Obsah
- Next Energy "Game Changer"?
- Čo je hydrát metánu?
- Kde sú vklady hydrátu metánu?
- Kde sa dnes vyrába hydrát metánu?
- Nebezpečenstvo hydrátu metánu
- Obrovský potenciál
Hydrát metánu: Vľavo je guľôčkový model hydrátu metánu ukazujúci strednú molekulu metánu obklopenú „klietkou“ molekúl vody. Ostatné molekuly uhľovodíkov, ako napríklad pentán a etán, môžu v tejto štruktúre zaujímať centrálnu polohu. (Obrázok Ministerstva energetiky Spojených štátov). Vpravo je horiaca vzorka ľadu s obsahom metánu (obrázok Geologického prieskumu Spojených štátov).
"Cement" hydrátu metánu v konglomeráte ?: Táto fotografia ukazuje jadro vzorky hydrátu metánu v testovacej jamke Mallik. Táto dobre preniká do permafrostových usadenín v oblasti Delta rieky Canadas Mackenzie. Táto časť jadra zobrazuje štrky zatavené do „konglomerátu“ pomocou hydrátu ľadu s metánom. Kliknite pre zväčšenie obrázku.
Next Energy "Game Changer"?
Pretože sa zemný plyn z bridlíc stáva globálnym energetickým „meničom hier“, výskumníci v oblasti ropy a plynu pracujú na vývoji nových technológií na výrobu zemného plynu z depozitov metánu. Tento výskum je dôležitý, pretože sa predpokladá, že vklady hydrátu metánu sú väčším zdrojom uhľovodíkov ako všetky svetové zdroje ropy, zemného plynu a uhlia spolu. Ak sa tieto usadeniny dajú efektívne a ekonomicky rozvíjať, hydrát metánu by sa mohol stať ďalším meničom energie.
Obrovské množstvá hydrátu metánu sa našli pod arktickým permafrostom, pod antarktickým ľadom a v sedimentárnych ložiskách pozdĺž kontinentálnych okrajov na celom svete. V niektorých častiach sveta sú oveľa bližšie k oblastiam s vysokou populáciou ako akékoľvek pole zemného plynu. Tieto ložiská v okolí môžu umožniť krajinám, ktoré v súčasnosti dovážajú zemný plyn, stať sa sebestačnými. Súčasnou výzvou je inventarizácia tohto zdroja a nájdenie bezpečných a ekonomických spôsobov jeho rozvoja.
Graf stability hydrátu metánu: Tento fázový diagram ukazuje hĺbku vody (tlak) na vertikálnej osi a teplotu na horizontálnej osi. Prerušované čiary oddeľujú polia stability vody, vodného ľadu, plynu a hydrátu plynu. Čiara označená ako „prechod hydrátu na plyn“ je významná. Pod touto čiarou sa vyskytujú podmienky na vznik hydrátu metánu.Nad touto čiarou sa nebude tvoriť hydrát metánu. Červená čiara sleduje geotermu (zmena teploty s hĺbkou na určitom mieste). Všimnite si, ako sa pri zvyšovaní hĺbky geoterma dostáva cez prechodové vedenie hydrátu na plyn. To znamená, že hydrát plynu v sedimentoch zvyčajne prekrýva voľný plyn. Graf upravený po NOAA.
Čo je hydrát metánu?
Hydrát metánu je kryštalická tuhá látka, ktorá pozostáva z molekuly metánu obklopenej klietkou vzájomne prepojených molekúl vody (pozri obrázok v hornej časti tejto stránky). Hydrát metánu je „ľad“, ktorý sa prirodzene vyskytuje iba v podpovrchových ložiskách, kde sú jeho teplota a teplota priaznivé. Tieto podmienky sú znázornené vo fázovom diagrame na tejto stránke.
Ak sa z tohto prostredia teplota / tlak odstráni ľad, stane sa nestabilným. Z tohto dôvodu je ťažké študovať vklady hydrátu metánu. Nemôžu byť vŕtané a spracované na štúdium ako iné povrchové materiály, pretože keď sa dostanú na povrch, tlak sa zníži a teplota stúpne. To spôsobuje, že sa ľad topí a metán uniká.
