Гидрат метана - необычный ископаемый источник энергии

Обнадеживающие результаты исследований, в сочетании с растущими потребностями в энергии, побудили некоторые страны, особенно Индию и Японию, бедные ископаемыми энергоресурсами, серьезно задуматься о коммерческой добыче метана

В 2017 Китай объявил о прорыве в освоении некоего ископаемого топливного ресурса: исследователям удалось извлечь устойчивую массу метана из грязи на морском дне. В этом же году Япония сделала то же самое. А в Соединенных Штатах исследователи вытащили аналогичное образование из залитого метаном дна Мексиканского залива.

Идея использовать этот причудливый источник энергии считалась бы безумием пару десятилетий назад - и дико дорого, и опасно. До недавнего времени пропитанный метаном лед считался взрывоопасным. В Мексиканском заливе обычные нефтяные вышки годами «ходят» на цыпочках вокруг этих ледяных месторождений.

Случайное таяние отложений, лежащих над традиционными нефтяными и газовыми месторождениями, может привести к разрушению буровой инфраструктуры или забиванию труб льдом. Например, после взрыва нефтяной вышки Deepwater Horizon в Мексиканском заливе в 2010 году вода и метан образовали ледяную пробку, которая воспрепятствовала первой попытке остановить разлив нефти.

Теперь ситуация начала меняться, так как исследования замерзшего газа подавили некоторые из самых больших страхов. Эти обнадеживающие результаты, в сочетании с растущими потребностями в энергии, побудили некоторые страны, особенно Индию и Японию, бедные ископаемыми энергоресурсами, серьезно задуматься о коммерческой добыче.

Но по-прежнему существуют опасения относительно целесообразности разработки этого неисследованного направления ископаемого топлива, включая возможность спровоцировать подводные оползни, обрушение цунами, нарушение океанской экосистемы и, что очень важно, более чем в 2 раза удвоить запасы природного газа на планете с последующим выбросом его в атмосферу. Так действительно ли бурение для добычи гидрата метана - хорошая идея?

В течение десятилетий человечество гонялось за трудноизвлекаемым ископаемым топливом. В 1990-е годы асфальто-иловые отложения нефтяных песков Альберты стали казаться вполне перспективным ресурсом. В 2003 году, благодаря появлению технологий и экономическому положению Канады, в международных таблицах нефтяных запасов она поднималась на второе место после Саудовской Аравии. Затем, примерно в 2008 году, стали популярными гидроразрыв пласта или трещиноватость: компании, работающие с ископаемыми ресурсами, начали закачивать воду, песок и химикаты в сланцевые породы, чтобы разделить их и высосать природный газ из трещин. Обе технологии, с сопровождающими их экологическими проблемами, с тех пор периодически звучат в заголовках газет.

Пропитанный метаном лед - это самый новый, самый необычный ресурс, который может оказаться в списке добываемых ресурсов, относящегося к природному газу.

Называемые гидратом метана или клатратом метана, эти отложения представляют собой обычный лед с молекулами метана, захваченными кристаллической структурой воды. Гидрат метана образуется в холодных и находящихся под давлением местах, например, в вечной мерзлоте или на дне моря. Кусок гидрата метана выглядит, как грязный снежный ком. Но если поднести к нему зажигалку, то он загорится. Некоторые называют его «огненным льдом».

Гидрат метана стал известен с 1960-х годов. Первый образец был извлечен с морского дна в 1979 году. В настоящее время считается, что в гидрате по всему миру содержится от 1 500 до 15 000 миллиардов тонн углерода, что сравнимо с 5 000 миллиардами тонн углерода, содержащегося совокупно во всей нефти, газе и угле планеты. Несмотря на то, что только часть гидрата можно добыть, например, в Соединенных Штатах, по оценкам, его добыча может увеличить запасы природного газа в этой стране в семь раз.

Первые исследования, касающиеся того, можно ли успешно использовать гидраты, проводились не под водой, а в условиях вечной мерзлоты канадского севера. Дважды, в 2002 году и через 5 лет, исследователи пробовали добывать гидрат в Маллике, месте на острове в дельте реки Маккензи, недалеко от моря Бофорта. Идея тогда и сейчас заключается не в том, чтобы физически выкапывать гидрат, а чтобы растопить (или «разложить») его на месте, и уже потом качать газ.

Было обнаружено, что нагревание гидрата работает не так хорошо, как его разгерметизация. Когда давление падает, гидрат становится нестабильным. Далее он разлагается на воду и газ.

Доступ к участкам вечной мерзлоты может быть более простым, но 99 процентов мирового запаса находится под водой. Первый опыт добычи глубоководного гидрата был проведен Японией в 2013 году. Японские инженеры пробурили пару сотен метров грязи под водой, на километровой глубине, чтобы достичь слоя богатого гидратами песка толщиной 60 метров в Нанкайском прогибе. Подкачка воды снизила давление, и газ начал течь - со скоростью 20 000 кубометров в день. Добыча прекратилась, когда ствол скважины полностью забился песком.

Это были краткосрочные тесты, длящиеся неделями, а не годами. Но полученные результаты оказались достаточно обнадеживающими, чтобы начать больше работы. В 2015 году правительство Индии обнаружило месторождение гидрата метана в Бенгальском заливе и заявило, что намерено начать его коммерческую добычу к 2020 году.

Детали испытаний, проводимых Японией в 2017, пока хранятся в тайне. А Китай сообщил о полученном результате в 35 000 кубических метров добытого газа в день, после проводимого эксперимента в этот же год. Хотя усилия США до сих пор были скорее научными, чем коммерческими, бурение в Мексиканском заливе показало, что это место может стать потенциальным кандидатом для будущей разработки гидрата метана.

Есть проблемы и опасения, заключающиеся в том, что откалывание и смещение небольших кусков гидрата теоретически могут привести к случайной дестабилизации больших его кусков. Это вызывает беспокойство, по крайней мере, по двум причинам: риск выпустить много пузырьков газа в воду, которые могут уменьшить плотность воды настолько, чтобы потопить корабли, находящиеся в этой области. Кроме того, метан является по меньшей мере в 20 раз более сильнодействующим, относительно парниковых свойств, газом, чем углекислый, поэтому, если в атмосферу попадет огромное его количество, это ускорит изменение климата.

Вероятно, большие выбросы метана из гидрата происходили и раньше. Но это было вызвано природой, а не человеком. Считается, что кратеры шириной в километр на морском дне Арктики были образованы куполами из метанового газа, которые обрушились около 12 000 лет назад. Около 55 миллионов лет назад выброс 1 200–2 100 миллиардов тонн метана могли способствовать стремительному росту глобальной температуры примерно на 5°С.

Бурение и добыча газа могут дестабилизировать грунт достаточно сильно, чтобы вызвать подводный оползень. Гидраты могут действовать своего рода, как цемент, удерживающий донные отложения. Если они нарушены, это может привести к обрушению грунта, уничтожению местных экосистем или даже, теоретически, возникновению цунами.

Существуют способы смягчения этих рисков, например, не касаться участков с крутыми склонами или где гидраты находятся близко к поверхности морского дна. Можно также заменить метан в гидратах на углекислый газ, полученный на электростанциях, работающих на угле, или из других источников, сохранив при этом стабильность ледяных гидратов. США проверили эту идею в вечной мерзлоте Аляски, в 2012 году. Это сработало, хотя они не смогли выкачивать метан с высокой скоростью.

Индия импортирует более трети своих энергетических ресурсов, Япония - более 90 процентов. Для них гидраты выглядят все более привлекательными.

Источник: The World Eyes Yet Another Unconventional Source of Fossil Fuels