我用一整天的时间,来梳理试验室中研究可燃冰的历史脉络。1810年,戴维32岁时发现氯气与水结合可以形成氯水合物。推而广之,当然也知道其他气体在一定条件下也能与水结合形成相应的气水合物。可戴维没有继续试验下去,但有人沿着他开拓的道路前进着。1828年,发现了溴水合物。1882年发现了二氧化碳水合物、硫化氢水合物。1888年发现了甲烷、乙烷等烃类气体水合物。发现各种水合物的同时,也在研究各种水合物的组成,如1823年法拉第确认了氯水合物由2个氯分子和10个水分子构成。1910年,距离首次合成水合物已经整整一百年了。可是,水合物的研究似乎停滞在试验里,停止在试管里,没有向工业领域的应用迈出步伐。
1934年,是水合物研究史上非常特殊的一年,是里程碑,其研究从室内转向了室外,从理论迈向了工业生产。但其转换,其开始,却是因为遇到了前所未有的“麻烦”。
1930年10月,可采储量达到7.5亿吨的美国东得克萨斯油田被发现,商人见之一拥而上,钻塔林立,到处钻石取油。当年产油1470万吨,1933年产油2740万吨,导致严重供大于求,得克萨斯州的油价从1926年的每桶1.85美元急跌到1931年的每桶15美分甚至2美分,许许多多的公司因此纷纷破产倒闭,社会经济陷于混乱的状态。这是大的“麻烦”。
油田外运石油卖到市场,最经济的办法是通过管道运输。得克萨斯州处于亚热带一温带气候带,夏天用管道运输油气,真是畅通无阻。可到了深秋,却出现了未曾遇过的情况——不知为何,管道堵塞了,油气不流动了,产品运不出产地,石油开采公司连每桶15美分的钱都挣不到了!管道中的“小麻烦”简直是雪上加霜,又造成了不少公司倒闭,进一步加剧了社会经济的动荡。
“小麻烦”却是管道运输技术的大问题。石油比较稠,低温下不易流动,属于常理。但天然气是气体,常温下怎么也会被冻住而不流了呢?却是说不通。况且,“小麻烦”出现的时候,气温还在零度以上好几度呢,地面还没有结冰,油气里即便含水、含水汽,也没有到应该被冻成冰的时候!?但工人打开被堵塞的管道,却是严严实实的冰(图13)!
面对管道中的冰,要救活公司,必须让油气实现在管道中能够作畅通无阻的“破冰之旅”。泰克瑟马天然气公司请来E.G.Hammerschmidt当首席化学家以期解决这个问题。E.G.Hammerschmid用中文称之为哈默史密特。我用了半天的时间,也没有找到关于他的传记之类的资料,维基百科没有、百度百科也没有,他的光辉形象可能淹没在不足百年的历史之洪流中。但他在1934发表的一篇文章,叙述他如何发现冰是可燃冰、如何控制温度压力添加试剂让石油天然气作“破冰之旅”的,却成了经典,直到现在还有人在引用它,成为可燃冰研究的经典文献,成为他贡献给人类的伟大礼品。
遥想哈默史密特当年,当他用锤子(他一生都拥有一把锤子,在他的名字中,含Hammer呢!)敲出管道中的冰块时,当冰块溅落地上之时,碎冰吱啦吱啦地冒出气体时,化作缕缕白烟之时,他一定激动异常。白马非马,此冰非经典的冰!当他发现缕缕白烟竟然是甲烷,是天然气中的主要成分,是由碳和氢元素组成,是碳的变形时,他可能还不知道可燃冰有多大的能源意义。但当他把冰块点燃之时,当可燃冰的火光照耀到了他的脸庞之时,他一定知道自己终结了一段历史:可燃冰这个可爱的精灵在试管里折腾了一百多年,终于有了新的翅膀,它飞到了更大的、更长的运输管道中,更靠近了自然界,从理论研究一步跨到了工业应用领域!
通过这一天的学习,我把1934年标记为可燃冰发现史的一个巨大而耀眼的里程碑。但不止于此,晚上我跟袁芳讨论“麻烦”的问题,都觉得“麻烦”蕴含着新现象,是科学发现的新线索、新起点!遇“麻烦”,可能就会幸运地遇到新的机会!