Pre hydrát metánu sa bežne používa niekoľko ďalších názvov. Patria sem: metán klatrát, hydrometán, metánový ľad, požiarny ľad, hydrát zemného plynu a hydrát plynu. Väčšina depozitov hydrátu metánu tiež obsahuje malé množstvo iných hydrátov uhľovodíkov. Medzi ne patrí propán hydrát a etán hydrát.
Mapa hydrátu metánu: Táto mapa je generalizovanou verziou miest v globálnom inventári databázy výskytu hydrátov zemného plynu USGS.
Mapa hydrátu plynu: Jedným z najviac študovaných nálezov plynových hydrátov je Blake Ridge, pobrežná Severná Karolína a Južná Karolína. Výzvami pri výrobe metánu z tohto ložiska je vysoký obsah ílu a nízka koncentrácia metánu. Táto mapa je príkladom blízkosti kontinentálnych maržových vkladov k potenciálnym trhom so zemným plynom. Obrázok NOAA.
Laboratórium plynových hydrátov USGS: Toto video vás zavedie na návštevu do laboratória USGS Gas Hydrates Lab, kde vedci uskutočňujú experimenty na vzorkách hydrátov plynu získaných z polárnych a kontinentálnych okrajových oblastí. Vytvárajú tiež hydráty syntetických plynov a uskutočňujú experimenty na určenie ich chemických a fyzikálnych vlastností.
Kde sú vklady hydrátu metánu?
Štyri prostredie Zeme má podmienky teploty a tlaku vhodné na tvorbu a stabilitu hydrátu metánu. Sú to: 1) sedimentárne a sedimentárne skalné jednotky pod arktickým permafrostom; 2) sedimentárne vklady pozdĺž kontinentálnych okrajov; 3) hlbokomorské sedimenty vnútrozemských jazier a morí; a 4) pod antarktickým ľadom. , S výnimkou antarktických depozitov nie sú akumulácie hydrátu metánu príliš hlboko pod zemským povrchom. Vo väčšine situácií je hydrát metánu v rámci niekoľkých stoviek metrov od povrchu sedimentu.
Modely depozitu hydrátu metánu: Modely depozitu pre vklady hydrátu metánu na kontinentálnych okrajoch a pod permafrostom.
V týchto prostrediach sa hydrát metánu vyskytuje v sedimente vo vrstvách, uzloch a intergranulárnych cementoch. Ložiská sú často také husté a priečne perzistentné, že vytvárajú nepriepustnú vrstvu, ktorá zachytáva zemný plyn pohybujúci sa zdola nahor.
V roku 2008 Geologický prieskum Spojených štátov odhadol celkový neobjavený zdroj hydrátu plynu v oblasti severného svahu Aljašky. Odhadujú, že celkový neobjavený zdroj zemného plynu vo forme hydrátu plynu sa pohybuje medzi 25,2 a 157,8 bilióna kubických stôp. Pretože cez akumuláciu hydrátu plynu bolo vyvŕtaných veľmi málo vrtov, odhady majú veľmi vysokú mieru neistoty.
Laboratórium plynových hydrátov USGS: Toto video vás zavedie na návštevu do laboratória USGS Gas Hydrates Lab, kde vedci uskutočňujú experimenty na vzorkách hydrátov plynu získaných z polárnych a kontinentálnych okrajových oblastí. Vytvárajú tiež hydráty syntetických plynov a uskutočňujú experimenty na určenie ich chemických a fyzikálnych vlastností.
Plynový hydrát dobre: Ignik Sikumi # 1 plyn dobre hydratuje na severnom svahu Aljašky. Hodnotenie zdroja hydrátu plynu USGS stanovilo, že v severnom svahu je rozsiahly zdroj hydrátu plynu zachytený pod permafrostom. Ministerstvo energetiky fotografie.
