我國實驗室合成「可燃冰」獲得成功

經濟部中央地質調查所新聞稿 2008/05/12


  經濟部中央地質調查所自民國93年起展開第1期4年的可燃冰-天然氣水合物科技發展計畫,重點工作除了海域地質、地球物理與地球化學等探勘外,也與國立臺灣大學地質科學系暨研究所合作,發展可燃冰人工合成試驗等研究技術,目前在經濟部中央地質調查所籌設的「天然氣水合物合成實驗室」,已能在近似臺灣西南海域可能賦存天然氣水合物的溫壓條件下,於實驗系統中成功地合成出大型的純「可燃冰」。該實驗裝置也可混入不同的沉積物顆粒,模擬自然界中的天然氣水合物型態,合成各式地質條件下的可燃冰標本,提供後續海底探勘科學研究所需的參數。

  「可燃冰」是天然氣和水在低溫高壓環境下所形成的固態水合物結晶,相關專業術語稱為天然氣水合物或甲烷水合物。理論上,1立方公尺的甲烷水合物,常溫常壓下,可釋放出150-170立方公尺的甲烷氣,因此可燃冰可能成為21世紀新型態的天然氣資源。此外,其在地球自然環境系統中也扮演重要的角色,例如它的形成或分解都可能影響全球碳循環、全球氣候變遷及海床邊坡的穩定性等等。所以可燃冰的形成機制與開發方式一直是地質學家與資源工程師們研究的重點。

  可燃冰在地表溫壓環境時無法穩定,很容易發生快速分解而變成氣體和水。因此雖然在高緯度低溫的永凍層或其他深水海域高壓的環境中,地層媦s泛有可燃冰的賦存,但在採收過程中溫壓環境的改變,仍會使可燃冰分解而無法保存。加上自然界的可燃冰產狀及成分變異大,無法系統性地控制變因加以研究。因此,為了瞭解可燃冰的各項物理與化學特性,藉由實驗室的模擬合成試驗與各項性質量測,就可以輔助科學家與工程專家更精準的判釋可燃冰在自然環境下的可能行為與特性。

  目前設立於經濟部中央地質調查的天然氣水合物合成實驗室,係分年引進美國地質調查所研發的實驗系統,經過不斷的反覆測試改良,終於成功地合成大型的可燃冰,同時也建立可燃冰標本的保存與處理技術,未來將配合後續進階的實驗研究,瞭解可燃冰在不同地質條件下的生成與分解模式,提供可燃冰未來在開發、輸運及環境影響評估等研究所需之參數。從民國97年度起,經濟部中央地質調查所也與國立臺灣大學化學工程學系合作,開始著手進行天然氣水合物的熱力學研究,將結合實驗、理論模型及分子模擬等研究,從巨觀現象的觀察到微觀的分子間作用力的分析,深入研究天然氣水合物的熱力學性質。

  人造「可燃冰」的合成實驗除可作為科學探勘的應用外,以固態水合物的形式來儲運天然氣,也是近年來國際研究發展的一項新技術。由於1立方公尺的水合物可以儲存約160立方公尺(標準狀態下)的天然氣,其安全性比其他天然氣輸運方式為高,且成本較低,非常適用於位置較偏僻或規模較小之天然氣田開發時所需的儲運技術。目前日本三井造船公司已研發出以固態水合物型態輸運天然氣的商業化作業系統,所研發的人造可燃冰示範製造裝置,每天的生產容量可達600公斤,也積極建造可燃冰運輸船舶。因此,「可燃冰」之固態天然氣輸運新技術的未來研究發展,也值得國內相關產業加以注意並重視。


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