P31-33
读书稿《钻冰取火记——新盗火者的故事》,首先想起我故乡的天门山。我自小对天门山有一种特殊的感情。每每登上山、穿过天门,望见天门之外的万里长空之时,豁然开朗的感觉就扑面而来,就会把心中的狭窄统统摒弃而去,只留下宽广、豁达、高昂、开朗的心境。我也喜欢外乡的天门山。李白的《望天门山》,“天门中断楚江开”的开阔,“孤帆一片日边来”的新景象,让我共鸣,印象深刻。我感觉读书稿就如同登天门山,并享受这种感觉:视野广阔、内容独特。
“钻冰取火”,我以前不太熟悉这成语,但熟悉“钻木取火”。经查,“钻冰取火”与“井中求火”“缘木求鱼”“探巢捕鱼”等成语,都是说不可能实现的徒劳无益的事儿。古人都说,冰炭不相容,冰炭不同器,怎么可能在冰中取出火来?但偏偏在当代,我们地质工作者在冰中钻出了火来。这种冰还真含炭的组成元素碳,能燃烧成火,颠覆了古人“冰炭不相容”“冰炭不同器”的认识。
能够燃烧的冰俗称“可燃冰”,术语为“天然气水合物”,估计它的地质储量是常规石油和天然气地质储量的二倍左右,有可能成为人类利用的新能源。《钻冰取火记》就是反映地质学家在研究、调查、勘探多年冻土区可燃冰的历程及其使用的科学原理、方法手段。她既是一本科普书,也是一本故事书。
《钻冰取火记》也是一本有思想深度的书。从“钻木取火”中走来,我们实现了“钻冰取火”,实现了古人不敢想象的跨越。这种跨越是我们这个天天都在创新的时代所需要的,特别是我们研究单位。没有创新,就没有社会的进步。作为研究人员,既要师古,要了解古人的经验知识,明白他们为后世做了什么,但不要泥古。我们要思考他们的时代为何有这般的认识,要关注我们自己时代所涌现的新现象、新问题,并基于科学的基础理论去分析这种新现象,从传统的桎梏、权威的枷锁中解放出来,进而遵循科学的精神,获得新知识,获得对自然的新认识,从而一步步使社会进步,人类从物质的桎梏中获得更多的自由。
《钻冰取火记》是一本有创新、有发现的书。作者从天然气水合物的基础理论出发,从已知天然气水合物矿区的勘探实验成果出发,总结了冻胀丘、泥火山(还包括冰冻气泡、冰火山等)作为天然气水合物以及深部油气藏或者煤矿存在的天然标志,据此探讨了历史上的通古斯大爆炸、阿什山火山喷发等科学上悬而未决的事件是可燃冰大爆炸的可能性,并重点考察了作为地球第三极的青藏高原的能源资源的赋存状况,既认为青藏高原的能源资源丰富,又认为环境影响敏感。因此,不管是进行能源资源勘查,还是地质环境研究,都是值得重视的。
习近平总书记2016年5月30日在全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会上的重要讲话中提出:“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼,要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置。”天然气水合物的研究、勘探、开发与利用,正是新能源领域的科技创新;基于该领域的科技创新成果,郭友钊博士创作了科普小说,以期更多的公民了解新能源,关心新能源的经济效益、环境效益,将促进新能源的绿色开发与利用。我想,该科普小说的创作,应是实现新能源创新发展的另一翼。
祝贺《钻冰取火记——新盗火者的故事》科普作品的问世与出版。
百年前西伯利亚的通古斯大爆炸,是火山喷发,还是陨石袭击?20世纪50年代被认为中国最近一次喷发的阿什山火山,是真正的火山喷发?几年前发现的亚马尔半岛上的大坑,莫非是外星人所为?或许这些神秘现象的出现都另有原因——可能是地球自身所为,是全球气候变暖的背景下常年冻土融化减薄、可燃冰融化分解导致的天然气大爆炸……
《钻冰取火记--新盗火者的故事》作者中国地质科学院教授、中国作家协会会员、中国科普作家协会会员郭友钊博士,将带领读者以两位中学生追随科学家探索可燃冰的经历为线索,详细了解可燃冰的前世今生、可燃冰导致的神秘现象及可燃冰巨大的能源与环境意义,将展示从“钻木取火”到“钻冰取火”的突破性科技创新。
本书的核心科学内容来自国家高技术研究发展计划(863计划)“冻土带天然气水合物地球物理勘查技术”和中国地质调查局“陆域天然气水合物资源勘查与试采工程”等项目的部分成果。
全书图文并茂,语言风趣,事理并蓄,悬疑兼容,探索性强,适合自然科学爱好者、尤其对可燃冰及新能源感兴趣的大众阅读,也可供从事油气勘探及新能源工作的人员参考。
2017年5月18日,我国在南海北部神狐海域首次试开采天然气水合物(可燃冰)成功,取得天然气水合物试开采的历史性突破。我国可燃冰开采技术领跑世界。郭友钊著的《钻冰取火记--新盗火者的故事》将带您详细了解可燃冰的前世今生、可燃冰导致的神秘现象及可燃冰巨大的能源与环境意义。