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一、天然气水合物与全球碳循环和温室效应

天然气水合物对全球碳循环和气候变化具有双重作用：一是水合物中甲烷气直接或通过化学和生物化学以CO2的形式间接释放进入大气；二是低碳的甲烷可替代多碳化石燃料而降低人为温室气体的排放。天然气水合物在自然界中极不稳定，温压条件的微小变化就会引起其分解或生成。在路易斯安那州海外水深500m以下拍摄到天然气水合物小丘和丘群，通过对1992年和1993年录像的对比辨识出一个小丘的消失和另一个小丘的新生。在小丘周围连续释放的气流含69.6%的CH4，6.3%的C2H6，1.7%的C3H8，11.4%的N2，8%的CO2及微量丁烷、戊烷和氧气。在沉积层中，有机质和CO2在细菌作用下可生成大量甲烷，深成作用亦可使地质历史时期埋藏的有机质转化成天然气，在适宜的温压条件下就可形成天然气水合物。相反，天然气水合物在温度增高或压力降低的条件下就会分解，向大气释放甲烷。由于天然气水合物蕴藏量极大，其甲烷的吞吐量也极大；因此，天然气水合物是地圈浅部一个不稳定的碳库，是全球碳循环中的一个重要环节，在岩石圈与水圈、大气圈的碳循环中起到了重要作用。

甲烷是一种重要的温室气体，因而天然气水合物释放或吸收甲烷对全球气候可产生重大的影响。虽然目前大气中甲烷的体积浓度仅为CO2浓度的1/200，但其全球变暖潜力指数（GWP）按摩尔数是CO2的3.7倍，按质量是CO2的10倍。在1980～1990年期间，甲烷对温室效应的贡献占12%，而甲烷和其他痕量温室气体的总贡献占43%，仅略低于CO2的贡献（57%）。从工业革命前到现在，大气中CO2的浓度提高了25%（由体积含量280×10-6提高至350×10-6），而甲烷浓度则翻了一番（由0.8×10-6提高到1.7×10-6），平均年增长率为0.9%。说明甲烷浓度提高得更快，因此它对温室效应的相对贡献今后还会增大。

甲烷是一种活动性强的温室气体，它对全球气体变暖的影响比相当量的二氧化碳大20倍。更新世时期，全球气候变化（海退）引起海陆环境中天然气水合物释放出大量甲烷，这些甲烷气体也反过来引起全球气候变化。全球变暖，冰川及冰盖融化，引起海平面上升；海平面上升造成水下静水压力增大，增大了天然气水合物的稳定性，而水温的上升又起到相反的作用。对多数陆缘海底天然气水合物来说，水深均大于300～500m，海平面的升降及海底水温变化都对天然气水合物产生影响。上述变化也因天然气水合物赋存区所处纬度不同，天然气水合物的稳定与不稳定变化关系有所差别。有人测算，在过去1万年，极地陆架表面气温升高了10℃或更多，温度升高的影响超过了海平面升高的影响，造成了大量甲烷释出，年均达5.6×109m3，相当于所有大气甲烷来源供给量的1%。又如，对英国大陆架面积约60×104km2海域的测量表明，每年逸出而进入大气的甲烷量达12×104t～3.5×106t，占整个英国甲烷排入量的2%～4%。因此，对广泛分布有海底天然气水合物的海区来说，这种排放情况更突出，成为开发利用天然气水合物工作需要先行监测研究的重要课题。

二、天然气水合物与全球气候变化的关系

天然气水合物既是一种未来能源的巨大载体，又是气候变化的重要因子。已有研究成果表明，大气圈中甲烷的含量在近20万年里与地球的温度是紧密耦合的（图1-10），但其中的原因和作用机制尚未弄清。人们猜测，全球性的温度增高可能是由于大量的天然气水合物的失稳作用造成的后果。事实上，仅仅融化1m3水合物就可释放高达160～200m3的甲烷，其中部分肯定进入大气。反过来，低层大气变暖将加热海洋，引发更多水合物分解和大气变暖这种恶性循环。

图1-10 过去20万年内温度、二氧化碳和甲烷变化的南极Vostock冰核记录

亚洲东岸鄂霍次克海大约相当于北海和波罗的海的总面积，冰层通常一年中有7个月覆盖着鄂霍次克海，从海底天然气水合物矿藏中不断有甲烷逸散形成羽状物。俄罗斯考察队1991年探测得冰层之下水中的甲烷浓度是65mL/L，第二年夏季冰融之时，该指标仅为0.13mL/L，其余部分显然已逃逸到大气之中。这次测定结果清楚表明，海洋下面的甲烷水合物是大气甲烷的重要来源。

水合物在海平面升降情况下的演化轨迹

在变化着的水深条件下，、流体静压力将对应于海平面变化而变化。水合物的稳定性取决于以下两个因素：①海平面上升或下降的量值；②海底温度的变化对海底沉积物温度改变影响的快速程度。一个初始的深度一般有一个低的温度基值，因此上覆水压高而且水温低正是产生大量水合物的条件。在浅水中，当水深浅、压力减小时，温度基值也会上升，这样水合物的稳定性将低于最低的稳定条件。因此，在那种初始深度浅、又有相当高的水温基值的条件下也许不可能有水合物的产生。

随水深增加和水温降低时，水合物的稳定条件在图1-11（a）和图1-11（b）中分别给出，图1-11（a）表明，水合物的相路在海平面从点A开始下降。相路的终止点是在B点还是B′或B″取决于海平面下降的程度。海平面下降较小时将使水合物稳定曲线上的压力保持不变，因此相路在点B处结束，然而海平面下降幅度较大时，将使相路越过水合物稳定曲线到达点B′，并且作为天然气/水的混合物，水合物将在点B″终止。反过来，如图1-11（b）所示，假如海平面上升幅度很小，并保持在原始点A，（气/水混合物）相路图将在点B处终止（如图1-11（b））；大规模的海平面上升时，相路图越过B′（如图1-11（b）），可达到水合物的生成条件，并在点B″结束演化历史（B″点代表的是水合物，而不是气/水混合物）。

