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 разрушить буровую инфраструктуру или забить трубы 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 метана с морского дна.

Однако по-прежнему существуют опасения относительно целесообразности разработки этого неисследованного направления, включая возможность спровоцировать подводные оползни, цунами, нарушить океанские 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 добыча 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 доступным энергетическим ресурсом. В 2003 году, благодаря появлению соответствующих технологий и экономическому развитию Канады, в международных таблицах нефтяных запасов она поднялась на второе место после Саудовской Аравии. Затем, примерно в 2008 году, стал популярным гидроразрыв пласта, чтобы получить трещиноватость породы: 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, сопровождаемые экологическими проблемами, с тех пор периодически звучат в заголовках газет.

Пропитанный метаном лед - это самый новый и необычный ресурс, относящийся 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 поднят с морского дна в 1979 году. В настоящее время считается, что в гидратах 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.

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 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 более прост, однако 99 процентов мирового запаса гидратов метана 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 песка, толщиной 60 метров, богатого гидратами, 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. 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 возможным кандидатом для будущей разработки гидрата метана.

Есть проблемы и опасения, которые заключаются в том, что откалывание и смещение небольших кусков гидрата теоретически могут привести к случайной дестабилизации более крупных образований. 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 1200–2100 миллиардов тонн метана могли способствовать стремительному росту глобальной температуры примерно на 5⁰С.

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, однако скорость, с которой они выкачивали метан, была слишком низкой.

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

Источник: Yale Environment 360