现在有没有代替煤气和天然气的物质？

【专家解说】：(1)氢气——21世纪能源新宠 2002年英国《金融时报》载文说，由于易燃易爆而结束了飞艇称王称霸地位的氢气，可能东山再起，成为21世纪的重要燃料。 氢气作为燃料，有以下特点：一是除核燃料外氢气的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142 351 kJ／kg，是汽油发热值的3倍；二是它燃烧时，几乎不产生有害气体和微粒；三是蕴藏丰富。据估计，目前全球的石油储量，仅能维持30～40年，煤的储量仅能维持200～300年，核燃料铀等的储量也是有限的，而氢元素存在于水中，可以说是取之不尽，用之不竭。 生产氢气最简单、最直接的方法是电解法。将电流通于水，可把水分解成氢气和氧气。利用石油、煤等发电制氢，同样污染环境，且成本高。 从20世纪80年代开始，太阳能电池的转换效率大幅提高，成本降低。这样，如果计入石化燃料治理污染费用和污染引起疾病的治疗费用、运输渠道等开支，氢的成本也只接近于石化燃料生产电力的成本。美国国家能源和环境研究中心已计划在加州的沙漠地带布设大面积太阳能电池，用其电力电解地下含水层的水来生产氢气，然后用泵把氢抽入管道，分配使用。 另外，生物技术制氢也是一种才良有前途的方法。例如，藻类中的红藻、蓝藻、绿藻和褐藻，均能利用阳光将水分解成氢和氧，目前德国正在建造一座藻类制氢农场，预计到2020年，可形成藻类制氢产业。科学家发现有许多原始低等生物，在其新陈代谢过程中可放出氧气。 日本一位细菌学家培养出一种红极毛杆菌，这种细菌每消耗5毫升淀粉培养液，可产生25毫升氧气，是功效很高的一种制氢菌种。美国宇航部门将做这样的试验：将一种光合细菌——红螺杆菌带到太空去，用它所放出的氢气作为能源，供航天器仪器使用。这种红螺杆菌生长繁殖速度很快，并极容易在农副产品的废渣、废水和乳类产品加工后的垃圾中培养。这也是一种很有前途的制氢细菌。此外，直接利用太阳光分解水制造氢气的方法也在试验之中。 随着液态氢技术的发展和储氢合金的研制成功，氢的储存、运输将更加安全，氢将成为汽车、飞机、空间飞行器的理想燃料。 (2)可燃冰有望成为21世纪新能源 20世纪70年代以来，人们陆续在世界各地的海洋深处发现了一种以前从未给予充分重视的新能源——可燃冰。猛听这一名词，你一定会感到奇怪！冰，怎么会可燃呢？其实，可燃冰是指水和天然气相结合后形成的一种晶体物质，学术上称为“天然气水化合物”。据测定，1立方米固体可燃冰，约含200立方米天然气。所以可燃冰具有很强的燃烧能力，是一种十分重要的能源资源。可燃冰的发现是出于一次偶然的机会。在20世纪30年代，人们为了输送天然气，开始铺设巨型天然气管道。由于管道经常发生堵塞，结果将管道剖开，才发现是被冰一样的物质所封堵，对这种物质进行研究后，才知道是天然气与水的结合物，有很强的燃烧能力，是一种很有开采价值的新能源。 1、什么叫“可燃冰” “可燃冰”的主要成分是甲烷与水分子，学名为“天然气水合物”（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate），又称“笼形包合物”（Clathrate），分子结构式为：CH4·H2O。天然气水合物是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等）下，由气体或挥发性液体与水相互作用过程中形成的白色固态结晶物质，外观像冰。由于天然气水合物中通常含有大量甲烷或其它碳氢气体，因此极易燃烧，被称为“可燃烧的冰”，燃烧产生的能量比同等条件下煤、石油、天然气产生的多得多，而且在燃烧以后几乎不产生任何残渣或废弃物，污染比煤、石油、天然气等要小得多。组成天然气的成分如CH4，C2H6，C3H8，C4H10等同系物以及CO2，N2，H2S等可形成单种或多种天然气水合物。形成天然气水合物的主要气体为甲烷，对甲烷分子含量超过99%的天然气水合物通常称为甲烷水合物（Methane Hydrate）。 