海平面的上升与下降周期可产生3个相循环（如图1-11（c）并且分别由A，B，C标出）。因为存在对沉积物的热传导，对沉积物温度的调整过程存在时间上的延迟。任何一个循环相路绕反时针方向均从位置1开始，这意味着随着较慢的温度响应，将有滞后现象发生。在环形A中（图1-11（c）），海平面的升降越过了水合物稳定曲线，因此是一个从气/水混合物—水合物，然后又回到气/水混合物的过程。这个过程发生在海平面首次上升（位置1到位置2），然后沉积物温度降低（位置2到位置3），接着海平面下降（位置2到位置4），随着沉积温度最终上升（位置4到位置1）。在环形的B和C中，水合物被保存（环形B），气/水混合物也一直存在（环形C）。

许多学者讨论了天然气水合物对全球气候变化的反馈，这种反馈在极地与中低纬度地区不同。在间冰期，全球变暖，冰川和冰盖融化，永久冻土带地层中的天然气水合物由于温度升高和压力降低而不稳定，释放甲烷，产生温室效应，对全球变暖产生正反馈。同时，在中低纬度的陆缘海，一方面海水温度上升可使天然气水合物不稳定，另一方面由于海平面上升，海底静水压力增大，又使天然气水合物的稳定性增高。由于海水的热容量大，底层海水的升温不会很显著，静水压力的影响可能占主导地位，故总的效应可能是使天然气水合物的稳定性增高，对全球变暖产生负反馈。在冰期上述过程均可反向进行。Kvervolden（1988）认为，现代全球变暖过程中极地天然气水合物的正反馈起着主导作用，这一过程每年释放甲烷估计为3×1012g，即全球大气中甲烷增量的1%。一般认为，冰期由米兰科维奇轨道力引起，但这一机理虽可解释冰期旋回的宽缓变化，却不能解释冰期的突然中止。Paull等（1996）用陆缘海中天然气水合物对冰期的负反馈来解释冰期的中止，但这也不能解释这种中止的突发性。研究认为，只要温度稍一变暖，极地天然气水合物的正反馈就可加速这一过程，使冰期突然结束；但这一效应会导致甲烷从天然气水合物中的无控制释放，以及随之而来的全球无控制变暖；这种现象实际上并未观察到。所以，冰期的突然中止仍然是个谜。

图1-11 水合物在海平面升降条件下的演化轨迹示意

许多研究人员认为，某个较大区域发生爆发性甲烷释放能在短期内使气候发生急剧变化。加利福尼亚大学圣巴巴拉分校海洋地理学家James P.Kennett提出了假设，认为在大约1.5×104a前的最近一次冰河期，灾难性的甲烷释放可能在仅仅几十年内触发温度显著上升。

研究人员还发现天然气水合物释放甲烷影响全球气候变化的更古老的迹象，大约5500×104a前古新世末期影响全球气候的化石证据表明，该时期海洋和陆地的温度都急剧上升，在世界范围形成一次温度异常（LPTM=Late Paleocene Thermal Maximum——晚古新世温度峰值），许多生活于海底沉积物上的单细胞有机物物种都灭绝了。微生物的碳同位素成为解释温度迅速升高原因的关键。这次十分著名的全球范围温度异常，如同在此期间全球的碳同位素变化所显示的那样，是伴随着海洋天然气水合物矿藏中甲烷的一次极其强烈的释放而产生的。

对于天然气水合物与全球变化的关系，迫切需要深入并定量地研究其在全球碳循环中的作用，以及对全球变暖、变冷及相应的海平面变化的反馈。如上所述，这种反馈的方向和强度可能随纬度而变化，还可能随气候进程而变化；揭示其规律将对认识全球变化、尤其是冰期与间冰期交替的原因具有重要意义。为了研究天然气水合物对碳循环和温室效应的总贡献，需要在实验和模拟基础上对产生反馈的机理进行研究，对不同环境和条件下天然气水合物对甲烷的释放或吸收量、被释放的甲烷经过水层后未被溶解或氧化而到达大气的量进行较准确的估计，从而定量地估计在给定气候变化下全球天然气水合物释放或吸收甲烷的总量，即中低纬度陆缘海中两种相反效应及极地的正反馈效应之总和。

三、天然气水合物的地质灾害因素

科学界普遍认为，天然气水合物终将成为人类未来的极具潜力的洁净的能源资源。研究同时表明，沉积物中的天然气水合物在所处周围环境条件由于种种原因发生变化时，温度-压力平衡会遭到破坏，导致天然气水合物发生解体和逃逸，有可能造成地质灾害，或对全球气候变化产生影响。失稳现象的发生与天然气水合物赋存环境条件的变化呈复杂的互动关系。天然气水合物的稳定性是由压力、温度和气体的组合状况来确定的。在典型的水体温度变化过程中，一个纯甲烷水合物的稳定界限温度在大约5℃和压力50Pa（相当于约500m水深）情况下开始。在混合了另外气体，特别是硫化氢的情况下，稳定范围就会显著扩大。在同样温度条件下，向甲烷和二氧化碳混合水合物中加入约20%的硫化氢组分，会使压力降低大约10Pa，或者说，在保持相同压力情况下，可提高几乎2℃。具有各种各样组分的天然气水合物相应地会在各不相同的温度-压力范围里形成。此外，孔隙水的组成和可利用性、气体饱和状态、寄居岩石可能的催化特性，以及孔隙度和持续稳定性等问题，对于沉积物的稳定性范围也具有重要意义。

