2003/03/05
經濟部能源局
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■撰文：福慧子
去年底在國內一場「21世紀海洋新能源──天然氣水合物」研討會（2002.12.27）上，中油公司公佈對台灣西南海域的震測資料分析結果，指出該海域具有天然氣水合物特徵存在，且分布甚廣，初估蘊藏量有1,000億立方公尺，極可能成為未來海洋新能源，值得展開進一步研究。
無獨有偶，最近日本經濟新聞一篇「探索夢中能源」的報導（2003.1.5）也指出，日本列島的海底蘊藏豐富的「甲烷冰」，規模多達7萬4,000億立方公尺，相當於全日本100年的天然氣消費量，將來若能順利開採商用，日本將成為能源大國。這項報導，已在國際能源界引起注意。
會燃燒的「甲烷冰」
其實，日本人所謂的「甲烷冰」，即甲烷水合物（Methane Hydrates），它的學名為天然氣水合物。根據日本能源專家的解釋，海底「甲烷冰」的形成原因是，幾百萬年前生存在海底海床的細菌，以動植物的遺骸為食物，進而產生出甲烷；然後，隨著漫長歲月的過去，以及海底水壓的增強，甲烷又與海水發生化學效應，最後變成氣體液狀，進而凍結為固體結晶。
根據中油公司的研究資料，天然氣水合物是一種由天然氣與水所形成的像冰一樣的固體結晶，主要生成於一定低溫、高壓下的海底數百公尺深處地層或極區凍原；當低溫、高壓若超出其生成的範圍時，便會分解成水與天然氣，每一單位體積的天然氣水合物約產生170單位體積的天然氣（其中甲烷占98％），可做燃料使用。正因為如此，天然氣水合物才被稱為甲烷水合物。
不過，在中國大陸則把天然氣水合物稱為「可燃冰」，因為這種看起來像冰霜的物質可以燃燒。能源專家郭天民教授分析，通常海底的有機物沉澱都在幾千萬年甚至更久年代，死的魚蝦、藻類的體內因含有碳元素，經過生物轉化，可形成充足的甲烷氣源。他還表示，海底的地層是多孔介質，溫度在0～20度之間，以及30個大氣壓以上，只要氣源夠，就會在介質的空隙間生成甲烷水合物的結晶固體。
日本海底尋找新能源
日本探索海底「甲烷冰」，已有初步的成果。1999年到2000年冬天，日本石油公團投資6,000萬美元，派出探勘研究隊，在東南部靜岡縣御前崎沿岸60公里外的太平洋南海（Nankai）海槽設立一座鑽探平台，做為鑽探海底甲烷層之用。鑽探結果，發現該海域蘊藏7萬4,000億立方公尺「甲烷冰」。日本經濟產業省已決定，從今年開始著手開發海底新能源，未來五年內將持續進行試驗性採掘工作，預計在2010年以後實現商業生產目標，屆時將從海底採掘出來的「甲烷冰」提取甲烷，經由輸送管道送達陸地，提供發電和產業做為燃料。
日本經濟產業省分析，為防止地球溫暖化， 2010年時日本必須削減二氧化碳排出量約1億噸，而高度使用原油發電仍會增加二氧化碳排放，這也是困擾之事。至於甲烷在燃燒過程排放的二氧化碳，遠比燃燒原油和煤炭還要少，所以採掘海底「甲烷冰」也是保護地球環境避免溫暖化的一個重要措施。更重要的是，日本天然氣的需求96％仰賴進口，今後若能自行採掘海底「甲烷冰」，則對日本能源安全極有幫助。
探勘「甲烷冰」世界潮流
不過，有關「甲烷冰」的探勘工作，並非僅日本一枝獨秀，其他國家也一直努力在進行。譬如，美國能源部早於1997年即探勘過卡羅來納州附近大西洋海底的甲烷水合物的蘊藏量，發現規模多達5,700億立方公尺，足夠美國人使用100年之久。
德國的科學考查小組曾於2001年7月在烏克蘭所轄克里米亞半島西南的黑海海底進行探勘，發現在180公尺深的海底有許多由碳酸鹽形成的「煙囪」，猛烈噴著甲烷氣體，這些氣體可能來自海底的甲烷水合物。另外，海底同時還有豐厚的微生物淤泥，提供生成甲烷水合物結晶固體過程必要的條件。換句話說，黑海已被證實存在豐沛的甲烷水合物這類新能源。
中國廣州海洋地質調查局也曾利用地震波探測南海海底地表反射，結果發現該海底區域有大量甲烷水合物存在。中國石油探勘開發研究院也曾提出報告，東海東南部和南海中南部的深水海底，可能蘊藏甲烷水合物。對照本文前面提及的國內中油公司震測資料，海峽兩岸的調查結果不謀而合，也顯示南海區域可能蘊藏天然氣（甲烷）水合物。
凍原冰層底下有甲烷
除了海底存在「甲烷冰」外，地球南北極凍原冰層底下也被發現可能蘊藏類似的能源。2001年冬天，由加拿大、美國、日本和德國科學家組成的國際探勘隊，曾前往加拿大西北部麥肯錫三角洲開鑿一座1,200公尺的深井，以及兩座觀察井，實驗性地開掘凍原冰層底下所蘊藏的甲烷。
前蘇聯和現在俄羅斯的能源、地質科學家們，過去也先後在西伯利亞凍土帶地下探勘出有「甲烷冰」的蹤跡。由於當地的石油和天然氣蘊藏量相當龐大，凍土地帶地下被發現有甲烷水合物，也不會是令人太驚訝的事。
中國大陸方面已經把甲烷水合物的研究列為國家能源開發計劃之一，中國地質學家和石油探勘專家曾對青康藏高原凍土冰層進行探勘，初步認為當地地底下可能存在巨大規模的甲烷水合物。另外，中國科學院蘭州凍土所目前正積極從事大西部凍土冰層甲烷水合物的探勘研究。
「夢中能源」何時圓夢？
總結上面所敘，沉睡在海底或凍原地下的甲烷水合物，已成為各國探索新能源的標的；此一「夢中能源」將來若實現商用，勢必成為新世紀能源的寵兒！根據美國地質調查所的一項報告指出，全世界的甲烷水合物的總蘊藏量，應是其他石化燃料（包括石油、天然氣和煤礦）的兩倍。果真如此，那麼人類一直擔心的「能源危機」，未來或者將有紓緩的空間！
不過，要從海底和凍原地下開掘甲烷水合物，並非容易之事。依據能源專家的說法，這種「甲烷冰」並非一大塊一大塊的結晶固體，而是分散在岩層孔洞裡，所以開採、輸送困難：其次，如何解壓也是問題，因為每單位甲烷造成的溫室效應比等量的二氧化碳要大上20倍，若解壓、開採不當，會造成甲烷水合物分解出大量甲烷，將導致海水和地層的溫度上升，嚴重破壞生態環境。
所以，沉睡的「夢中能源」雖然誘人，但要如何圓夢，把海底和凍原地下的甲烷水合物（「甲烷冰」也好、「可燃冰」也好）順利開掘和商用，在技術層面恐怕還得勞煩各國的科學家繼續努力研究！（本文作者為台灣經濟研究院國際處副研究員）