Περιεχόμενο
- Η Επόμενη Ενέργεια "Game Changer";
- Τι είναι το Μεθάνιο Ενυδατικό;
- Πού είναι οι ενυδατωμένες καταθέσεις μεθανίου;
- Πού παράγεται σήμερα υδρίτης μεθανίου;
- Κίνδυνοι ενυδάτωσης μεθανίου
- Τεράστιο δυναμικό
Υδρικό μεθάνιο: Στα αριστερά υπάρχει ένα μοντέλο ένδυσης μεθανίου που δείχνει το κεντρικό μόριο μεθανίου που περιβάλλεται από ένα "κλουβί" μορίων νερού. Άλλα μόρια υδρογονανθράκων όπως το πεντάνιο και το αιθάνιο μπορούν να καταλάβουν την κεντρική θέση αυτής της δομής. (Εικόνα του Υπουργείου Ενέργειας των Ηνωμένων Πολιτειών). Στα δεξιά υπάρχει ένα καίγοντας δείγμα πάγου με ένυδρο μεθάνιο (εικόνα Γεωγραφικών Ερευνών Ηνωμένων Πολιτειών).
Ενυδατωμένο μεθάνιο "τσιμέντο" σε ομίλους ;: Αυτή η φωτογραφία δείχνει ένα δείγμα πυρήνα της ζώνης ένυδρου μεθανίου στο δοκιμαστικό σωλήνα Mallik. Αυτή η διείσδυση καταστρέφει τις καταθέσεις με υπεραφρώματα στην περιοχή Delta του ποταμού Mackenzie του Canadas. Αυτό το τμήμα του πυρήνα δείχνει τα αμμοχάλικα τσιμέντα σε ένα "συγκροτημένο" από τον πάγο με ένυδρο μεθάνιο. Κάντε κλικ για μεγέθυνση εικόνας.
Η Επόμενη Ενέργεια "Game Changer";
Καθώς το φυσικό αέριο από σχιστόλιθο γίνεται παγκόσμιο ενεργειακό "παιχνίδι αλλαγής", οι ερευνητές του πετρελαίου και του φυσικού αερίου εργάζονται για την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών για την παραγωγή φυσικού αερίου από τις ενυδατωμένες μεθανίου αποθέσεις. Η έρευνα αυτή είναι σημαντική επειδή οι καταθέσεις ενυδάτωσης μεθανίου πιστεύεται ότι είναι ένας μεγαλύτερος πόρος υδρογονανθράκων από όλοι οι παγκόσμιοι πετρέλαιο, φυσικό αέριο και πόροι άνθρακα συνδυασμένοι. Εάν αυτές οι καταθέσεις μπορούν να αναπτυχθούν αποτελεσματικά και οικονομικά, το ένυδρο μεθάνιο θα μπορούσε να γίνει ο επόμενος εναλλάκτης ενεργειακών παιχνιδιών.
Έχουν βρεθεί τεράστιες ποσότητες ένυδρου μεθανίου κάτω από την αρκτική πανίδα, κάτω από τον πάγο της Ανταρκτικής και σε ιζηματογενείς κοιλότητες κατά μήκος των ηπειρωτικών περιθωρίων παγκοσμίως. Σε ορισμένα μέρη του κόσμου είναι πολύ πιο κοντά στις περιοχές με υψηλό πληθυσμό από ό, τι οποιοδήποτε φυσικό αέριο. Αυτές οι κοντινές καταθέσεις ενδέχεται να επιτρέψουν στις χώρες που εισάγουν σήμερα φυσικό αέριο να καταστούν αυτάρκεις. Η τρέχουσα πρόκληση είναι η απογραφή αυτού του πόρου και η εξεύρεση ασφαλών και οικονομικών τρόπων για την ανάπτυξή του.
Διάγραμμα σταθερότητας ένυδρου μεθανίου: Αυτό το διάγραμμα φάσεων δείχνει βάθος νερού (πίεση) στον κατακόρυφο άξονα και θερμοκρασία στον οριζόντιο άξονα. Οι διακεκομμένες γραμμές διαχωρίζουν τα πεδία σταθερότητας του νερού, του πάγου νερού, του αερίου και του ενυδατωμένου αερίου. Η γραμμή με την ένδειξη "μετάβαση σε ένυδρη και αέρια" είναι σημαντική. Συνθήκες για το σχηματισμό ένυδρου μεθανίου εμφανίζονται κάτω από αυτή τη γραμμή.Πάνω από αυτή τη γραμμή δεν θα σχηματιστεί ένυδρο μεθάνιο. Η κόκκινη γραμμή εντοπίζει μια γεωθερμία (η αλλαγή της θερμοκρασίας με βάθος σε μια συγκεκριμένη θέση). Σημειώστε πως, καθώς αυξάνεται το βάθος, το γεωθερμικό κόμβο διασχίζει τη γραμμή μετάπτωσης ενυδάτωσης προς αέριο. Αυτό σημαίνει ότι το ένυδρο αέριο στα ιζήματα συνήθως καλύπτει το ελεύθερο αέριο. Γράφημα τροποποιημένο μετά από NOAA.