海底地质灾害是天然气水合物资源开发研究的重要内容。天然气水合物与海底滑坡有关早在20世纪70年代就认识到了。美国大西洋大陆边缘填绘出近200个滑坡，被认为是海平面下降，围压降低，甲烷气体从分解的天然气水合物中游离出来，造成边坡不稳定而引起的。同时，该海域多数滑坡均分布在天然气水合物分布区内或其附近也说明了这一点。在其他海域的海台塌陷也与天然气水合物有关（如西南非洲陆坡和海台、挪威陆缘、波弗特海陆缘、里海、北巴拿马陆架和加拿大纽芬兰）。在晚更新世海退期间，海平面下降约100m，造成对海底的压力降低了1000kPa，总压力的降低引起天然气水合物底部的分解，释放出过量的甲烷和水，造成边坡的不稳定性，并产生灾难性后果。研究表明，存在两种不同的机制引发亚马孙海底滑坡：①海平面快速下降，使天然气水合物失稳，上覆沉积物滑移；②安第斯山冰消作用以及其后亚马孙河沉积物冲入大陆坡，由于超负荷引起海底滑坡。依据冰心中观察到的大气甲烷含量的变化，前一种解释似乎更为合理。海底滑坡的触发因素可能是一次小地震，或者河流带来的一批洪积物，甚至是一次大风暴潮。一旦滑坡起动，水合物层之下的游离气就会沿裂隙上升，原来处于亚稳定状态的水合物也将分解释放甲烷气体。研究表明，绝大多数大型滑坡与天然气水合物失稳，或者说与崩塌物质在水合物之上“滑翔”有关（图1-12）。1929年，发生在加拿大纽芬兰的海底滑坡造成27人死亡和巨大经济损失；1979年，法国海岸发生的海底滑坡引起的海啸使11人丧生。因此，在开发利用海底天然气水合物时应充分考虑并研究海底地质灾害，设计可行的技术方案。

图1-12 海洋水合物环境效应的综合示意图

在海洋堆积物里，天然气水合物形成时能够在孔隙中产生一种胶结作用，致使大陆斜坡带处于明显较为稳定的状态。由于压力和温度条件发生变化而引发天然气水合物释放时，首先会导致大陆斜坡带较多部位产生失稳现象，在那里会形成巨大的滑塌块体滑入深海，并使深海生态环境遭受灾难性的后果。

根据先前对海底的探测结果，科学家解释说，0.8×104a前位于挪威大陆边缘总量大约5600m3的沉积物从大陆坡上缘向挪威海盆滑动了800km，巨量的泥土推开海水引起的海啸造成毁灭性的后果，可怕的浪涛突然间吞没了海岸线。科学家猜测，这个极为著名的Storrega海底山崩事件，大概是由于天然气水合物释放而形成的世界著名的最大滑塌体之一。

1998年夏，莫斯科谢尔索沃夫（Shirshov）海洋学研究所的俄罗斯研究人员在挪威西岸外发现了不稳定的水合物矿床。他们认为，海底断层产生的柱状物和水合物的自然分解均能向大气中缓慢地释放甲烷，但这一过程有时更具爆发性。挪威特罗姆瑟大学的Jurgen Mienert领导的国际小组最近发现在巴伦支海海底（正好在挪威东北端外）有许多类似弹坑的巨大凹陷，最大坑宽700m，深300m，这种大小不等的“弹坑”密布于甲烷水合物矿床的附近，清楚表明发生过灾难性甲烷爆发。断层和其他结构证据表明，它们可能发生于最近一次冰河期的末期。这种爆发可能遵循用来解释Storrega山崩原因的理论：变暖的海洋使水合物变得不稳定，当达到某一临界点时就像火山一样爆发了。

由于水合物中含有超出自生体积一百倍以上的气体，若遇断裂等构造作用，引起水合物在瞬间爆炸般分解，可形成密度为0.1kg/m气/水混合物，并在海面上形成强大的水动力流、涡流和气旋，轮船、飞机、海上钻井设施遭遇这种环境会迅速沉到海底。科学家认识到，天然气水合物的脆弱性对井位的选择、钻探和下套管的方案具有重要的影响，天然气水合物处于失稳状态也会对海底的管道、电缆等工程设施及施工造成威胁，甚至造成可怕的后果。

根据天然气水合物稳定的温压条件分析，其至少在始新世末就已存在，当时海洋冷水圈（水温＜10℃）已形成。在此以前，晚白垩世及古新世的底层海水温度估计为7～10℃，在较深水部位也可能形成较薄的天然气水合物层。在适宜的条件下形成的天然气水合物充填于沉积物层的空隙中，起到阻碍沉积物固结和矿物胶结的作用。当压力降低或温度升高时，天然气水合物稳定深度降低，水合物层的底部变得不稳定，释放出远大于水合物体积的甲烷，形成一个充气层，降低了沉积物的强度，导致大范围的滑坡。在渐新世以前不存在大的冰盖，在出现较长时间的低水面时天然气水合物的不稳定化可能成为海底滑坡及浅层构造变动的一级动因。在早始新世末（49.5Ma）及渐新世中期（30Ma）有两次海平面下降事件发生，都伴随有大型滑坡。经对新泽西州陆缘的地震剖面分析表明在早第三纪发生了4次大滑塌，都对应于主要低水面期。更新世冰期时海平面下降约100m，陆架和陆坡的静水压力降低约1000kPa，使天然气水合物的稳定深度下降约20m。这可能是当时在世界范围内普遍发生陆缘滑坡的原因。天然气水合物与海底滑坡的可能联系在世界各地都有报道，重新研究陆缘的地震剖面和地层数据，分析在天然气水合物稳定深度内的浅层构造现象，将可能找到更多地质历史中存在天然气水合物的证据。

国际油价变动是主因

根据现行成品油价格形成机制，国际油价变动超过一定幅度便会带来国内油价的调整。纽约商品交易所数据显示，原油期货价格在2018年12月底触及42.36美元/桶的阶段性低点后，便开始一波反弹，截至目前已经上涨超过35%。业内人士普遍认为，国际油价的上涨直接导致了今年以来国内油价的“四连涨”。

