Conţinut
- Următorul "schimbător de jocuri" de energie?
- Ce este hidratul de metan?
- Unde sunt depozitele de hidrat de metan?
- Unde este produs hidratul de metan astăzi?
- Pericole de hidrat de metan
- Potențial enorm
Hidrat de metan: În stânga este prezentat un model cu bile și lipici de hidrat de metan care prezintă molecula centrală de metan înconjurată de o „cușcă” de molecule de apă. Alte molecule de hidrocarburi precum pentanul și etanul pot ocupa poziția centrală în această structură. (Imaginea Departamentului pentru Energie al Statelor Unite). În dreapta se află un exemplar arzător de gheață cu hidrat de metan (imaginea Studiului Geologic al Statelor Unite).
Hidrat de metan "ciment" în conglomerat ?: Această fotografie arată un eșantion de bază din zona de hidrat de metan din puțul de test Mallik. Acest puț pătrunde în depozitele de permafrost în zona Delta Canadas Mackenzie. Această porțiune a miezului prezintă pietrișele cimentate într-un „conglomerat” de gheața hidratată de metan. Faceți clic pentru a mări imaginea.
Următorul "schimbător de jocuri" de energie?
Deoarece gazul natural din șist devine un schimbător global de jocuri de energie, cercetătorii de petrol și gaze lucrează la dezvoltarea de noi tehnologii pentru producerea gazului natural din depozitele de hidrat de metan. Această cercetare este importantă, deoarece se consideră că depozitele de hidrat de metan sunt o resursă mai mare de hidrocarburi decât toate resursele combinate cu petrol, gaze naturale și cărbune. Dacă aceste depozite pot fi dezvoltate eficient și economic, hidratul de metan ar putea deveni următorul schimbător de jocuri de energie.
S-au găsit cantități enorme de hidrat de metan sub permafrostul arctic, sub gheața Antarctică și în depozite sedimentare de-a lungul marjelor continentale din întreaga lume. În unele părți ale lumii, acestea sunt mult mai apropiate de zonele cu populație ridicată decât orice domeniu de gaz natural. Aceste depozite din apropiere ar putea permite țărilor care în prezent importă gaz natural să devină autosuficiente. Provocarea actuală constă în inventarierea acestei resurse și găsirea unor modalități economice sigure de dezvoltare.
Diagrama de stabilitate a hidratului de metan: Această diagramă de fază arată adâncimea (presiunea) apei pe axa verticală și temperatura pe axa orizontală. Liniile punctate separă câmpurile de stabilitate de apă, gheață de apă, gaz și hidrat de gaz. Linia etichetată „hidrat spre tranziția gazelor” este semnificativă. Condițiile pentru formarea hidratului de metan apar sub această linie.Deasupra acestei linii nu se va forma hidratul de metan. Linia roșie urmărește o geotermă (schimbarea temperaturii cu adâncimea într-o anumită locație). Rețineți cum, pe măsură ce crește adâncimea, geoterma traversează linia de tranziție hidrat în gaz. Aceasta înseamnă că hidratarea gazelor din sedimente se suprapune, de obicei, cu gaz liber. Grafic modificat după NOAA.
Ce este hidratul de metan?
Hidratul de metan este un solid cristalin care constă dintr-o moleculă de metan înconjurată de o cușcă de molecule de apă care se întrepătrund (vezi imaginea din partea de sus a acestei pagini). Hidratul de metan este o „gheață” care apare numai în mod natural în depozitele de pe suprafață, unde condițiile de temperatură și presiune sunt favorabile formării sale. Aceste condiții sunt ilustrate în diagrama de fază de pe această pagină.
Dacă gheața este îndepărtată din acest mediu de temperatură / presiune, aceasta devine instabilă. Din acest motiv, depozitele de hidrat de metan sunt dificil de studiat. Acestea nu pot fi găurite și curățate pentru studiu, precum alte materiale subterane, deoarece pe măsură ce sunt aduse la suprafață, presiunea este redusă și temperatura crește. Aceasta face ca gheața să se topească și metanul să scape.
Câteva alte denumiri sunt utilizate în mod uzual pentru hidratul de metan. Acestea includ: clatrat de metan, hidrometan, gheață de metan, gheață de foc, hidrat de gaze naturale și hidrat de gaz. Majoritatea depozitelor de hidrat de metan conțin, de asemenea, cantități mici de alți hidrați de hidrocarburi. Acestea includ hidratul de propan și hidratul de etan.
Harta hidratului de metan: Această hartă este o versiune generalizată a locațiilor din inventarul global USGS al bazei de date privind apariția hidraților de gaze naturale.
Harta hidratării gazelor: Unul dintre cele mai studiate depozite de hidrați de gaze este Blake Ridge, în largul statului Carolina de Nord și Carolina de Sud. Provocările producerii de metan din acest depozit sunt conținutul ridicat de argilă și concentrația scăzută de metan. Această hartă este un exemplu de apropiere a depozitelor de marjă continentală de piețele potențiale ale gazelor naturale. Imagine realizată de NOAA.
Laborator de hidrațiuri USGS: Acest videoclip vă duce într-o vizită la USGS Gas Hydrates Lab, unde cercetătorii efectuează experimente pe probe de hidrați de gaz colectați din zonele polare și continentale. De asemenea, creează hidrați de gaz sintetic și efectuează experimente pentru a le determina proprietățile chimice și fizice.
Unde sunt depozitele de hidrat de metan?
