛能,宜積極投入資源進行研究,以瞭解甲烷水合物未來商業開發之可能性,規劃國家能源發展的新藍圖。

經過2年的規劃,經濟部中央地質調查所向海洋探尋新能源「天然氣水合物」的計畫,在2004年於台灣西南部外海展開,並顯示出令人振奮的結果。由於該地區的海洋底水及海床沈積物甲烷的含量有相當高的異常,極有利於甲烷水合物的形成,亦顯示該地區的海床極可能有甲烷水合物,以目前的調查成果來看,台灣的甲烷水合物資源,前景相當樂觀。

根據經濟部中央地質調查所及中油探採研究所近期曾分別利用海研一號研究船的2個航次,在台灣西南外海進行反射震測的資料分析結果,台灣西南部的深水海域內,確實有明顯的甲烷水合物賦存徵兆。初步推估其甲烷水合物之天然氣資源量約有千億立方公尺以上,約為目前台灣地區年使用量的數10倍以上,未來極可能提供台灣天然氣能源自主的契機。而且業界預估,在10到15年內其將被商業化應用,並可能成為替代石油的新能源。(資料來源:經濟部中央地質調查所全球資訊網)


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