Τι είναι το Μεθάνιο Ενυδατικό;
Το ένυδρο μεθάνιο είναι ένα κρυσταλλικό στερεό που αποτελείται από ένα μόριο μεθανίου που περιβάλλεται από έναν κλωβό μορίων ύδατος αλληλεπίδρασης (βλέπε εικόνα στην κορυφή αυτής της σελίδας). Το ένυδρο μεθάνιο είναι ένας "πάγος" ο οποίος εμφανίζεται μόνο φυσικά σε υπόγειες αποθέσεις όπου οι συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης είναι ευνοϊκές για το σχηματισμό του. Αυτές οι συνθήκες απεικονίζονται στο διάγραμμα φάσης αυτής της σελίδας.
Αν ο πάγος αφαιρεθεί από αυτό το περιβάλλον θερμοκρασίας / πίεσης, γίνεται ασταθής. Για το λόγο αυτό είναι δύσκολο να μελετηθούν οι καταθέσεις ένυδρου μεθανίου. Δεν μπορούν να τρυπηθούν και να βυθιστούν για μελέτη όπως άλλα υπόγεια υλικά, επειδή καθώς φέρονται στην επιφάνεια, η πίεση μειώνεται και η θερμοκρασία αυξάνεται. Αυτό προκαλεί την τήξη του πάγου και το μεθάνιο να διαφύγει.
Αρκετά άλλα ονόματα χρησιμοποιούνται συνήθως για ένυδρο μεθάνιο. Αυτά περιλαμβάνουν: κλαθρικό μεθάνιο, υδρομεθάνιο, πάγο μεθανίου, πυρίτιο, ένυδρο φυσικό αέριο και ένυδρο αέριο. Οι περισσότερες αποθέσεις ένυδρου μεθανίου περιέχουν επίσης μικρές ποσότητες άλλων ένυδρων υδρογονανθράκων. Αυτά περιλαμβάνουν ένυδρο προπάνιο και ένυδρο αιθάνιο.
Χάρτης ένυδρου μεθανίου: Αυτός ο χάρτης είναι μια γενικευμένη έκδοση των τοποθεσιών στο παγκόσμιο απόθεμα USGS της βάσης εμφάνισης ενυδάτωσης φυσικού αερίου.
Χάρτης ένυδρου αερίου: Μία από τις πιο εκτενώς μελετημένες καταθέσεις ενυδάτωσης αερίου είναι η Blake Ridge, η ανοικτή θάλασσα στη Βόρεια Καρολίνα και η Νότια Καρολίνα. Προκλήσεις παραγωγής μεθανίου από την εν λόγω απόθεση είναι η υψηλή περιεκτικότητα αργίλου και η χαμηλή συγκέντρωση μεθανίου. Αυτός ο χάρτης είναι ένα παράδειγμα της εγγύτητας των ηπειρωτικών καταθέσεων σε πιθανές αγορές φυσικού αερίου. Εικόνα από την NOAA.
USGS Gas Hydrates Lab: Αυτό το βίντεο θα σας οδηγήσει σε επίσκεψη στο εργαστήριο USGS Gas Hydrates Lab όπου οι ερευνητές διεξάγουν πειράματα σε δείγματα ενυδατωμένων αερίων που συλλέγονται από πολικές και ηπειρωτικές περιοχές περιθωρίου. Επίσης δημιουργούν ένυδρους συνθετικούς αερίου και διεξάγουν πειράματα για τον προσδιορισμό των χημικών και φυσικών ιδιοτήτων τους.
Πού είναι οι ενυδατωμένες καταθέσεις μεθανίου;
Τέσσερα περιβάλλοντα της Γης έχουν κατάλληλες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης για το σχηματισμό και τη σταθερότητα του ενυδατωμένου μεθανίου. Αυτά είναι: 1) ιζηματογενείς και ιζηματογενείς μονάδες βράχου κάτω από την αρκτική πανίδα; 2) ιζηματογενείς καταθέσεις κατά μήκος των ηπειρωτικών περιθωρίων. 3) ιζήματα βαθέων υδάτων εσωτερικών λιμνών και θαλασσών · και 4) κάτω από τον πάγο της Ανταρκτικής. . Με εξαίρεση τις εναποθέσεις της Ανταρκτικής, οι συσσώρευσεις ενυδατωμένου μεθανίου δεν είναι πολύ βαθιά κάτω από την επιφάνεια της Γης. Στις περισσότερες περιπτώσεις, το ένυδρο μεθάνιο βρίσκεται σε απόσταση λίγων εκατοντάδων μέτρων από την επιφάνεια του ιζήματος.