天然气水合物的形成有三个基本条件，缺一不可。据专家介绍，首先温度不能太高；第二压力要足够大，但不需太大；0℃时，30个大气压以上就可生成；第三，地底要有气源。天然气水合物受其特殊的性质和形成时所需条件的限制，只分布于特定的地理位置和地质构造单元内。一般来说，除在高纬度地区出现的与永久冻土带相关的天然气水合物之外，在海底发现的天然气水合物通常存在水深300～500m以下（由温度决定），主要附存于陆坡、岛屿和盆地的表层沉积物或沉积岩中，也可以散布于洋底以颗粒状出现。这些地点的压力和温度条件使天然气水合物的结构保持稳定。从大地构造角度来讲，天然气水合物主要分布在聚合大陆边缘大陆坡、被动大陆边缘大陆坡、海山、内陆海及边缘海深水盆地和海底扩张盆地等构造单元内。据估计，陆地上20.7%和大洋底90%的地区，具有形成天然气水合物的有利条件。绝大部分的天然气水合物分布在海洋里，其资源量是陆地上的100倍以上。在标准状况下，一单位体积的天然气水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气体，因而是一种重要的潜在未来资源。 2、天然气水合物的储量 天然气水合物在世界范围内广泛存在，这一点已得到广大研究者的公认。在地球上大约有27%的陆地是可以形成天然气水合物的潜在地区，而在世界大洋水域中约有90%的面积也属这样的潜在区域。已发现的天然气水合物主要存在于北极地区的永久冻土区和世界范围内的海底、陆坡、陆基及海沟中。由于采用的标准不同，不同机构对全世界天然气水合物储量的估计值差别很大。据潜在气体联合会（PGC，1981）估计，永久冻土区天然气水合物资源量为1.4×1013～3.4×1016m3，包括海洋天然气水合物在内的资源总量为7.6×1018m3。但是，大多数人认为储存在汽水合物中的碳至少有1×1013t，约是当前已探明的所有化石燃料（包括煤、石油和天然气）中碳含量总和的2倍。由于天然气水合物的非渗透性，常常可以作为其下层游离天然气的封盖层。因而，加上汽水合物下层的游离气体量这种估计还可能会大些。如果能证明这些预计属实的话，天然气水合物将成为一种未来丰富的重要能源。 从化学结构来看，天然气水合物是这样构成的：由水分子搭成像笼子一样的多面体格架，以甲烷为主的气体分子被包含在笼子格架中。不同的温压条件，具有不同的多面体格架。 从物理性质来看，天然气水合物的密度接近并稍低于冰的密度，剪切系数、电解常数和热传导率均低于冰。天然气水合物的声波传播速度明显高于含气沉积物和饱和水沉积物，中子孔隙度低于饱和水沉积物，这些差别是物探方法识别天然气水合物的理论基础。此外，天然气水合物的毛细管孔隙压力较高。 有专家预测，可燃冰至少能为人类提供1000年的能源，它将来有望替代煤、石油和天然气，成为“21世纪的新能源”。 可燃冰是天然气和水结合在一起的固体化合物，外形与冰相似。由于含有大量甲烷等可燃气体，因此极易燃烧，而且燃烧后污染较少。科学家把可燃冰称作“属于未来的能源”。世界上可燃冰的总资源量巨大。据估算，其有机碳含量大约相当于全世界已知煤炭、石油和天然气总量的2倍。这些可燃冰资源可满足人类未来1000年的需求。世界上已发现的可燃冰分布区多达116处，其矿层之厚、规模之大，是常规天然气田无法相比的。 天然可燃冰呈固态，不会像石油开采那样自喷流出。为了获取这种清洁能源，世界许多国家都在研究天然可燃冰的开采方法。科学家们认为，一旦开采技术获得突破性进展，那么可燃冰立刻会成为21世纪的主要能源。 相反，如果开采不当，后果是灾难性的。在导致全球气候变暖方面，甲烷所起的作用，比二氧化碳要大1020倍；而可燃冰矿藏哪怕受到最小的破坏，都足以导致甲烷气体的大量泄漏，从而引起强烈的温室效应。另外，陆缘海边的可燃冰开采起来十分困难，一旦发生井喷事故，就会造成海啸、海底滑坡、海水毒化等灾害。所以，可燃冰的开发利用就像一柄“双刃剑”，需要慎重对待。