“国内成品油价格调整机制规定，国际油价10个工作日内单向波动超过4%就要进行相应调整。”中国石油大学(北京)经济管理学院副教授郭海涛在接受本报记者采访时说，之前国际油价42.36美元其实是处于一个相对低位，国际油价在从75美元附近跌至这一位置后，市场自身也有着内在反弹需要。

对外经贸大学国际经贸学院教授董秀成表示，影响国际油价涨跌的因素非常多，包括政治、经济等在内多种因素相互叠加，也可能在某一个特定时段某一个因素起主导作用。此次油价上涨受众多因素影响，也是多重因素综合作用的结果。

民生影响相对有限

具体到生活中，本次油价上调后，折合每升89号汽油涨价0.20元、92号汽油涨价0.21元、95号汽油涨价0.22元，0号柴油则涨价0.22元。

隆众资讯成品油分析师徐雯雯说，以油箱容量50升的普通私家车计算，这次调价后，车主们加满一箱油将多花10元左右；按市区百公里耗油7至8升的车型计算，平均每行驶1000公里，费用增加16元左右。而对满载50吨的大型物流运输车辆而言，平均每行驶1000公里，燃油费用则增加88元左右。

专家指出，油价“四连涨”肯定会带来消费者负担一定程度上的增加，但这对于民生的综合影响仍需要辩证看待。

“虽然国内成品油价格较前一阶段低点出现了一定上涨，但也要看到目前国际油价在历史上依然处于基本适中甚至略微偏低的水平。在全球经济出现明显而强劲的复苏之前，全球原油需求也不会出现太大增长。与此同时，随着国内公共交通的日益完善以及新能源汽车保有量的快速增长，汽油作为常用消费能源的重要性正在降低，居民对油价波动的敏感性也会有所下降。”郭海涛表示。

那么，国内油价是否存在“涨多跌少”呢？业内人士指出，2018年全年，我国石油净进口量4.4亿吨，石油对外依存度进一步提升，因此受国际油价影响较大。2018年，国内成品油价格按机制共进行了25次调整，呈现出“13涨11跌1搁浅”的格局。

波动难免但整体稳定

针对未来油价的走势，专家认为，国际油价在多空博弈下有可能宽幅震荡。在不爆发宏观系统性风险的情况下，来自经济运行方面的积极变化可能带动油价继续上行；倘若经济增长逊于预期，抑或贸易 摩擦升温，则会遏制油价上涨。

“长期来看，国际油价的走势关键还是要看供求关系。未来几年之内，原油市场供大于求的关系是很难撼动的。油价走势将不会突破现有预期，重回100美元附近的可能性很小。”董秀成预计，预计2019年国际油价仍然将呈震荡的状态，总体上全年的价格水平将与2018年基本持平。

郭海涛表示，油价走势与宏观经济密切相关。短期内，世界经济既不可能大幅衰退，也不可能一下子让需求大幅扩张，因此油价很可能在一定区间内宽幅波动。“近年来，各种类型的新能源应用发展迅速。对产油国来说，油价过高会加速替代能源的发展，过低则会影响出口原油所获得的收益，因此过高过低都不利。未来，产油国也将更加精准地调节原油供应节奏，确保油价总体稳定。”郭海涛说。

华裔生物学家李义教授和他的“外源基因去除”技术

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本报驻联合国记者卞晨光

人物档案

李义，一九八二年毕业于北京林业大学，一九八三年赴美留学，获纽约州立大学博士学位。现为美国康涅狄格大学教授，新英格兰地区入侵植物研究中心主任和首席科学家，康涅狄格大学转基因植物中心主任。他创建了可使转基因作物安全无害、可让转基因食品放心食用的“外源基因去除(Gene-Deletor)”技术。

潜力巨大

转基因作物可提高农作物产量，减少除草剂、杀虫剂等农药的使用量，并节省大量劳动力，因而给人类带来了巨大的经济和社会效益。根据农业生物技术应用国际服务组织（ISAAA）发布的年度报告，2006年，全球转基因作物的种植面积猛增了1200万公顷，首次突破了1亿公顷大关。从1996年到2006年的10年间，转基因作物的种植面积已经增长了60倍。ISAAA主席詹姆斯估计，在今后10年的商业化过程中，转基因作物种植范围还会进一步扩大，到2025年将有40多个国家的2000多万农户种植2亿公顷的转基因作物。

困扰重重

尽管转基因作物在解决全球饥饿问题和保障农业的可持续发展方面发挥着举足轻重的作用，并可通过转基因能源植物为缓解世界能源危机作出巨大贡献，但因其可使转基因植物的外源基因通过花粉和种子等途径在种群之间扩散，有可能产生“超级杂草”，或使其他植物的性状产生意外的改变，进而给人类生态环境和生物多样性带来危害。同时，转基因作物和以此为原料制造的转基因食品对人体的影响尚未有定论，在世界各地，尤其是欧洲和日本等地，人们对转基因植物安全性问题的争论和担忧已经影响到了转基因植物商业化的推广和应用。

为了摆脱转基因技术在推广和应用中的诸多烦恼，科学家们付出了很多的努力，进行了多次尝试。例如曾先后利用转基因植物花粉不育技术、无籽技术和叶绿体转基因技术来控制转基因植物的安全性问题，但因这些技术都不能从根本上解决外源基因的扩散问题，还是无法令公众彻底解除对转基因植物和转基因食品的戒心。

