開發「天然氣水合物」資源之潛力與挑戰

▓撰文：邱瑞焜

「天然氣水合物」的調查與探勘是當前能源界最熱門的研究之一，包括美國、加拿大、日本、印度等國都已投入大量人力及經費在其中，希望在未來20年內可以進行商業開發。而要開採這種非傳統的天然氣資源，相較於傳統的方法，其實還有很多問題尚待解決，本文就國內外天然氣水合物的研究近況，提出個人觀點供各界參考。

非傳統的天然氣資源

天然氣水合物是甲烷氣體分子在高壓及低溫的環境下，被籠形結構水分子包合而成的冰晶狀固體。自然界中，天然氣水合物主要存在於極區的永凍層及深海的大陸斜坡與大陸隆堆海床下，跟傳統的天然氣存在於地底深部的封閉型儲氣構造不同，也因此天然氣水合物未來如果要開採，也無法套用之前石油界使用的方法，所以被視為非傳統的天然氣資源。

根據國外專家統計，全球天然氣水合物的蘊藏量極為豐富，能提供的有機碳能量是目前全球所有化石燃料總合的2倍，可能是未來最有潛力的新能源，因此受到各國的注意。光在亞洲，就有日本、韓國、台灣、中國、印度等國紛紛投入研究行列。

台灣與世界各國皆積極研究天然氣水合物

台灣使用的能源有99％以上依賴進口，自產能源占很小一部分。過去在地球科學方面的研究指出，台灣西南海域有大量天然氣水合物的賦存，而且有機會開採出數千億立方公尺的天然氣，所以台灣科學家對天然氣水合物的相關研究，均抱持非常樂觀且正面的態度，希望透過持續的努力，掌握這種在台灣經濟海域內的珍貴能源。

從2001年開始，政府機關就委託過工業技術研究院、台灣大學等國內頂尖研究機構，執行台灣周邊海域關於天然氣水合物的多項調查研究計畫。根據過去公開的報告顯示，目前已完成了台灣西南海域超過12,500平方公里海域的調查，蒐集並分析了相關的地球物理（包括反射震測、地熱磁力、海底地震儀）及地球化學（包括沈積物間隙氣體、孔隙水、自生礦物）的資料，研究結果顯示調查區內確有豐富的天然氣水合物賦存。

而在國外方面，近年來各國對於天然氣水合物研究也投入極大心力，已有很好成果。印度於2006年利用鑽井船果敢號（R/V JOIDES Resolution）在印度大陸東、西兩側以及Andaman群島一帶進行了大規模鑽探，一共鑽了21個岩心井位，取得大量珍貴的天然氣水合物資訊與沈積物樣本。韓國於2005年完成了第1個為期10年的國家型天然氣水合物研究計畫，緊接著於2006年開始另一個10年期的探勘和開發計畫，並於2007年10月在韓國東海進行鑽井調查，發現了厚度超過100公尺的天然氣水合物地層。

而中國過去在南海北坡積極從事天然氣水合物的調查研究，亦於2007年4、5月間在南海北部神狐地區的8個井位進行天然氣水合物的鑽井研究，成功的採集到天然氣水合物標本。日本在進入21世紀之後，對於天然氣水合物研究非常積極，他們設定了一個16年的甲烷水合物開發計畫：MH21（MH是Methane Hydrate的縮寫，21指的是21世紀），希望在計畫結束時天然氣水合物就能進行商業開採。而日本的研究區域除了日本周圍海域，也跟加拿大等國合作，在接近極區的加拿大麥肯錫三角洲（Mackenzie Delta）進行研究，目前已經實驗過「加熱法」及「減壓法」這兩種方法，短短幾日內就產出超過1萬3千立方公尺的天然氣，所以日本在商業開發的研究上算是遙遙領先；而美國、加拿大等科技強國也都有很好的研究結果。

開發遭遇的挑戰

天然氣水合物的賦存不是在深海海床下，就是在極區永凍層中，這些地區都是開採環境比較困難之處。例如：在麥肯錫三角洲的天然氣水合物產出實驗，雖然比深海容易一些，但是要面對氣候上很嚴苛的挑戰，因為麥肯錫三角洲緯度很高，氣候多變，每年只有一小段時間適合人居住，當地常常是零下60度的低溫，比家裡冷凍庫還要可怕，很多探採設備在冬天都結凍，無法充分發揮功效，所以研究人員只有在夏季才能進行相關工作。

再者，由於天然氣水合物開採所牽涉到的技術都是過去沒有的，所以每年都需要很多經費來研發新技術（例如：日本及印度在2006年分別投入至少6千萬及3,600萬美元在這個領域，約相當於新台幣20億及12億），跟其他能源比較起來，機會成本也高，所以有些石油專家覺得不符合經濟效益。

另外，天然氣水合物的產狀很複雜，有的賦存在孔隙率高的砂岩層中，有的卻是在泥層的裂隙裡，不像傳統油氣探勘那樣有既定的步驟，所以目前也沒有人可以保證，最後一定可以成功量產。這些不確定因素對於各國在考量未來是否要投入大筆經費開發這種非傳統能源，或多或少都有影響，也是天然氣水合物研究的新挑戰。

未來台灣的研究重點

未來台灣天然氣水合物的研究將以過去的成果當作基礎，會利用傳統石油系統的分析觀念，來解釋蒐集到的相關地球物理與地球化學資料，以瞭解台灣西南海域天然氣水合物的儲集情況，並評估開發潛能及規劃出最適合之鑽探井位。另外，也希望透過國際合作的方式，與美國及日本的海洋科學家合作，借用他們精良的研究設備（例如：鑽井船或深海潛水艇）與豐富的經驗，共同在台灣周圍海域進行更深入的調查研究工作。最終，希望讓天然氣水合物這種非傳統資源能成為台灣能源自主的契機。（作者為國立台灣大學海洋所研究助理）