“燃冰汽车”可续航五万公里的想像与现实

2017年5月18日注定成为中国乃至世界能源史上里程碑的一天,中国在南海北部神狐海域的可燃冰试采取得了成功,中国也因此成为了全球第一个实现在海域可燃冰开采中获得连续稳定产气的国家。

2017年5月18日注定成为中国乃至世界能源史上里程碑的一天,中国在南海北部神狐海域的可燃冰试采取得了成功,中国也因此成为了全球第一个实现在海域可燃冰开采中获得连续稳定产气的国家。而曾被人设想的“燃冰汽国车”也似乎不再遥远。

 文丨AutoR智驾 吴鹏飞

目前中国已稳定产气八天,“稳定产气”四个字将世界上首次实现在深海海底分解“可燃冰”开采天然气的日本甩在了身后。

2013年日本曾尝试进行过海域天然气水合物的试开采工作,虽然成功出气,但6天后由于泥沙堵住了钻井通道,试采被迫停止。路透社称,日本本月8日成功在日本中部沿海地区的可燃冰中提取出天然气,不过仍未实现连续开采。

可燃冰,顾名思义:可以燃烧的“冰块”,与我们印象里的冰块不同,这是一种把甲烷包裹在冰状晶格下的固体结晶物质,学名天然气水合物,化学式CH4·8H2O,俗称固体瓦斯,常见为白色、淡黄色、琥珀色又或暗褐色。

从化学式可以看出,可燃冰主要成分就是CH4和H2O,也就是甲烷和水。燃烧方程式CH4·8 H2O+ 2 O2== CO2+10 H2O,燃尽后最后产物为水和二氧化碳,相比于煤、石油,可燃冰是实至名归的清洁能源。

可燃冰的形成并不复杂,首先需要低温,0—10℃是最佳的生成环境;再者便是最低30个大气压的压强以确保水合物不会分解,且气压越高越稳定;水和有机物提供C、H、O基本元素,简而言之即为有机物沉淀“发酵”和水在低温高压的环境下生成可燃冰。

所以500-4000米水深的海洋是可燃冰生成和储存的理想环境,97%的可燃冰都分布在海洋,剩余的3%在极地、冻土、内陆湖泊等。

目前,科学探测发现,可燃冰储量巨大,所含有机碳资源总量相当于全球已知煤、石油和天然气总量的两倍以上,按照目前人类能源消费量,可供人类使用一千年以上,所以可燃冰也是公认的21世纪最理想的替代能源。

而我国是可燃冰资源储量最多的国家之一,可燃冰资源主要分布在南海海域和青藏高原冻土带,通过先后15年的调查和评级,南海海域预计有740多亿吨油当量的可燃冰,青藏地区又发现了350亿吨油当量的可燃冰,未来探明的可燃冰可能还很多。

保守估计,我国可燃冰的总资源约是常规天然气、页岩气等资源量总和的两倍,按当前的消耗水平,可满足我国近200年的能源需求。

1m3可燃冰可分解出164m3的甲烷气体和0.8 m3的水,甲烷的热值为3.6×107 J/m3,也就是说一立方的可燃冰所能产生的热能为164m3×3.6×107 J/m3=5.9×109J,能量密度极高。

那么,有很多人会想了,可燃冰能量密度这么高,做汽车燃料如何?毕竟天然气汽车早已不是什么新生事物。

央视在昨天的报道中曾举例:“一辆使用天然气为燃料的汽车,一次加100升天然气能跑300公里的话,那么加入相同体积的可燃冰,这辆车就能跑5万公里。”

数据喜人,不过真的是这样吗?

央视记者似乎想的过于美好了,混淆了两者的状态,前者能跑300公里的“100L天然气”应该为高压液态天然气,而1立方米可燃冰分解得到的“164立方米天然气”为气态,有物理化学常识的朋友应该能够理解,两者是无法直接用164倍换算的。

100升可燃冰所能得到的气态天然气为16400升,在不知道温度、气压的情况下,不能精确地算出液态之后的体积。

央视的换算显然是不严谨的,但等体积的可燃冰所能得到的液态天然气肯定要大,所以300公里肯定绰绰有余,但不可能达到五万公里如此之多。

我们来对比一下,普通燃油车的邮箱体积一般为60L,以百公里6个油的油耗来估算的话,一台经济型的燃油车加满油理想状态下最多可行驶一千公里。新能源车里,特斯拉最新的100D车型满电续航为632公里,而其他电动车品牌车型的续航均在200-400左右。

续航里程虽无法和传统燃料车匹敌,但相比于电动汽车,天然气汽车还是有一战之力的。日后可燃冰燃料的加入,对于汽油车威胁巨大。从环保的角度而言,可燃冰比前两者清洁的多,燃油燃烧排放所带来的污染不必多说,而作为煤电大国的中国,电动汽车的“环保”理由一直受到怀疑。