柳暗花明

今年2月初，李义教授在维也纳召开的国际转基因植物大会上作完“外源基因去除”技术的学术报告后，在场的科学家们顿觉眼前一亮，马上意识到转基因植物的安全性问题终于有了绝佳的解决方案，转基因技术由此便可步入新的发展阶段。著名植物分子生物学家、转基因植物领域的开创者、美国国家科学院院士奇尔顿的第一个反应就是，“你的‘外源基因去除’技术是否申请了专利？我们是否可以使用？”2月底文章在《植物生物技术》杂志上发表后，立即引起了世界范围内的广泛关注。多种文字的报刊杂志和国际上重要的互联网站纷纷予以报道。国际植物遗传资源研究院（意大利）的切尔夫斯博士撰文评论说：“外源基因去除”技术对解决由转基因植物导致的环境和食品安全性等问题具有不可估量的影响。比利时生物技术专家盖普瑞指出，李义教授的技术在消除人们对转基因植物的各种担忧方面具有极其重要的意义。美国罗德岛大学细胞与分子生物学教授考琦教授认为，李义教授新开发的技术是对转基因植物领域的卓越贡献，对转基因的能源和生物反应器植物的商业化尤为重要。国际农业研究中心主席、法国科学家皮诺利博士认为，“外源基因去除”技术是转基因生物体诞生20多年来最重要的事件之一，是生物技术领域内的一场真正的革命。

“外源基因去除”技术的要点之一是在目标植物中加入了受DNA调空片段启动子控制的特殊基因，该基因在启动子的作用下，可根据科学家的意愿，在需要的时间和部位将外源基因和自身从转基因植物中切掉，从而使转基因作物的花粉、种子、果实不再含有外来基因，或将外来基因从人们所需食用的部分（如植物的茎、叶、块茎）彻底清除掉，达到用转基因作物生产出非转基因食品的目的，从根本上解决了长期困扰人们的转基因植物基因扩散问题和转基因食品的安全性问题。

争论告停

“外源基因去除”技术的论文刚一发表，奥地利植物分子生物学家索沃赫便撰文指出，李义教授的技术可为人们多年来就著名的“终结者”（terminator）种子技术的争论画上一个句号。所谓“终结者”种子技术就是在植物中引入种子致死基因，使种子不能正常发芽和生长，从而可以解决外源基因飘移问题。但在不发达国家，农民往往习惯于播种自己收获的种子。如果农民种植“终结者”种子后，因收获的种子与普通种子外观相同，无法分辨，通过出售或交换，其他农民将会继续使用这些种子，其后果自然是颗粒无收。这对发展中国家的农民来讲，无疑是灭顶之灾。因此，该技术刚一推出便饱受批评，而拥有该技术的美国孟山都公司也受到激烈抨击。在强大的压力下，1999年10月，拥有该技术的孟山都公司不得不宣布永远不使用“终结者”种子技术。正如切尔夫斯博士指出的，“外源基因去除”技术不仅具备了“终结者”种子技术的优点，而且解决了“终结者”种子技术所无法解决的转基因食品的安全性问题，并克服了“终结者”种子技术本身存在的重大缺陷。因为即使农民使用自己收获的种子进行播种，种子也会正常生长，只不过这样的种子没有了外源基因的性状，但农民仍然可以获得普通作物的收成。

事出有因

说起来，李义教授当初之所以对转基因植物的安全性问题产生了浓厚的兴趣，还与他10年前的一项转基因植物专利有关。1996年，当时尚在堪萨斯州立大学生物系工作的李义教授带领他的实验室用生长素合成基因构建了广谱性的无籽瓜果基因，并获得了专利。由于无籽果实技术不仅能提高瓜果的品质，还可克服因授粉不良而导致的减产，从而实现瓜果类蔬菜的高产、稳产，因此，李义教授的无籽基因专利在西红柿、西瓜、黄瓜和青椒上的使用权立即被欧洲一家世界性大公司买断。然而，两年后那家公司却终止了合同，原因是，欧洲等地的很多消费者不接受转基因食品。而在美国，一种转基因植物为通过安全性审查所需的实验费用竟高达几千万美元，通常任何单一的瓜果类品种产值都不太高，所以没有哪家公司愿意投资除玉米、大豆、棉花、油菜等主要农作物以外的任何产值较低的转基因作物。正是由于这些原因，包括无籽瓜果技术在内的许多先进转基因技术都未能在生产上得到应用。由此，李义教授便开始构思，希望找到一种方法，使外源基因(如抗虫、抗逆、抗病、高产、无籽基因等)发挥完作用后，再将它们彻底清除，得到非转基因的产品。于是，在1999年他申请了一个关于“外源基因去除”技术的课题，独特的构想、新颖的设计和广阔的应用前景使该课题获得了康涅狄格州改革创新项目的全额资助。

华人贡献

要将设想变为现实，需要攻克许多技术难关，其中最重要的一点就是要使去除效率达到近乎100%，否则无法在大田里使用。当时还是李义教授的博士研究生段晖（毕业于兰州大学）为大幅提高去除效率做了艰苦的探索和大量试验。段晖的工作不但为提高去除效率奠定了坚实的基础，而且为“外源基因去除”的成功开发做出了极其重要的贡献。2002年，正当试验取得了初步结果的时候，著名学术刊物《自然生物技术》发表了如何控制转基因作物外源基因污染的分子策略的文章，文中提到的分子策略与李义教授三年前的设想不谋而合。中美联合培养博士研究生罗克明和实验室的其他科学家利用烟草植物证实了新颖重组酶识别位点确实可以大幅度地提高去除效率。他的实验证明，在3万多株转基因后代烟草植株中，外源基因去除效率达到了100%。罗克明和赵德刚博士（来自贵州大学）的实验结果为“外源基因去除”技术的论文提供了最基本、最重要的数据。中美联合培养博士研究生郑雪莲和邓伟在康涅狄格大学参与了课题后期的工作，也为课题的顺利完成做出了重要的贡献。其中，邓伟和罗克明还在西南大学完成了部分辅助试验。此外，陈永勤博士（来自湖北大学）、蒋湘宁博士（来自北京林业大学）和裴炎博士（西南大学教授，罗克明、郑雪莲和邓伟的中方博士生导师）等亦先后参与了课题研究并做出了较大的贡献。所以说，尽管“外源基因去除”技术诞生在美国，但实为华人科学家的杰作。

