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新的曙光降臨了嗎?–氣體水合物:我們未來的每日能源

102/07/12 瀏覽次數 3509
氣體水合物存在於極端環境中,像是深海、極地,或是高山,它是冰狀的固態晶體化合物,主要是由低分子量氣體如甲烷和其他短鏈碳氫化合物所構成。埋藏在厭氧沉積物下的有機物,經過發酵或碳酸還原產生甲烷。因為含碳總量相當於目前已知化石燃料總和的兩倍,所以各國投入了大量資源進行研究。在臺灣的西南沿海地區,陸上的河流沖積帶來豐富的有機物,同時因為受到菲律賓海板塊朝西北快速移動的影響,將陸塊邊緣扭轉成一系列的脊狀地形,有利於氣體水合物的生成。我們的研究顯示,在該處發現的氣體水合物,能夠提供臺灣大約五十年的能源需求。

臺灣大學海洋研究所林曉武教授於 5 月 31 日晚間,以「新的曙光降臨了嗎?-氣體水合物:我們未來的每日能源」為題,給出了2013年春季系列的第六場演講。

林教授最近在電視上很「紅」,常看到他在說「可燃冰」的故事,這次展望演講是個難得的機會,讓林教授現身說法。演講一開始,林老師介紹他平日的研究工作,很多時候是在海上進行,名符其實的跑船,主要的工作就是鑽探氣體水合物。林教授先介紹了氣體水合物的組成:中央是甲烷的氣體分子,外面裹著水分子,在低溫高壓的狀態下成為海床或是極地的冰。自然界中有很多甲烷,海洋亦然,甲烷本身是氣體,但被水分子封住,而水分子在高壓低溫下,變成固體,包圍著中心的氣體,就成為「可燃冰」,可以燃燒。當這種化合物回到正常的溫度和壓力,中央的氣體會釋放出來,體積會膨脹百餘倍,成為能供我們使用的大量能源。臺灣附近常有地震,因為地熱的影響,造成臺灣附近四百米到千米深的海床上,有大量看起來像銼冰的天然氣水合物。

石油從早年的美金十幾元一桶,到現在幾百元一桶,即使價格大幅上升,可是人類開採和使用石油的腳步並未放慢。地底儲藏的石油有限,也就讓工業化開採天然氣水合物的發展變得隔外重要。不過天然氣水合物只要溫度夠低、壓力夠大就會形成,因此在北海、永凍層,和臺灣周遭到處都有,但是日本是唯一認真發展技術,並於最近開採成功的國家。

氣體水合物的另一項重要性,是它除了作為新型能源的角色之外,也會在全球暖化上造成問題,也因此現在有學者研究氣體水合物所帶來的氣候變遷的問題,因為如果永凍層中的甲烷大量釋放,勢必加速地球暖化。所以開採利用可燃冰是一個必要的過程,也因為它量多,很可能成為我們未來的每日能源。但能否順利開採,仍有一些技術上問題,像是可能造成地層的突然下陷,進而造成海嘯。

甲烷會從地層中自然冒出,是能源也可能是災難,所以不如人類先行取出。臺灣得天獨厚,常有地震和颱風,颱風會造成大量有機物沖入海中,再由地?運動加溫,由甲烷細菌和有機物質產生甲烷,在水底高壓下形成天然氣水合物。  

我們可以利用聲波來測量天然氣水合物,高雄外海不過五十公里水淺之處,幾百米下,就有天然氣水合物;在美國,要到在外海上百公里才有,足見臺灣的優勢所在。海水中沒有甲烷,是因為甲烷碰到水中氧氣會被氧化,此外還有細菌會吃甲烷,阻止甲烷從底層進入大氣,這是大自然的獨特設計;但也確實有些地層含量過高,已經冒出海面,甚至氣體逸出後,用海底攝影機觀察到碳酸鈣的大量堆積,或突然產生大量生物,這些現象在臺灣外海都有,這都是我們研究的重點所在。

日本在今(2013)年的 3 月 12 日成功達成了世界上第一次工業開採,我們不該以工業技術劃地自限,日本的成功可以讓臺灣借鏡;世界上資源缺乏的國家都在做類似研究,遑論臺灣條件得天獨厚,雖然開採費用高,是一場是賭注,但臺灣仍應該有遠見,好好把握我們土地上的資源。

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