Patru medii Pământ au condițiile de temperatură și presiune potrivite pentru formarea și stabilitatea hidratului de metan. Acestea sunt: 1) unități de roci și roci sedimentare sub permafrostul arctic; 2) depozite sedimentare de-a lungul marjelor continentale; 3) sedimentele din ape adânci ale lacurilor și mărilor interioare; și, 4) sub gheața Antarctică. . Cu excepția depozitelor din Antarctica, acumulările de hidrat de metan nu sunt foarte adânci sub suprafața Pământului. În majoritatea situațiilor, hidratul de metan se află la câteva sute de metri de suprafața sedimentelor.
Modele de depozit de hidrat de metan: Modele de depozitare pentru depozite de hidrat de metan la marjele continentale și sub permafrost.
În aceste medii, hidratul de metan apare în sediment sub formă de straturi, noduli și cimenturi intergranulare. Depozitele sunt adesea atât de dense și lateral persistente încât creează un strat impermeabil care captează gazul natural care se mișcă în sus de jos.
În 2008, Studiul Geologic al Statelor Unite a estimat resursa totală nedescoperită de hidrat de gaz pentru zona Pantei Nordului Alaska. Ei estimează că resursa totală nedescoperită de gaze naturale sub formă de hidrat de gaz variază între 25,2 și 157,8 trilioane de metri cubi. Deoarece foarte puține puțuri au fost găurite prin acumulările de hidrați de gaze, estimările au un nivel foarte ridicat de incertitudine.
Laborator de hidrațiuri USGS: Acest videoclip vă duce într-o vizită la USGS Gas Hydrates Lab, unde cercetătorii efectuează experimente pe probe de hidrați de gaz colectați din zonele polare și continentale. De asemenea, creează hidrați de gaz sintetic și efectuează experimente pentru a le determina proprietățile chimice și fizice.
Hidratează bine gazul: Gazul Ignik Sikumi nr. 1 se hidratează bine pe versantul nordic din Alaska. O evaluare a resurselor de hidrat de gaz USGS a stabilit că versantul nordic are o resursă extinsă de hidrat de gaze prinse sub permafrost. Fotografia Departamentului Energiei.
Ignik Sikumi: Acest videoclip vă duce într-o vizită la proba de hidratare a gazelor Ignik Sikumi, un puț de pe versantul nordic Alaskas care a produs gaz natural din hidrații de gaz sub permafrost. Realizarea făcută aici a fost eliberarea metanului înlocuindu-l cu dioxid de carbon - fără a topi hidratul de gaz.
Unde este produs hidratul de metan astăzi?
Până în prezent, nu a existat producție comercială pe scară largă de metan din depozitele de hidrat de gaz. Toată producția a fost fie la scară mică, fie experimentală.
La începutul anului 2012, un proiect comun între Statele Unite și Japonia a produs un flux constant de metan prin injectarea dioxidului de carbon în acumularea de hidrat de metan. Dioxidul de carbon a înlocuit metanul din structura hidratului și a eliberat metanul pentru a curge la suprafață. Acest test a fost semnificativ, deoarece a permis producerea de metan fără instabilitățile asociate cu un hidrat de gaz topit.
Cele mai probabil depozite de hidrat de metan care vor fi selectate pentru prima dezvoltare vor avea următoarele caracteristici: 1) concentrații mari de hidrat; 2) roci de acumulare cu permeabilitate ridicată; și, 3) locații unde există o infrastructură existentă. Depozitele care îndeplinesc aceste caracteristici vor fi probabil localizate pe versantul nordic din Alaska sau în nordul Rusiei.
Ignik Sikumi: Acest videoclip vă duce într-o vizită la proba de hidratare a gazelor Ignik Sikumi, un puț de pe versantul nordic Alaskas care a produs gaz natural din hidrații de gaz sub permafrost. Realizarea făcută aici a fost eliberarea metanului înlocuindu-l cu dioxid de carbon - fără a topi hidratul de gaz.
Topirea hidratului de gaz: Când puțurile de ulei sunt găurite prin sedimente purtătoare de hidrat, temperatura caldă a uleiului care se deplasează prin zona de hidratare înghețată poate provoca topirea. Acest lucru poate duce la o eșec bine. Conductele calde care circulă pe afecțiuni de hidrat înghețate sunt, de asemenea, un pericol. Imagine USGS.
Pericole de hidrat de metan
Hidrații de metan sunt sedimente sensibile. Se pot disocia rapid cu o creștere a temperaturii sau o scădere a presiunii. Această disociere produce metan și apă liberă. Conversia unui sediment solid în lichide și gaze va crea o pierdere de sprijin și rezistența la forfecare. Acestea pot provoca scăpări submarine, alunecări de teren sau afecțiuni care pot deteriora echipamentele de producție și conductele.
Metanul este un puternic gaz cu efect de seră. Temperaturile mai calde arctice pot duce la topirea treptată a hidraților de gaz sub permafrost. Încălzirea oceanelor ar putea provoca topirea treptată a hidraților de gaz în apropierea interfeței sediment-apă. Deși multe reportaje au prezentat acest lucru ca o potențială catastrofă, cercetările USGS au stabilit că hidrații de gaz contribuie în prezent la metanul atmosferic total și că o topire catastrofală a depozitelor de hidrat instabili este puțin probabil să trimită cantități mari de metan în atmosferă.
Potențial enorm
Deși acumulările de hidrat de metan sunt localizate în medii dificile și prezintă numeroase provocări tehnice, acestea sunt distribuite pe scară largă și cea mai mare sursă de hidrocarburi de pe Pământ. O varietate de tehnologii ar putea fi dezvoltate pentru a le produce folosind reducerea presiunii, schimbul de ioni și alte procese care profită de proprietățile lor chimice și fizice unice. Statele Unite, Canada, Japonia și India au toate programe de cercetare viguroase care lucrează pentru a descoperi tehnologii viabile pentru producerea de hidrați de gaze. Hidratul de metan va juca probabil un rol important în viitorul nostru mix energetic.