谈到将来的打算，李义教授表示，希望将能与中国的科学家通力合作，进一步地完善“外源基因去除”技术，并将该技术在多个领域内推广应用，使中国受益，使百姓受惠

我国总的能源特征是“富煤、少油、有气”。2003年我国总能源消费量达11.783亿吨油当量，其中，煤炭占67.86%，石油占23.35%，天然气占2.5%，水电占5.43%，核能占0.83%。我国拥有较丰富的煤炭资源，2000~2003年探明储量均为1145亿吨，储采比由2000~2001年116年下降至2002年82年、2003年69年。而石油探明储量2003年为32亿吨，储采比为19.1年。在较长一段时间内，我国原油产量只能保持在1.6~1.7亿吨/年的水平。煤炭因其储量大和价格相对稳定，成为中国动力生产的首选燃料。在本世纪前50年内，煤炭在中国一次能源构成中仍将占主导地位。预计煤炭占一次能源比例将由1999年67.8%、2000年63.8%、2003年67.8%达到2005年50%左右。我国每年烧掉的重油约3000万吨，石油资源的短缺仍使煤代油重新提上议事日程，以煤制油己成为我国能源战略的一个重要趋势。

煤炭间接液化技术

由煤炭气化生产合成气、再经费-托合成生产合成油称之为煤炭间接液化技术。“煤炭间接液化”法早在南非实现工业化生产。南非也是个多煤缺油的国家，其煤炭储藏量高达553.33亿吨，储采比为247年。煤炭占其一次能源比例为75.6%。南非1955年起就采用煤炭气化技术和费-托法合成技术，生产汽油、煤油、柴油、合成蜡、氨、乙烯、丙烯、α-烯烃等石油和化工产品。南非费-托合成技术现发展了现代化的Synthol浆液床反应器。萨索尔（Sasol）公司现有二套“煤炭间接液化”装置，年生产液体烃类产品700多万吨（萨索尔堡32万吨/年、塞库达675万吨/年），其中合成油品500万吨，每年耗煤4950万吨。累计的70亿美元投资早已收回。现年产值达40亿美元，年实现利润近12亿美元。

我国中科院山西煤化所从20世纪80年代开始进行铁基、钴基两大类催化剂费-托合成油煤炭间接液化技术研究及工程开发，完成了2000吨/年规模的煤基合成油工业实验，5吨煤炭可合成1吨成品油。据项目规划，一个万吨级的“煤变油”装置可望在未来3年内崛起于我国煤炭大省山西。中科院还设想到2008年建成一个百万吨级的煤基合成油大型企业，山西大同、朔州地区几个大煤田之间将建成一个大的煤“炼油厂”。最近，总投资100亿美元的朔州连顺能源公司每年500万吨煤基合成油项目已进入实质性开发阶段，计划2005年建成投产。产品将包括辛烷值不低于90号且不含硫氮的合成汽油及合成柴油等近500种化工延伸产品。

我国煤炭资源丰富，为保障国家能源安全，满足国家能源战略对间接液化技术的迫切需要，2001年国家科技部”863”计划和中国科学院联合启动了”煤制油”重大科技项目。两年后，承担这一项目的中科院山西煤化所已取得了一系列重要进展。与我们常见的柴油判若两物的源自煤炭的高品质柴油，清澈透明，几乎无味，柴油中硫、氮等污染物含量极低，十六烷值高达75以上，具有高动力、无污染特点。这种高品质柴油与汽油相比，百公里耗油减少30％，油品中硫含量小于0．5×10－6，比欧Ⅴ标准高10倍，比欧Ⅳ标准高20倍，属优异的环保型清洁燃料。

山西煤化所进行”煤变油”的研究已有20年的历史，千吨级中试平台在2002年9月实现了第一次试运转，并合成出第一批粗油品，到2003年底已累计获得了数十吨合成粗油品。2003年底又从粗油品中生产出了无色透明的高品质柴油。目前，山西煤化所中试基地正准备第5次开车，计划运行6个月左右。目前世界上可以通过”煤制油”技术合成高品质柴油的只有南非等少数国家。山西煤化所优质清洁柴油的问世，标志着我国已具备了开发和提供先进成套产业化自主技术的能力，并成为世界上少数几个拥有可将煤变为高清洁柴油全套技术的国家之一。据介绍，该所2005年将在煤矿生产地建一个10万吨／年的示范厂，预计投资12亿～14亿元，在成熟技术保证的前提下，初步形成"煤制油"产业化的雏形。

据预测，到2020年，我国油品短缺约在2亿吨左右，除1.2亿吨需进口外，”煤制油”技术可解决6000万～8000万吨以上，投资额在5000亿元左右，年产值3000亿～4000亿元，其中间接液化合成油可生产2000万吨以上，投资约1600亿元，年产值1000亿元左右。从经济效益层面看，建设规模为50万吨／年的”煤制油”生产企业，以原油价不低于25美元的评价标准，内部收益率可达8％～12％，柴油产品的价格可控制在2000元／吨以内。而此规模的项目投资需45亿元左右。

目前，包括山西煤化所在内的七家单位已组成联盟体，在进行”煤制油”实验对比中实行数据共享；不久将有1.2吨高清洁柴油运往德国进行场地跑车试验；2005年由奔驰、大众等厂商提供车辆，以高清洁柴油作燃料，进行从上海到北京长距离的行车试验，将全面考察车与油料的匹配关系、燃动性及环保性等。目前”煤制油”工业化示范厂的基础设计工作正在进行之中，预计可在2010年之前投入规模生产。

我国与南非于2004年9月28日签署合作谅解备忘录。根据这项备忘录，我国两家大型煤炭企业神华集团有限责任公司和宁夏煤业集团有限责任公司将分别在陕西和宁夏与南非索沃公司合作建设两座煤炭间接液化工厂。两个间接液化工厂的首期建设规模均为年产油品300万吨，总投资分别为300亿元左右。通过引进技术并与国外合资合作，煤炭间接液化项目能够填补国内空白，并对可靠地建设“煤制油”示范项目有重要意义。萨索尔公司是目前世界上唯一拥有煤炭液化工厂的企业。从1955年建成第一个煤炭间接液化工厂至今已有50年的历史，共建设了3个煤炭间接液化厂，年处理煤炭4600万吨，年产各种油品和化工产品760多万吨，解决了南非国内40%的油品需求。

