（三）应用场景

当前针对“可燃冰”（NGH）的研究重点在两方面：1、其天然储量的勘探与可控开采；2、输气管道中的预防生成。对于人工合成NGH及应用前景等问题，尽管国内外一直有机构在持续研究，但可能由于缺乏清晰的共识，进展相对缓慢。

表2、NGH与LNG、CNG（地下储气库）的物理性质比较

地下储库可看作在地下以CNG的方式存储天然气，其设计压力可以高达300atm。

表2列举了NGH与液化天然气（LNG）以及地下储库/压缩天然气（CNG）各项指标的对比。可以看得出NGH的优势在于其制备、存储条件相对温和，操作成本较低；而劣势在于单位体积的气体容量小（储气密度低）、重量大。因而我认为人工合成NGH的应用前景主要在于：更加经济、灵活地连通分散性气源与小规模用户之间的供需渠道；以及与地下储库相配合，实现更加广泛、安全的天然气大规模存储。可以预想到以下几个应用场景：

3-1、收集、存储分散性气源的天然气，促进节能减排。

    矿井上有很多分散性气源，包括煤层气、油井伴生气，以及采用常规开采手段缺乏经济效益的低产气井等，以往缺乏有效的手段对这些分散的天然气进行收集，有时出于安全考虑，只能白白烧掉。倘若研发一种车载NGH制备及存储装置，直接在矿井现场将天然气转化为固体形式进行集中储存和对外运输，则有利于实现资源利用，促进节能减排。

图11、各种形式的矿井分散性气源

图12、油田常见的“火炬”，出于安全等考虑，往往将油井伴生气烧掉

3-2、保障偏远地区以及小规模用户的能源供给。

NGH储运的技术成本较低，有利于保障高原、海岛等偏远地区的燃料供应。对于欠发达国家和地区而言，采用更易普及且抗风险能力更强的NGH储运来替代管道与LNG运输，更易确保能源补给的持续稳定，从而促进当地的经济发展与民生改善。

3-3、建立更广泛、安全且低成本的大规模天然气存储设施。

NGH的存储条件相对温和，建设及维护成本可控；另外，储库选址不受地质条件过多限制，地壳稳定且水源充足即可，因而可以建立选址更广泛，且更加安全、低成本的大规模天然气存储设施，与地下储库协同确保用气调峰以及战略储备。在实际的日常管理上，可以通过“二元调控”（温度与压力二者协调）来实现NGH的稳定存储，从而扩大调控范围，提高安全系数。

3-4、结合现有设施，使天然气开采与储运更加安全可控。

NGH的特点在于：在合适的温压范围内，天然气遇水即可生成；其状态为固态，热导率低，隔热性好，有利于实现低温常压存储；并且分解放气时体积不会突然膨胀，因而可以考虑将其添置到现有设施当中，来提高天然气开采与储运过程的安全性。比如在采气井口添置可快速生成NGH的安全阀，一旦发生高压溢流情况，能够快速生成NGH自行封堵；同样的设备也可安装在输气管道以及LNG、CNG储罐外，以防突发气体外泄 ；NGH良好的隔热性有利于阻止被封堵的LNG快速吸热沸腾，并可将天然气由深冷液态转化为固态形式来减缓外溢速率，从而提高了安全性。

3-5、利用NGH的附加属性，作为冷源以及存储淡水等。

NGH热导率低，分解时需要吸收大量热能，因而可作为冷源加以利用；另外，NGH在存储天然气的同时，可在0℃之上以固体的形式保存淡水，这些属性使得NGH可为炎热缺水的海岛及干旱地区同时提供燃料、生活用水和制冷。

3-6、发展沼气产业，促进乡村振兴。

沼气也是我长期关注的一个方向。一方面，随着环保要求的日益提高，大量农林废弃物与城镇餐厨垃圾有待合理处置；另一方面，随着我国天然气供需差距的逐年拉大，应考虑将发展沼气工程看作未来天然气供应的一项重要补充。

与德国等发达国家相比，当前我国农村沼气工程的工业化程度还比较低，除少数大规模养殖场以外，多数仍采用“一户一（沼气）池”的分散式管理方式，在资金与技术投入、日常运营以及配套设施等多方面存在短板。缺乏系统的管理使得这种“分散式”沼气池难以发挥其最大效益，因而在很多农村被逐渐弃用，而每年却仍有大量的农业废弃物无法得到充分有效的利用，导致了一些地区秋冬季“烧秸秆”的问题多年屡禁不止。

针对上述问题我有以下想法：1、对农林及城镇有机废弃物在有限范围内开展集中治理；2、尝试建立“一村一站”式的农业废弃物集中处理站，在本村范围内统一进行资源回收，以及沼气的工业化制备、存储和供应，并结合沼液、沼渣等附属产品协同发展生态农业（国内已有生态农场正在进行相关研究），提高农业收入，减少环境污染，助力乡村振兴。沼气作为分散性气源，同样可以采用NGH的形式进行收集、存储和运输，同时还可为居民储存生活与农业用水，并提供制冷用于夏季防暑降温，以及农产品的冷藏保鲜等。

3-7、处置有害气体。

最早提出“气体水合物”概念的是英国著名化学家Davy（戴维），他在1810年与学生Faraday（对，那个公众熟知的法拉第）首次合成了氯气水合物。实验证明，氯气水合物在常压7℃的条件下即可生成。除此之外，二氧化碳（CO₂）、硫化氢（H₂S）等气体也都可以形成水合物。由此推想：可以将这些危险性气体以水合物的形式进行储运；或者如同“3-4”描述的那样，在常规储罐外添置防护设备，来进一步预防有害气体外泄。另外，针对天然气开采过程中可能会发生的大量有害气体外溢，当开采的天然气中H₂S组分含量超标时，可通过形成硫化氢水合物的形式进行封堵和清除。

3-8、其它应用。

 当前能想到的除上述场景外，文献上还提出了其它一些可能的应用前景。如图13 所示，有文献尝试对几种天然气的运输形式进行了成本比较，并推论当运输距离超过1000公里时，NGH比管道和LNG更具成本优势。除此之外，一些研究机构还在开展将NGH用作车载燃料的相关课题，但如前面所述，相对于LNG和CNG而言，NGH的单位质量大，储气密度低，缺乏竞争力，因而我对该研究方向暂持保留态度。

图13、对于几种不同的天然气运输形式，其运输距离与成本的关系

注：

1、参考资料见《可燃冰——一种天然气储运的备选方案（五）》文末。

2、本文表格根据资料数据自行绘制；图片来自于资料及网络，无商业用途。