Μοντέλα κατάθεσης με ένυδρη μορφή μεθανίου: Κατάθεση μοντέλων για ενυδατωμένα μεθανίου καταθέσεις σε ηπειρωτικά περιθώρια και υπό παντομάστρες.
Σε αυτά τα περιβάλλοντα, το ένυδρο μεθάνιο εμφανίζεται στο ίζημα ως στρώματα, οζίδια και ενδοκοκκώδη τσιμέντα. Οι αποθέσεις είναι συχνά τόσο πυκνές και πλευρικά ανθεκτικές ώστε δημιουργούν μια αδιαπέραστη στρώση που παγιδεύει φυσικό αέριο που κινείται προς τα πάνω από κάτω.
Το 2008, η Γεωλογική Έρευνα των Ηνωμένων Πολιτειών εκτίμησε το συνολικό μη ανακαλυφθέν πόρο ενυδάτωσης αερίων για την περιοχή της Βόρειας Κλίμακας της Αλάσκας. Εκτιμούν ότι ο συνολικός άγνωστος πόρος φυσικού αερίου υπό μορφή ενυδατωμένου αερίου κυμαίνεται μεταξύ 25,2 και 157,8 τρισεκατομμυρίων κυβικών ποδιών. Επειδή πολύ λίγα φρεάτια έχουν διανοιχτεί μέσω των συσσωρευμάτων ένυδρου αερίου, οι εκτιμήσεις έχουν ένα πολύ υψηλό επίπεδο αβεβαιότητας.
USGS Gas Hydrates Lab: Αυτό το βίντεο θα σας οδηγήσει σε επίσκεψη στο εργαστήριο USGS Gas Hydrates Lab όπου οι ερευνητές διεξάγουν πειράματα σε δείγματα ενυδατωμένων αερίων που συλλέγονται από πολικές και ηπειρωτικές περιοχές περιθωρίου. Επίσης δημιουργούν ένυδρους συνθετικούς αερίου και διεξάγουν πειράματα για τον προσδιορισμό των χημικών και φυσικών ιδιοτήτων τους.
Φρεάτιο ένυδρου αερίου: Ignik Sikumi # 1 ένυδρο αερίου καλά στην Αλάσκα Βόρεια Πίσω. Μια εκτίμηση των πόρων υδρίτη υγρασίας USGS διαπίστωσε ότι η Βόρεια Slope έχει έναν εκτεταμένο πόρο υδρίτη αερίου που παγιδεύεται κάτω από το permafrost. Τμήμα Ενέργειας φωτογραφία.
Ignik Sikumi: Αυτό το βίντεο σας πηγαίνει σε μια επίσκεψη στο Ignik Sikumi αερίου ενυδρίσματος πεδίου δοκιμή, ένα πηγάδι στην Αλάσκας Βόρεια όχθη που παράγει φυσικό αέριο από υγρασία φυσικού αερίου κάτω από το περμανάντ. Το επίτευγμα που επιτεύχθηκε εδώ ήταν να απελευθερωθεί το μεθάνιο αντικαθιστώντας το με διοξείδιο του άνθρακα - χωρίς τήξη του ενυδατωμένου αερίου.
Πού παράγεται σήμερα υδρίτης μεθανίου;
Μέχρι σήμερα δεν έχει υπάρξει μεγάλης κλίμακας εμπορική παραγωγή μεθανίου από καταθέσεις υδρίτη αερίου. Όλη η παραγωγή έχει είτε μικρής κλίμακας είτε πειραματική.
Στις αρχές του 2012, ένα κοινό σχέδιο μεταξύ των Ηνωμένων Πολιτειών και της Ιαπωνίας παρήγαγε μια σταθερή ροή μεθανίου με την έγχυση διοξειδίου του άνθρακα στη συσσώρευση ενυδατωμένου μεθανίου. Το διοξείδιο του άνθρακα αντικατέστησε το μεθάνιο στην ένυδρη δομή και απελευθέρωσε το μεθάνιο να ρεύσει στην επιφάνεια. Η δοκιμή αυτή ήταν σημαντική επειδή επέτρεψε την παραγωγή μεθανίου χωρίς τις αστάθειες που σχετίζονται με την ένυδρη τήξη αερίου.