中科院与神华集团有关”铁基浆态床合成燃料技术”签约，标志着该技术的产业化指日可待。铁基浆态床合成燃料技术是中科院山西煤化所承担的”十五”中科院创新重大项目和国家”863”计划项目，得到了国家和山西省及有关企业的支持。经过两年多的努力，已经研发出高活性和高稳定性铁系催化剂、千吨级浆态床反应工艺和装置等具有自主知识产权的技术。截至2004年10月已完成了1500小时的中试运转，正在为10万吨／年工业示范装置的基础设计收集数据，已基本形成具有我国自主知识产权的集成性创新成果。与神华集团的合作，将促进对我国煤基间接合成油技术的发展起到积极的作用。

壳牌（中国）有限公司、神华集团和宁夏煤业集团于2004年11月签署谅解备忘录，共同开发洁净的煤制油产品。根据谅解备忘录，在为期6到9个月的预可行性研究阶段，三方将就壳牌煤制油（间接液化）技术在中国应用的可行性进行研究，内容包括市场分析、经济指标评估、技术解决方案和相关规定审核以及项目地点的确定。据了解，神华集团和宁夏煤业集团将分别在陕西和宁夏各建设一座煤炭间接液化工厂。计划中的两个间接液化工厂的首期建设规模均为年产油品300万吨，初步估计总投资各为300亿元左右。

云南开远解化集团有限公司将利用小龙潭褐煤资源的优势，建设年产30万吨甲醇及10万吨二甲醚项目、年产50万吨或100万吨煤制合成油项目，以及利用褐煤间接液化技术生产汽油。该公司计划于2006年建成甲醇及二甲醚项目，产品主要用于甲醇燃料和二甲醚民用液化气。煤制合成油项目因投资大、技术含量高，解化集团计划分两步实施：2005年建成一套年产1万吨煤制油工业化示范装置；2008年建成年产50万吨或100万吨煤制合成油装置。目前，年产2万吨煤制油工业化示范项目已完成概念性试验和项目可行性研究报告。该项目将投资7952万元，建成后将为企业大型煤合成油和云南省煤制油产业起到示范作用。

由煤炭气化制取化学品的新工艺正在美国开发之中，空气产品液相转化公司（空气产品和化学品公司与依士曼化学公司的合伙公司）成功完成了由美国能源部资助2.13亿美元、为期11年的攻关项目，验证了从煤制取甲醇的先进方法，该装置可使煤炭无排放污染的转化成化工产品，生产氢气和其他化学品，同时用于发电。1997年4月起，该液相甲醇工艺（称为LP MEOH）开始在伊士曼公司金斯波特地区由煤生产化学品的联合装置投入工业规模试运，装置开工率为97.5%，验证表明，最大的产品生产能力可超过300吨/天甲醇，比原设计高出10%。它与常规甲醇反应器不同，常规反应器采用固定床粒状催化剂，在气相下操作，而LP MEOH工艺使用浆液鼓泡塔式反应器（SBCR），由空气产品和化学品公司设计。当合成气进入SBCR，它藉催化剂（粉末状催化剂分散在惰性矿物油中）反应生成甲醇，离开反应器的甲醇蒸气冷凝和蒸馏，然后用作生产宽范围产品的原料。LP MEOH工艺处理来自煤炭气化器的合成气，从合成气回收25%~50%热量，无需在上游去除CO2（常规技术需去除CO2）。生成的甲醇浓度大于97%，当使用高含CO2原料时，含水也仅为1%。相对比较，常规气相工艺所需原料中CO和H2应为化学当量比，通常生成甲醇产品含水为4%~20%。当新技术与气化联合循环发电装置相组合，又因无需化学计量比例进料，可节约费用0.04~0.11美元/加仑。由煤炭生产的甲醇产品可直接用于汽车、燃气轮机和柴油发电机作燃料，燃料经济性无损失或损失极少。如果甲醇用作磷酸燃料电池的氢源，则需净化处理。

煤炭直接液化技术

早在20世纪30年代，第一代煤炭直接液化技术—直接加氢煤液化工艺在德国实现工业化。但当时的煤液化反应条件较为苛刻，反应温度470℃，反应压力70MPa。1973年的世界石油危机，使煤直接液化工艺的研究开发重新得到重视。相继开发了多种第二代煤直接液化工艺，如美国的氢-煤法（H-Coal）、溶剂精炼煤法（SRC-Ⅰ、SRC-Ⅱ）、供氢溶剂法（EDS）等，这些工艺已完成大型中试，技术上具备建厂条件，只是由于经济上建设投资大，煤液化油生产成本高，而尚未工业化。现在几大工业国正在继续研究开发第三代煤直接液化工艺，具有反应条件缓和、油收率高和油价相对较低的特点。目前世界上典型的几种煤直接液化工艺有：德国IGOR公司和美国碳氢化合物研究（HTI）公司的两段催化液化工艺等。我国煤炭科学研究总院北京煤化所自1980年重新开展煤直接液化技术研究，现已建成煤直接液化、油品改质加工实验室。通过对我国上百个煤种进行的煤直接液化试验，筛选出15种适合于液化的煤，液化油收率达50%以上，并对4个煤种进行了煤直接液化的工艺条件研究，开发了煤直接液化催化剂。煤炭科学院与德国RUR和DMT公司也签订了云南先锋煤液化厂可行性研究项目协议，并完成了云南煤液化厂可行性研究报告。拟建的云南先锋煤液化厂年处理（液化）褐煤257万吨，气化制氢（含发电17万KW）用原煤253万吨，合计用原煤510万吨。液化厂建成后，可年产汽油35.34万吨、柴油53.04万吨、液化石油气6.75万吨、合成氨3.90万吨、硫磺2.53万吨、苯0.88万吨。

