天然气水合物是一种由水分子和天然气分子（主要为甲烷）在低温、高压环境下形成的类冰状笼型结晶物质，因其可以燃烧，故俗称“可燃冰”。1立方米的甲烷水合物分解大约可以产生164立方米的甲烷气体和0.8立方米的水。从全球范围来看，天然气水合物广泛赋存于大陆边缘海底沉积物和高纬度陆地永久冻土带地区，其中海域天然气水合物资源量远多于陆域资源量。天然气水合物能量密度高、资源储量巨大，其所蕴含的有机碳总量大约是已发现的传统化石能源（煤、石油、天然气）的两倍，被普遍认为是极具潜力的理想替代能源。

我国海域天然气水合物储量丰富，目前已在南海圈定出11个天然气水合物资源远景区，预测远景资源量约800亿吨油当量，与全国陆海常规及非常规天然气资源总量大致相当。在2017年和2020年，自然资源部中国地质调查局主导在南海北部神狐海域利用地层流体抽取法成功进行了两次天然气水合物的试开采，尤其第二次试采更是创造了产气总量和日均产气量的两项世界纪录，使得我国在天然气水合物开发领域稳步走在世界前列（图1为我国海域天然气水合物试采工程作业现场图，引自中国地质调查局官方网站）。然而，在这举世瞩目的成就背后，天然气水合物资源的开发目前仍然存在单井产量低、稳产效果差、开采成本高等瓶颈，这也极大地阻碍了其产业化进程。要想实现天然气水合物的商业开发，还需要解决一系列基础科学及工程实际问题。

除了作为一种新能源，天然气水合物也会导致天然气/原油生产装置及输送管线堵塞，造成重大经济损失。尤其对于油气资源的深海管输，因为海底的水温和压力条件通常很适合天然气水合物的生成，流动安全保障一直是一个棘手的问题。目前，水合物的防治方法主要分为热力学抑制法和动力学控制法两大类。

未来能源与环境应用工程中心将从实验和分子模拟两方面着手，解决天然气水合物开发及油气管道流动安全保障背后的核心科学问题，并为工程应用提供支撑。

图1我国海域天然气水合物试采工程作业现场（引自中国地质调查局官方网站）