21世纪人类面临的最大问题是什么？
(资料图片仅供参考)
全球环境的日益加剧同时，能源告竭早已成为不争的事实。
尽管科学家在今天通过更加尖端的设备探测到了更多化石能源，但就目前人类的技术来讲，很多能源只能干瞪眼。
另一个地方在于，传统化石能源伴随文明发展已经上百年。
在今天提倡低碳环保和降低碳排放的时代，化石能源正在逐渐被抛弃。
我们不得不承认未来的发展方向是清洁能源，对此，我们需要更近一步去深入了解清洁能源的可能性。
清洁能源是未来的发展方向
从全球清洁能源使用来看，核能、电能、天然气会是未来的主要模式。
不过这仍然无法解决因人类快速发展而急剧上涨的能源需求。
科学家如今找到了一种新的方式去帮助我们面对未来的能源危机。
可燃冰，一种新型的清洁能源。
可燃冰完整地来讲，它是一种固体包合物。
也被称为甲烷水合物、甲烷、甲烷冰、天然气水合物等等。
但与常见的气体不同，甲烷在水合相态下为固体，或者说一种固体包合物。
可燃冰的电子显微成像
其中有大量的甲烷被困在水的晶体结构中，看起来和冰很像。
但需要明白的是，它并不是真正意义上的冰体。
可燃冰的甲烷质量取决于甲烷分子的数量。
一般而言，能够观察到的可燃冰甲烷密度大约在每立方米0.9克。
这意味着甲烷水合物可以浮在海面或者湖面，除非它能够通过沉积的方式形成锚定的沉积固定位。
所以从这方面来看，可燃冰仅限于岩石圈也就不足为奇，大约是深海2000米内。
甲烷水合物相图，不同区间内的形态
另外这里的温度也不会太高，水压也较为合适。
部分淡水湖区域也有可燃冰的存在，但通常它们的位置会处于一个相对浅层的位置，大概是水深300米的样子。
从结构上来看，可燃冰不一定就是纯粹的水合物，它可以是各种形式。
例如块状，分散在孔隙空间，或者断层、裂层、层状层等地方。
含天然气水合物的沉积物
对于这种结合物来讲，可燃冰在标准压力和常温下的形态不会太稳定。
甲烷水合物会在常温常压下分解，1立方的可燃冰大约会分离出来164立方甲烷，以及0.8立方左右的淡水。
这也解释了为什么在深海区域更能看见它们的存在，科学家通过分析这部分可燃冰同位素显示。
它们来自微生物对二氧化碳的还原。
另外在冻土区域或者其他不同区域的可燃冰来讲，水合物的沉积变化没有一个比较统一的数值。
可燃冰丰富的地方大多有许多低等生物
可燃冰的面貌科学家在进一步的研究中还发现，如今探测到的可燃冰大多来自古代地球存积而来的沉积物。
从天然气水合物的甲烷分析中显示，微生物群落在低氧环境中降解了有机物。
这其中的甲烷主要来自甲烷古菌。
在沉积物最上层几厘米处的有机物首先遭受好氧细菌的侵蚀，并产生二氧化碳。
二氧化碳从沉积物中逃逸至水里，在这个有氧活动区域内，厌氧菌开始工作。
随着深度的增加，亚硝酸盐、硝酸盐、金属氧化物被微生物还原。
甲烷分子典型的水合物结构
然后硫酸盐被还原成硫化物，最终，甲烷产生并形成有机碳，再矿化之后便成为我们今天所发现的可燃冰。
如果沉积速率低于一定值，有机碳含量低于1%，并且氧气丰富，好氧细菌消耗沉积物中所有有机物的速度会快于氧气耗尽的速度。
所以这时低能氧化剂不再起作用，但是在沉积率和有机碳含量高的地方，沉积物内部的孔隙水就会进入缺氧状态。
通常这种情况主要出现在大陆架和西部边界洋流上升带之下。
即便只有几厘米或者更小的孔隙深度，富含有机物的海洋沉积物也会被包含进去。
天然气水合物块的特定结构
这种情况下诞生的甲烷过程相当复杂，并且会有一个高度还原的环境，还要有较为严格的酸性值区间，通常来讲为6~8。
另外还需要考虑不同种类的古生菌和细菌的复杂共养结合体，然而真正能产生甲烷的只有古细菌。
因此综上所述，可燃冰在海洋深处沉积的过程不仅漫长复杂，而且还要有合适的古生菌状态才能完成对甲烷水合物的合成。
从20世纪60年代开始，一直到70年代至今，科学家们通过首次认识可燃冰之后，对全球海洋可燃冰存量进行了估值，并且每隔10年都会更新一次。
地质环境相关的天然气水合物的结合模式
基于现有的理论假设来看，整个深海底部都有这些物质。
进一步研究表明，可燃冰只在大陆架中，另外受直接抽样限制，甲烷水合物的研究并不算太多。
尽管如此，科学家仍然探明到全球大约有500~2500吉吨甲烷水合物，远远大于其他天然气资源估值。
可燃冰商业化之路从早期的勘探到现在的实验开采，各种研究表明可燃冰的确是一种清洁能源，并且具备很高的商业价值。
100升可燃冰可以为一辆汽车提供50000公里的动力。
可燃冰利用价值非常高
根据早期的勘探显示，中国境内的可燃冰储备为全球第一。
根据2017年在《经济日报》中的报道，我国可燃冰储量相当于1000亿吨石油。
尤其是南海地区，可燃冰的储备量达到了800亿吨。
并且在开采实验中，我国已经初步具备可燃冰的开采技术。
南海可燃冰的首次开采项目显示，60天的开采量就达到了30万立方米。
根据自然资源部提供的数据，国内可燃冰单日产量最高能达到287000立方米，开采深度达到1225米。
南海地区可燃冰的开采作业
从整体来看，可燃冰的甲烷释放量大，并且能够满足清洁能源的需求。
而在未来，随着清洁能源需求的进一步提升，可燃冰将会成为商业开发的一部分。
但这是否说明可燃冰在未来有望取代石油呢？
事实上这个问题就目前来讲相对比较复杂，对于石油这样的传统化石能源来讲，人类已经使用了数百年。
并且如今许多工业生产和基础建设都需要石油，如果从能源供应单方面来看，可燃冰的确很有潜力。
开采可燃冰并不容易
但抛开这部分来讲，可燃冰开采商业化需要很高的技术。
首先必须满足在开采过程中的压力环境，如果不能在大规模的开采中保持甲烷水合物的形态，那么在这个开采过程中将会释放大量甲烷。
这不仅不利于天然气的收集，同时对于自然环境来讲也是一个麻烦事。
由于可燃冰依赖压力、温度，开采出来的混合物容易释放出一定量的甲烷。
与天然气水合物释放甲烷相关的示意图
目前科学家仍然在研究不同地区可燃冰开采，甲烷带来的气候环境变化。
从相对数值来看，开采甲烷确实是增加了温室气体，并可能会影响气候。
但就整体环境来讲，仍然不够明确。
另外就大陆架和永冻土层的可燃冰，两者的分布状态也不相同，对于观察结果来讲还需要进一步分析。
一个比较可行的办法是在开采过程中，让甲烷在海水中释放，海洋环境以及细菌会减缓这种作用。
但无论无何，人类如今已经看到可燃冰的潜力与商机，很明显可燃冰成为未来主要能源已经是一种趋势。
但就目前来讲，还需要进一步观望。