我国首家大型神华煤直接液化油项目可行性研究，进入实地评估阶段。推荐的三个厂址为内蒙古自治区鄂尔多斯市境内的上湾、马家塔、松定霍洛。该神华煤液化项目是2001年3月经国务院批准的可行性研究项目，这一项目是国家对能源结构调整的重要战略措施，是将中国丰富的煤炭能源转变为较紧缺的石油资源的一条新途径。该项目引进美国碳氢技术公司煤液化核心技术，将储量丰富的神华优质煤炭按照国内的常规工艺直接转化为合格的汽油、柴油和石脑油。该项目可消化原煤1500万吨，形成新的产业链，效益比直接卖原煤可提高20倍。其副属品将延伸至硫磺、尿素、聚乙烯、石蜡、煤气等下游产品。这项工程的一大特点是装置规模大型化，包括煤液化、天然气制氢、煤制氢、空分等都是世界上同类装置中最大的。预计年销售额将达到60亿元，税后净利润15.7亿元，11年可收回投资。

甘肃煤田地质研究所煤炭转化中心自主研发的配煤液化试验技术取得重大突破。由于配煤液化技术油产率高于单煤液化，据测算，采用该技术制得汽柴油的成本约1500元/吨，经济效益和社会效益显著。此前的煤液化只使用一种煤进行加工，甘肃煤炭转化中心在世界上首次采用配煤的方式，将甘肃大有和天祝两地微量成分有差别的煤炭以6：4配比，设定温度为440℃、时间为60秒进行反应，故称为“配煤液化”。试验证明，该技术可使煤转化率达到95.89%，使油产率提高至69.66%，所使用的普通催化剂用量比单煤液化少，反应条件相对缓和。

甘肃省中部地区高硫煤配煤直接液化技术，已由甘肃煤田地质研究所完成实验室研究，并通过专家鉴定，达到了国际先进水平。同时，腾达西北铁合金公司与甘肃煤田地质研究所也签署投资协议，使”煤制油”产业化迈出了实质性一步。为给甘肃省”煤制油”产品升级换代提供资源保障，该省同甘肃煤田地质研究所就该省中部地区高硫煤进行”煤制油”产业化前期研究开发。经专家测定，产油率一般可达到64.63％，如配煤产油率可达69.66％。该项目付诸实施后，将为甘肃省华亭、靖远、窑街等矿区煤炭转化和产业链的延伸积累宝贵的经验。

神华集团”煤制油”直接液化工业化装置巳正式于2004年8月底在内蒙古自治区鄂尔多斯市开工。这种把煤直接液化的”煤制油”工业化装置在世界范围内是首次建造。神华煤直接液化项目总建设规模为年产油品500万吨，分二期建设，其中一期工程建设规模为年产油品320万吨，由三条主生产线组成，包括煤液化、煤制氢、溶剂加氢、加氢改质、催化剂制备等14套主要生产装置。一期工程主厂区占地面积186公顷，厂外工程占地177公顷，总投资245亿元，建成投产后，每年用煤量970万吨，可生产各种油品320万吨，其中汽油50万吨，柴油215万吨，液化气31万吨，苯、混合二甲苯等24万吨。为了有效地规避和降低风险，工程采取分步实施的方案，先建设一条生产线，装置运转平稳后，再建设其它生产线。2007年7月建成第一条生产线，2010年左右建成后两条生产线。神华集团有限责任公司2003年煤炭产销量超过1亿吨，成为我国最大的煤炭生产经营企业。据称，如果石油价格高于每桶22美元，煤液化技术将具有竞争力。

神华集团将努力发展成为一个以煤炭为基础，以煤、电、油（化）为主要产品的大型能源企业集团。到2010年，神华集团煤炭生产将超过2亿吨；自营和控股发电装机容量将达到2000万千瓦；煤炭液化形成油品及煤化工产品能力达1000万吨／年；甲醇制烯烃的生产能力达到1亿吨／年。2020年，其煤炭生产将超过3亿吨；电厂装机容量达到4000万千瓦；煤炭液化形成油品和煤化工产品能力达3000万吨／年。

目前，煤炭直接液化世界上尚无工业化生产装置，神华液化项目建成后，将是世界上第一套煤直接液化的商业化示范装置。煤炭间接液化也仅南非一家企业拥有工业化生产装置。美国正在建设规模为每天生产5000桶油品的煤炭间接液化示范工厂。

云南省也将大力发展煤化工产业，并积极实施煤液化项目。云南先锋煤炭直接液化项目预可行性研究报告已于2004年5月通过专家评估。项目实施后，”云南造”汽油、柴油除供应云南本省外，还可打入省外和国际市场，同时也将使云南成为继内蒙古后的第二大”煤变油”省份。云南省先锋煤炭液化项目是我国利用国外基本成熟的煤炭直接液化技术建设的首批项目之一。云南煤炭变油技术将首先在先锋矿区启动，获得成功经验后在其他地方继续推广。即将兴建的云南煤液化厂估算总投资103亿元，项目建设期预计4年，建成后年销售额34亿元，年经营成本7.9亿元，年利润13.8亿元。云南省煤炭资源较为丰富，但是石油、天然气严重缺乏。先锋褐煤是最适合直接液化的煤种。在中国煤科总院试验的全国14种适宜直接液化的煤种中，先锋褐煤的活性最好，惰性组分最低，转化率最高。液化是一个有效利用云南大量褐煤资源的突破口，洁净煤技术是发展的方向，符合国家的产业政策。”煤变油”将使云南省煤炭资源优势一跃成为经济优势。一旦”煤变油”工程能在全省推广，全省150亿吨煤就能转化为30亿吨汽油或柴油，产值将超过10万亿元。