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文章来源：盛丰农业网 | 2022-07-07
中国应该开展沼气革命
美国页岩气革命难以复制
近年来，美国“页岩气革命”取得显著的成功，2010年美国石油对外依存度首次降到50%以下，2012年美国国内原油产量已能够满足国内83%的能源需求，2013年美国一次能源自给率达到了83.7%。一个国家的能源独立，并非指国家所有的能源消费都自己生产满足，而是国家能源对外依存可控，其宏观经济、社会稳定和外交政策不为能源依存所左右。iea预测，至2035年，美国将成为天然气净出口国，石油进口可能降低到30%以内，此时美国“能源独立”可以基本实现。
目前页岩气已占美国天然气总产量的44%。由于供应充足，美国气价已跌至欧洲的三分之一和亚洲的五分之一。致密油的生产技术与页岩气相同，也刺激了美国的石油产量，2008年以来，致密油产量提高了56%，以绝对数衡量，比12个欧佩克成员国中的八个的总产量还要高。事实上，国际能源署预计不出几年美国就将取代沙特阿拉伯和俄罗斯成为世界第一大产油国。有的报道说：如今，美国市场上充斥着廉价的国产天然气，其中一部分lng出口至欧洲，给俄罗斯和挪威等传统出口国带来了意料之外的竞争。
页岩气是存在于致密页岩及其缝隙中的非常规天然气，开采成本较高，虽然压裂法早在1947年就已经研发出来，得克萨斯州的油气田在20世纪80年代初就将这种方法用于紧致的页岩，但直到20世纪90年代末，专门针对页岩的压裂法与水平钻井技术才臻于成熟，大量用于生产。
中国有很丰富的页岩气资源，美国能源信息署2011年4月的初步评估认为，中国页岩气储量约100万亿立方米，相当于中国常规天然气资源量的2倍，与美国本土储量大体相当，其中可开采资源量36万亿立方米。
然而国际上一些人士认为，“页岩气革命”的道路不适合中国。中国的页岩气产地地质结构与美国不同，产量较低，而且需要更复杂的开采技术，成本非常高昂。中国没有这方面的经验和技术，将不得不与美国公司合作。
水压裂技术，是目前惟一可以大量开采页岩气的技术，但水压裂技术也是一柄双刃剑。这种技术消耗大量水资源，也会污染地下水，由此在环境标准非常严格的美国经常引起争议。美国地质调查局提出，钻探用水不能给当地的水资源带来冲击、避免小流域和河流的退化、选定合适方法处置含有污染物质的大量钻探回收水。美国能源部则强调，页岩气开发不能干扰当地工农业的正常用水。美国已着手修改页岩气开采的法律和政策。而中国目前实施的水资源和环境保护法律，以及正在制定的《石油天然气开采业污染防治技术政策》等，都没有考虑页岩气开采引起的特殊资源环境问题。
长江水利委员会长江科学院夏玉强博士表示，根据美国能源部统计，每一个页岩气钻井平均用水量甚至高达1.5万立方米。页岩气钻探大量消耗地表水或地下水，很可能影响当地水生生物的生存、捕鱼业、城市和工业用水等。中国页岩气田的分布与缺水地区的分布重合比较多。在水量相对充裕的长江流域，只在四川和江汉盆地发现了页岩气;而在西北、华北地区，页岩气储量丰富，水资源却相当紧张。
夏玉强表示，无论是就近取水，还是污水处理，都是中国页岩气开发中的隐患。目前，地方上只是用取水许可来限制页岩气开发者，而且很难监督。
中国应该关注可燃冰
1934年，人们在油气管道和加工设备中发现了冰状固体造成管道堵塞的现象，这些固体物就是天然气的水合物，也称可燃冰。1965年有苏联科学家预言，天然气的水合物可能存在海洋底部的地表层中，后来人们在北极的海底发现了大量的可燃冰。
可燃冰在全球储量很大。据国际地质勘探组织估算，地球深海中水合甲烷的蕴藏量超过2.84×1021m3，是常规气体能源储存量的1000倍。海底可燃冰分布的范围约4000万平方公里，占海洋总面积的10%，在这些可燃冰层下面还可能蕴藏着1.135×1020m3的气体。据测算，海底可燃冰的储量够人类使用1000年。
