廣州能源所發表天然氣水合物及其應用技術在全球碳循環和緩解全球變暖中作用的綜述文章
近日，中國科學院廣州能源研究所天然氣水合物開采技術與綜合利用研究室李小森研究員團隊在能源和環境科學領域頂級期刊Energy & Environmental Science（影響因子: 38.532）上發表了題為Natural gas hydrate resources and hydrate technologies: a review and analysis of the associated energy and global warming challenges的封面綜述文章。該文章系統地闡述了天然氣水合物及其應用技術在全球碳循環和緩解全球變暖中的作用。
全球一次能源的供應格局由煤、石油向天然氣的轉變，為天然氣水合物的開發利用帶來了發展前景。研究表明天然氣水合物中的有機碳含量大約占全球有機碳含量的1/3，如此巨量的有機碳使得天然氣水合物在全球碳循環中起著碳庫的作用。毫無疑問，其開發利用將會對全球的碳循環產生重要的影響，從而進一步影響溫室效應的變化趨勢。
工業革命以來，溫室效應問題本質上是由CO2的排放和封存與消耗不平衡造成的，更具體地說是碳源從有機碳轉化為CO2的速率過快所造成的。因此，解決溫室效應的策略長期主要集中于兩個方面：（1）加強CO2的捕集與封存速率；（2）減少煤和石油化石燃料的使用。前者受限于CO2捕集與封存技術的發展，存在一定的技術發展風險；而后者在可見的時間尺度內難以實現。因此，CO2排放量的不斷增加與CO2捕集與封存技術發展滯后之間的矛盾始終存在。在大量使用煤、石油時期，這一矛盾所帶來的風險一直未被充分認識，這主要是由于煤與石油在真正燃燒前，是以固液的形式存在的，不會造成溫室氣體的排放，故可以通過控制煤與石油的使用量使CO2排放速度與碳捕集技術發展相適應。事實上，這也是目前采取的主要措施。然而，隨著能源供應格局轉向天然氣，這一情況發生改變：因為天然氣本身是一種溫室氣體。因此，如何管理這一風險異常重要。
該文章系統地分析了全球的能源供應變化和各替代能源的儲量及利用前景，指出了天然氣在一次能源當中的比重不斷增長的現狀，總結了天然氣的可用來源及賦存量，明確了天然氣水合物的資源儲量及能源前景；同時，從CH4的全球循環過程出發，闡述了天然氣與全球變暖的歷史相關性，討論了天然氣水合物的碳庫作用及其開發、利用對生態環境可能造成的影響，指出了對放空天然氣的控制管理是碳排放下一階段的“碳達峰”和“碳中和”的重要目標。文章還系統地討論了各水合物開采技術的優劣勢和全球試開采現狀，分析了基于水合物的CO2捕集與封存技術、基于水合物的固化存儲技術以及放空天然氣的回收技術在各自應用領域及能源利用和碳捕集與封存層面的發展現狀和前景，并提出了在新的能源供應格局下解決溫室氣體的排放和碳捕集與封存技術發展風險間矛盾的前瞻性策略，即在天然氣開發與天然氣利用之間引入天然氣的長期存儲穩定技術，通過管控天然氣的資源屬性及溫室氣體屬性，使得天然氣的利用與市場需求及碳捕集與封存技術發展相適應。
相關研究得到國家自然科學基金重點項目、青年項目，中科院“從0到1”原始創新項目，廣東省海洋經濟發展專項項目等的資助。
天然氣水合物及其應用技術在天然氣大規模應用背景下的作用
Energy & Environmental Science封面 (2021, 14)