Ignik Sikumi: Toto video vás zavedie na návštevu poľného pokusu o hydrátoch plynu Ignik Sikumi, studne na severnom svahu Alaskas, ktorá produkovala zemný plyn z hydrátov plynu pod permafrostom. Dosiahlo sa tu oslobodenie metánu jeho nahradením oxidom uhličitým - bez roztavenia hydrátu plynu.
Kde sa dnes vyrába hydrát metánu?
Doteraz nedošlo k rozsiahlej komerčnej výrobe metánu z depozitov hydrátu plynu. Celá produkcia bola buď v malom meradle alebo experimentálna.
Začiatkom roku 2012 spoločný projekt medzi Spojenými štátmi a Japonskom priniesol stály tok metánu vstrekovaním oxidu uhličitého do akumulácie hydrátu metánu. Oxid uhličitý nahradil metán v hydrátovej štruktúre a uvoľnil metán do prúdu. Tento test bol významný, pretože umožňoval výrobu metánu bez nestabilít spojených s hydrátom topiaceho sa plynu.
Najpravdepodobnejšie ložiská hydrátu metánu, ktoré sa majú zvoliť pre prvý vývoj, budú mať nasledujúce charakteristiky: 1) vysoké koncentrácie hydrátu; 2) rezervoárové horniny s vysokou priepustnosťou; a 3) miesta, kde existuje existujúca infraštruktúra. Vklady, ktoré spĺňajú tieto charakteristiky, budú pravdepodobne umiestnené na severnom svahu Aljašky alebo v severnom Rusku.
Ignik Sikumi: Toto video vás zavedie na návštevu poľného pokusu o hydrátoch plynu Ignik Sikumi, studne na severnom svahu Alaskas, ktorá produkovala zemný plyn z hydrátov plynu pod permafrostom. Dosiahlo sa tu oslobodenie metánu jeho nahradením oxidom uhličitým - bez roztavenia hydrátu plynu.
Tavenie hydrátu plynu: Ak sa ropné vrty vŕtajú cez sedimenty obsahujúce hydrát, teplá teplota oleja pohybujúceho sa nahor cez zamrznutú hydrátovú zónu môže spôsobiť topenie. Môže to viesť k zlyhaniu. Nebezpečné sú aj teplé potrubia vedené cez zamrznuté východiská hydrátu. Obrázok USGS.
Nebezpečenstvo hydrátu metánu
Hydráty metánu sú citlivé sedimenty. Môžu sa rýchlo disociovať so zvýšením teploty alebo znížením tlaku. Táto disociácia produkuje voľný metán a vodu. Premena pevného sedimentu na kvapaliny a plyny spôsobí stratu opory a pevnosť v strihu. Môže to spôsobiť ponorenie ponorky, zosuvy pôdy alebo zosuv pôdy, čo môže poškodiť výrobné zariadenia a potrubia.
Metán je silný skleníkový plyn. Vyššia teplota v Arktíde by mohla viesť k postupnému topeniu hydrátov plynu pod permafrostom. Otepľovanie oceánov by mohlo spôsobiť postupné topenie hydrátov plynu v blízkosti rozhrania sediment-voda. Hoci to mnoho správ uvádza ako potenciálnu katastrofu, výskum USGS zistil, že hydráty plynov v súčasnosti prispievajú k celkovému atmosférickému metánu a že katastrofické topenie nestabilných hydrátových usadenín pravdepodobne nevysiela do atmosféry veľké množstvá metánu.
Obrovský potenciál
Hoci sa akumulácie hydrátu metánu nachádzajú v zložitých prostrediach a predstavujú početné technické problémy, sú široko distribuované a sú najväčším zdrojom uhľovodíkov na Zemi. Mohlo by sa vyvinúť množstvo technológií na ich výrobu pomocou redukcie tlaku, výmeny iónov a ďalších procesov, ktoré využívajú ich jedinečné chemické a fyzikálne vlastnosti. Spojené štáty americké, Kanada, Japonsko a India majú intenzívne výskumné programy zamerané na objavenie životaschopných technológií na výrobu hydrátov plynu. Hydrát metánu bude pravdepodobne hrať dôležitú úlohu v našom budúcom energetickom mixe.