可燃冰的能量密度较高。1立方米可燃冰可转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水，其能量密度是常规天然气的2～5倍，是煤的10倍。天然气水合物分解释放后的天然气主要是甲烷，它比常规天然气含有更少的杂质，燃烧后几乎不产生环境污染物质，因而是未来理想的洁净能源。
但人类要开采埋藏于深海的可燃冰，尚面临着许多新问题，特别是甲烷气体的大量泄漏，会加剧温室效应。另外，陆缘海底的可燃冰开采一旦出了井喷事故，可能会造成海啸、海底滑坡、海水毒化等灾害。
可燃冰可以人工合成，青岛海洋地质研究所在2001年就成功进行了人工合成可燃冰试验。
据国内能源计量专家赵向荣的研究，在温度277k、压力0.1mpa条件下，可以实现天然气水合物的人工生产，压缩比达到1/140以上。合成可燃冰储存和运输，完全可在零下5℃和略微加压下利用现在的冷库和生鲜运输工具实现。农户沼气产可燃冰可用冰箱临时存放，出售可利用冰棒箱。可燃冰气化可利用略加温解决，车用燃料的可燃冰可利用微波快速气化。只需对储气罐进行改装即可。
利用秸秆生产可燃冰一举数得
赵向荣先生还提出了利用秸秆生产沼气，进一步生产水合天然气的商业化方案。
据有关资料，2009年我国农作物秸秆总产量为7×108t左右，其中稻草2.5×108t，玉米秸秆2.3×108t，豆类和秋杂粮作物秸秆1.2×108t，花生、薯类藤蔓和甜菜叶等1.0×108t。目前，我国秸秆资源的利用仍以效率最低的直接燃烧为主，收割季节，集中焚烧秸秆，造成严重大气污染，大气中二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物3项污染指数达到高峰值，甚至飞机起降。因此将秸秆转化为可再生能源有利于减少大气污染。
我国是畜禽养殖大国，2009年我国畜禽粪便产生量约为127×108t，畜禽粪便中含有的氮磷分别是1.60×107t和3.63×106t，相当于中国同期使用化肥量的78.9%和57.4%。由于受经济效益和技术普及的限制，大部分养殖场不能对畜禽养殖业废物进行合理处理而直接外排，造成资源浪费和环境污染。几十亿吨的农业废弃物已经成为中国最大的污染源。畜禽粪便化学耗氧排放量已达9118t，远远超过中国工业废水和生活废水的排放量之和。
据赵向荣的测算，每公斤秸秆可产气0.3m3，按中国秸秆年产量7亿吨计算，如果全部利用，可产气0.3*7000亿=2100亿m3，汽车单车耗气100公里15m3，平均每车年行驶里程15000公里，年耗气2250m3，2100亿m3沼气可满足9.3亿辆乘用车的燃料需求。
据赵向荣的测算，出租车载60l加气罐一次加满气约15m3，可行驶160~170公里，目前的气价为4.95元/m3，每公里燃气成本0.45元左右。而出租车所用93号汽油当前价格为7.57元/l，每公里耗油价格在0.7元左右。也就是说，使用天然气比使用汽油可节省约0.25元/公里。
沼气适合相对分散式生产，这一特点有利于秸秆的利用。目前水合物设备有8立方米家用型、300-1000方聚居区型、1000方以上规模养殖场型。
由于可燃冰是在水分子构成的网格中吸附甲烷分子而形成的固体化合物，气体释放必须以冰晶骨架的融化为前提。0℃时可燃冰中每克水融化潜热为0.33kj,0-20℃时可燃冰中每克水融化潜热为0.5-0.6kj，比冰高很多，使得可燃冰的分解需要吸收大量热能。此外，由于水合物本身的绝热效应，可燃冰即使暴露在大气中，气体的释放速率缓慢，即使点燃也燃烧缓慢，不会导致爆炸事故。
本文转载自汽车之家，作者：贾新光