Οι περισσότερο πιθανές αποθέσεις ενυδατωμένου μεθανίου που θα επιλεγούν για πρώτη ανάπτυξη θα έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: 1) υψηλές συγκεντρώσεις ένυδρου, 2) πετρώματα δεξαμενών με υψηλή διαπερατότητα. και 3) τοποθεσίες όπου υπάρχει υπάρχουσα υποδομή. Οι καταθέσεις που πληρούν αυτά τα χαρακτηριστικά θα βρίσκονται πιθανώς στη βόρεια ακτή της Αλάσκας ή στη βόρεια Ρωσία.
Ignik Sikumi: Αυτό το βίντεο σας πηγαίνει σε μια επίσκεψη στο Ignik Sikumi αερίου ενυδρίσματος πεδίου δοκιμή, ένα πηγάδι στην Αλάσκας Βόρεια όχθη που παράγει φυσικό αέριο από υγρασία φυσικού αερίου κάτω από το περμανάντ. Το επίτευγμα που επιτεύχθηκε εδώ ήταν να απελευθερωθεί το μεθάνιο αντικαθιστώντας το με διοξείδιο του άνθρακα - χωρίς τήξη του ενυδατωμένου αερίου.
Τήξη ένυδρου αερίου: Όταν τα πετρελαιοπηγές τρυπιούνται μέσα από ιζήματα που φέρουν ένυδρη ύλη, η θερμή θερμοκρασία του λαδιού που κινείται προς τα πάνω μέσα από την κατεψυγμένη ζώνη ενυδάτωσης μπορεί να προκαλέσει τήξη. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε αποτυχία. Θερμικοί αγωγοί που τρέχουν πάνω από κατεψυγμένα υδρίτη είναι επίσης ένας κίνδυνος. Εικόνα USGS.
Κίνδυνοι ενυδάτωσης μεθανίου
Οι ένυδρες μορφές μεθανίου είναι ευαίσθητα ιζήματα. Μπορούν να διαχωριστούν γρήγορα με αύξηση της θερμοκρασίας ή μείωση της πίεσης. Αυτή η διάσταση παράγει ελεύθερο μεθάνιο και νερό. Η μετατροπή ενός στερεού ιζήματος σε υγρά και αέρια θα προκαλέσει απώλεια στήριξης και αντοχής διατμήσεως. Αυτά μπορεί να προκαλέσουν υποβρύχια καταστροφή, κατολισθήσεις ή καθίζηση που μπορεί να καταστρέψουν τον εξοπλισμό παραγωγής και τους αγωγούς.
Το μεθάνιο είναι ένα ισχυρό αέριο θερμοκηπίου. Οι θερμότερες θερμοκρασίες της Αρκτικής θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε σταδιακή τήξη των ενυδατωμένων αερίων κάτω από το παγωμένο νερό. Οι θερμαινόμενοι ωκεανοί θα μπορούσαν να προκαλέσουν σταδιακή τήξη των ενυδατωμένων αερίων κοντά στη διεπαφή ιζήματος-νερού. Παρόλο που πολλές ειδήσεις έφεραν αυτό ως πιθανή καταστροφή, η έρευνα USGS κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι υδρογονάνθρακες συμβάλλουν επί του παρόντος στο συνολικό ατμοσφαιρικό μεθάνιο και ότι η καταστροφική τήξη των ασταθών ενυδριτικών αποθέσεων είναι απίθανο να μεταφέρει μεγάλες ποσότητες μεθανίου στην ατμόσφαιρα.
Τεράστιο δυναμικό
Αν και οι συσσώρευσεις ενυδατωμένου μεθανίου βρίσκονται σε δύσκολα περιβάλλοντα και παρουσιάζουν πολυάριθμες τεχνικές προκλήσεις, είναι ευρέως κατανεμημένες και η μεγαλύτερη πηγή υδρογονανθράκων στη Γη. Μια ποικιλία τεχνολογιών θα μπορούσε να αναπτυχθεί για να τις παράγει χρησιμοποιώντας τη μείωση της πίεσης, την ανταλλαγή ιόντων και άλλες διαδικασίες που εκμεταλλεύονται τις μοναδικές χημικές και φυσικές τους ιδιότητες. Οι Ηνωμένες Πολιτείες, ο Καναδάς, η Ιαπωνία και η Ινδία έχουν όλα δυναμικά ερευνητικά προγράμματα που εργάζονται για να ανακαλύψουν βιώσιμες τεχνολογίες για την παραγωγή υδρογονανθράκων. Το ένυδρο μέταλλο πιθανότατα θα διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στο μελλοντικό μείγμα ενέργειας.