Чи є гідрат метану гідним джерелом для науки
Гідрати метану, кристалізована суміш води і газу, вважаються значним ресурсом природного газу. Однак їх експлуатація сьогодні неможлива ні економічно, ні технічно. Крім того, досі незрозуміло, чи впливають вони на клімат. Інтерв’ю з Роландом Віалі.
Є гідратами метану нетрадиційні гази ?
Роланд Віалі: ці сполуки справді є формою нетрадиційного газу, але вони суттєво відрізняються від інших трьох (сланцевий газ, вугільний газ і газовий газ), навіть якщо це знову метан. Гідрат метану - це суміш води та метану, яка за певних умов тиску та температури кристалізується у тверду речовину.
Газові гідрати були відкриті в 1810-х роках британським хіміком Хамфрі Деві, але їм приділялося мало уваги. Потім, через 120 років, було виявлено, що вони можуть перекрити газопроводи в російській Арктиці. У 50-х роках кристалографи з’ясували структуру газових гідратів: вона відповідає сімейству речовин, що називаються клатратами. Альвеолярний скелет, що складається з молекул води, пов'язаних водневими зв'язками, стабілізується за допомогою зв'язків типу Ван-дер-Ваальса з молекулами газу, що потрапили в багатогранні клітини. Останні відрізняються кількістю та формою клітин (п’ятикутники, шестикутники.).
Де ми їх знаходимо ?
У природі умови, необхідні для стабільності гідратів, дотримуються у верхній частині осадових шарів арктичних регіонів (дуже низька температура і низький тиск), зокрема у вічній мерзлоті, цей шар постійно замерзлого грунту.
Ці відповідні умови температури і тиску також є в поверхневих відкладах глибоких вод океану (високий тиск і низька температура). Коли ми занурюємося в осади, ці гідрати перестають бути стабільними, оскільки температура, пов'язана з геотермальним градієнтом, зростає. Інтерфейс між доменом, що містить гідрати, і тим, що позбавлений гідратів, характеризується сильним контрастом акустичного імпедансу, який можна побачити на сейсмічних записах: паралельний дну океану є відбивач.
Коли з природних причин, таких як глобальне потепління, падіння рівня моря або тектонічне підняття, гідрати "залишають" свою область стабільності, вони роз'єднуються, утворюючи воду та газ. Коли морква, що містить гідрати, виводиться на поверхню, вона розкладається і метан може запалюватися.
На відміну від звичайних газів, ми більше не можемо говорити про нафтову чи газову систему, оскільки для отримання гідратів метану достатньо мати метан та відповідні умови тиску та температури.
Який обсяг метану вони представляють? І чи можемо ми уявити, що маємо доступ до нього ?
Оцінити вміст газу в осаді як гідрат метану надзвичайно складно, але загальновизнаними є значення, значно більші за 1000 кубічних тераметрів. Ці значення слід порівнювати з доведеними запасами звичайного газу, які становлять близько 180 кубічних тераметрів та річним світовим споживанням трьох кубічних тераметрів. Якою б не була цифра, вона значна, але уточнимо, що вона представляє обсяг газу на місці, а не обсяг відновлюваних ресурсів.
На сьогодні жодного комерційного виробництва цих гідратів не проводилось. У 1970-х росіяни ввели в Сибір видобуток родовища природного газу в Мессояхе, частина водойми якого заповнена газовими гідратами. Окрім того, що це не строго кажучи виробництво гідратів, оскільки вільний газ відновлюється під шаром метангідратів (експлуатація родовища сприяє дестабілізації гідратів, явище, що живить родовище), економічна інтерес ще не продемонстровано.
Пілотні виробничі експерименти проводились у Малліку, в канадській Арктиці, та в призмах Нанкай, у глибинах океану поблизу Японії. Випробування продовжуються: наприклад, японці запланували два експериментальних видобутку, перший у 2012 році та другий у 2014 році.
Як відновлюється метан з цих гідратів ?
На цих ділянках було випробувано три технології виробництва: розгерметизація, термічна стимуляція та ін’єкція інгібіторів. По-перше, ми намагаємося дестабілізувати гідрати метану, перекачуючи воду навколо свердловини. Місцеве падіння тиску призводить до дисоціації гідратів та утворення води та метану. Другий спосіб полягає у нагнітанні пари для дестабілізації гідратів. Нарешті, в третьому, крива гідратної стійкості модифікується шляхом впорскування метанолу. Однак економічний інтерес таких методів ще належить продемонструвати.
Які уроки ми можемо взяти з цих перших спроб ?
Ці експериментальні експерименти показали, що значне вироблення метану можливо лише тоді, коли гідрати знаходяться в щілинах пористого та високопроникного шару, так що пара або інгібітори можуть бути легко накачані або закачені. Ще одне обмеження - пори повинні містити високу частку гідратів, що передбачає хороший запас (міграція газу до резервуару) і хорошу концентрацію (газ повинен бути уловлений). Ці умови майже відповідають умовам хорошого родовища природного газу, який не перебуває в "класичному" вигляді через тиск і температурні умови.
Отже, для розрахунку граничних відновлюваних ресурсів гідрати у формі гранул, бульбочок або в дифузній формі в непроникних відкладах не повинні братися до уваги. Обсяг значно зменшується, і тоді він повинен становити від 100 до 500 кубічних тераметрів газу, на порядок порівнянний із запасами інших нетрадиційних газів. Що стосується доведених резервів, ми поки не знаємо таких.
Підозрюється, що гідрати метану впливають на клімат ?
Кілька фахівців з питань клімату вважають, що метан (потужність якого в якості парникового газу в 25 разів більший, ніж потужність вуглекислого газу), що міститься в гідратах, впливає на зміну клімату. Наприклад, Джеймс Кеннет з Університету Санта-Барбари в США запропонував теорію "гідратної пістолета", згідно з якою ці сполуки накопичуються під час льодовикових періодів і дисоціюють під час потепління.
Насправді, деякі кліматологи, такі як Джеймс Хансен з Інституту Годдарда при НАСА, побоюються, що поточне глобальне потепління підвищить температуру вічної мерзлоти, а отже, і викиду метану, який він містить. Цей газ, що викидається в атмосферу, сприятиме парниковому ефекту та сприятиме кліматичному втечі.
У 1995 р. Джеральд Діккенс із Університету Райса в США запропонував значну роль для дисоціації гідратів метану в раптовому потепленні Землі 55 мільйонів років тому (в 1000 через 10000 років температура морських вод зросла в середньому шість градусів). Однак ці ідеї не переконали, зокрема тому, що вони нічого не говорять про ініціювання процесу.
На сьогодні консенсус не досяг, і багато фахівців досі скептично ставляться до можливої ролі гідратів метану в динаміці клімату.
Чи можуть гідрати метану бути альтернативою зрідженому природному газу (СПГ) для транспортування ?
Насправді, гідрати метану теоретично придатні для транспортування цього газу на великі відстані, і в підсумку можуть скласти конкуренцію СПГ. Їх головна перевага полягає в тому, що умови температури та тиску, необхідні для їх стабільності, є менш різкими, ніж ті, що потрібні для lng. Отже, гідрати менш небезпечні, навіть якщо для вантажу однакової ваги обсяг метану, що перевозиться, менший. Цей вид транспорту все ще знаходиться на стадії планування.