有专家预计,未来二十年“燃冰汽车”才能进入寻常百姓家,预计可能在2020年前后才能够突破天然气水合物的开发技术,实现能够适应工业化开发规模的工艺、技术和设备完善,2030年左右才能实现其的商业开发,而可燃冰的应用也远远不止汽车那么简单,但凡消耗能源的产业,可燃冰都有用武之地。

不过随着中国在这一技术上的重大突破,可燃冰实现提前商业化的时间表有望提前。

对于“燃冰汽车”最重要的解决的问题是如何在低温、高压的环境下低成本安全地储存、运输、使用。

那么有没有可能直接让可燃冰以固态燃料的方式驱动汽车行驶呢?

目前来看理论上是可行的。

让可燃冰保持固态主要需要两个基本条件:温度和压力。

首先,低温,可燃冰在0—10℃时生成,超过20℃便会分解,海底温度一般保持在2—4℃左右;其次,高压。可燃冰在0℃时,只需30个大气压即可生成,而以海洋的深度,30个大气压很容易保证,并且气压越大,水合物就越不容易分解。

所以如果可以在车上安装一个可以保障低温高压的存储器,燃冰汽车是可以成为现实的。

目前,可燃冰的开采目前的难题在于如何降低技术成本和环保成本,《天然气地球科学》编辑部主任、研究员郑军卫说:“在海底,有水有岩石,一些淤泥中有可燃冰,一些岩石层中也储存有可燃冰。一旦钻孔密封不好,大量海水灌入,可能造成更大范围内的失稳、出砂,大量的温室气体逸出,甚至引发海底滑坡和更大的灾害。”

所以,可燃冰开采的关键技术还是钻井技术,如果能保证有序、平稳、连续地出天然气,就是大的突破。

开采可燃冰的方法有很多种,此次我国开采可燃冰利用的是减压法,与日本的设施还有所不同,日本是在船上进行,而我国使用的是浮动的平台,利用我国自主研发的一套水、沙、气分离核心技术最终将天然气取出。

减压法是指通过钻探方法或其他途径降低水合物层下面的游离气体聚集层位的平衡压力,当压力达到水合物分解压力时,界面附近的天然气水合物转化为气体和水。降低压力能达到水合物分解的目的。

不论是何种方法,一旦开采不当,可燃冰极易气化,从而加剧全球变暖,虽然可燃冰的概念股今天已经一路飘红,但距离真正的商业化开采还有相当长的路要走,“燃冰汽车”到来也相对漫长,可燃冰技术一旦稳定,天然气汽车没准将再次迎来春天,相关能源产业同样面临革命。

近来来油价一直在低位徘徊,与页岩气等新能源的发现与开采技术有重大关系,同样页岩气技术可采资源量为1874026亿立方米与目前全球常规天然气可采储量为1870347亿立方米相当。对于中国而言,页岩气资源中国也是世界第一,虽然开采面临水资源的短缺问题,但从广义上来看,无论是世界还是中国本身能源危机或许根本就不存在。对于在特定时间、特定地区出现的能源危机其实更准确的说法应该是能源分配危机。

那么无论在中国还是美国一度高频宣传的更清洁、更环保、可替代石油的电动车如果在这诸多新能源中获取优势呢?

在2015年世界油价进入低位以来,马斯克曾多次表示,特斯拉的销售受到了影响。

而一旦储量可供人类使用一千年的可燃冰进入市场,电动车的优势是否会荡然无存呢?

前途汽车董事长陆群的话也许可以做为这个疑问的一个回答,在今年的上海车展他曾向智驾君说:“电动车是高阶的、高维度的产品。”

他说:“当人们的认知从一些最直白的认知向更高阶转化的时候一定是进步。人类社会中的交通工具一直在进化,从最早的纯人力到利用杠杆机械来节省人工。再到蒸汽机内燃机的出现,开启了工业革命,加速社会发展进程。从传统的汽油车转向靠燃料电池作为动力的电动车,就是社会发展的体现。”

“但不是因为蒸汽是取之不尽的就永远用蒸汽机,也不会是因为汽油石油不匮乏,人类就永远用石油,一定是有比它更好的能源在力的转化中获得更广泛的使用。在新能源车上,汽车行业内部没有人质疑这件事,电动化已成为趋势。未来电动车成为主流是一个必然。”

陆群认为电动车相比燃油车是更高阶的产品,也就是利用效率更高的产品。

不过说起中国在可燃冰开采技术上取得的巨大突破,让智驾君联想起今年李克强总理在政府工作报告中第一次将鼓励新能源汽车的发展改为鼓励推动”清洁能源“汽车的发展。

这其间也许是考虑到可燃冰可能带来的对我国汽车产业的影响。

当然这种影响是正向的。

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