Чем заменить газ — газогидраты и революция в энергетике

Ученые и инженеры шаг за шагом осваивают гигантский по своим объемам источник углеводородного сырья, который может заменить месторождения природного газа. Он называется газогидраты.

Немного нудной физики

Вода является веществом с уникальными свойствами. Благодаря им стало возможным само существование жизни в той единственной форме, которая нам известна. Однако для темы этой статьи важна способность воды формировать необычные соединения.

Представьте, в пространство между атомами некоей молекулы (ее называют «хозяином») вклинивается другая молекула («гость»). То есть вещество-«гость» оказывается как бы заключено в клетку, образуемую кристаллической решеткой «хозяина». Образ клетки для молекулы дал повод назвать такие соединения клатратами (от латинского clathratus — заточенный за решетку). Подобное явление происходит при довольно высоких давлениях либо при низких температурах.

Горение метана, выделившегося из замерзшего газогидрата

Полезное непостоянство

Еще один важный момент — клатраты являются весьма неустойчивыми соединениями. Чуть понизилось давление или повысилась температура — и они распадаются на составляющие. Для темы этой статьи важно то, что в некоторых ситуациях молекулы воды создают описанную выше «клетку» для молекул метана — главного компонента знакомого все нам природного газа.

Где будут добывать газогидраты

Клатраты (те из них, которые образовались в природе, получили название газогидраты) встречаются на дне морей и океанов, а на суше — в Арктике.

Курс на Арктику

Гипотезу о том, что в Арктике, в мерзлых породах, есть большие залежи газогидратов, высказали советские ученые еще в 40-х годах XX в. Через 25 лет догадка подтвердилась в ходе разведочных работ на «обычный» природный газ. Выяснилось, что газогидраты в огромных количествах накапливаются в арктических областях Сибири и Канады на глубинах 200−800 м.

«Кратеры» на поверхности канадской тундры образуются за счет таяния газогидратов в толще мерзлых пород

В ту же эпоху появляются идеи об использовании этих месторождений как источника углеводородов. Открытие принесло не только новые перспективы, но и породило проблемы для производственников. Выбросы метана, высвобождавшегося из газогидратов, мешали бурению скважин, даже вызывали пожары. Кроме того, эти соединения (внешне выглядят как спресованный, грязноватый снег) оседали на внутренних стенках трубопроводов, вызывали поломки оборудования.

Океанские перспективы

Однако запасы газогидратов на суше — ничто по сравнению с тем, что находится на дне океанов.

Если в Арктике формированию залежей «метанового мороженого» способствуют холода, то в океанах на первое место выходит давление толщи воды. А в северных бассейнах, к слову, влияют оба фактора. Морские геологи выснили, что в толще донных осадков под слоем воды в 300—400 м, есть колоссальные скопления газогидратов.

Массив газогидратов, поросший ракушками, на глубине 96 м в Мексиканском залив (фото US Geologocal Survey)

Самая общая оценка показала — их в Мировом океане минимум в два раза больше запасов разведанных месторождений нефти, природного газа и угля.

Помимо морей, скопления газогидратов найдены в самом глубоком озере планеты — Байкале. Местные жители всегда знали, где кое-где со дна бьют струи газа и над такими местами можно видеть вмерзшие в лед белесые пузыри. Знаменитый геолог В. Обручев писал еще в начале XX века: «Если лед пробить ловким ударом пешни и подвести к отверстию зажженную спичку, то из отверстия вырывается пламя на высоту до сажени, смотря по величине пузыря».

Подобное явление можно видеть и на водохранилище Эйбрахам (Канада). Правда здесь вмерзший в лед метан образуется не из донных газогидратов, а из гниющей под толщей воды органики.

Метан, вмерзший в лед на поверхности озера Эйбрахам (фото CanGeo-Photo-Club)

Страшные газогидраты в прошлом, настоящем и будущем

Открытие скоплений газогидратов дало повод по-иному взглянуть на ряд природных явлений. Некоторые из них оказалось возможным объяснить внезапными выбросами метана из залежей газогидратов.

Загадочные кратеры

В 2012 г. на полуострове Ямал кто-то из местных обнаружил огромную дыру. Ее диаметр был около пяти метров, а глубину установить так и не удалось. Вскоре на месте узкой дыры образовалась впадина, похожая на метеоритный кратер. Сегодня ее глубина достигает 50−70 м, на 80% ее объем заполнен льдом.

Кратер на Ямале, образовавшийся после высвобождения газа из вечной мерзлоты

Объяснения происшедшему нашлось быстро. Причиной феномена оказался метан. Из-за потепления климат он начал высвобождаться из расположенных под поверхностью газогидратов. Газ скапливался в порах грунта, а когда давление превысило какую-то границу, произошел мгновенный выброс, породивший ту самую дыру, обнаруженную оленеводом.

Массовые вымирания

252 млн. лет назад произошла величайшая драма в животном мире. Тогда исчезли 96% всех морских и 73% наземных видов позвоночных. Более того, погибли 83% видов насекомых, известных своей живучестью. Есть несколько объяснений событию.

В вымирании животных, произошедшем 252 млн. лет назад, возможно, виновато катастрофическое выделение огромного количества метана из газогидратов, скопившихся на дне океанов

Одно из них получило названию «теория метангидратного ружья». Идея ее в следующем. Растущая температура Мирового океана спровоцировала взрывообразное выделение метана из донных залежей. Метан — один из т.н. парниковых газов, вызывающих потепление. А дальше пошла цепная реакция — потепление провоцирует высвобождение новых порций метана, а они снова нагревают воздух.

Еще одно страшное вымирание, которое можно объяснить той же причиной, произошло, по геологическим меркам, недавно — 55 млн. лет назад. Тогда исчезли примитивные млекопитающие, а их место пришли новые животные, в том числе и наши предки — первые приматы.

Разгадка тайны Бермудского треугольника — виновны газогидраты

Прорывами метана объясняют и катастрофы в Бермудском треугольнике. Якобы вырывающиеся на поверхность океана гигантские пузыри газа лопаются, и образующаяся воронка затягивает корабль, оказавшийся рядом.

Катастрофа в Мексиканском заливе

В отличие от поднадоевшего Бермудского треугольника, есть история, когда люди реально столкнулись с опасностью, вызванной беспечным отношения к газогидратам. В 2010 году в Мексиканском заливе произошла авария на нефтяной платформе Deepwater Horizon. От взрыва и пожара погибло 11 человек, а через повреждения буровой колонны в воду на глубине 1500 м вылилось такое количество нефти, что всплыв на поверхность, она загрязнила 5% поверхности Мексиканского залива.

Авария на глубоководной плавучей буровой платформе в Мексиканском заливе

Причиной катастрофы стали как раз выбросы метана из донных газогидратов, с которыми не смогла справиться конструкция буровой платформы.

Для того, чтобы заглушить взбесившуюся скважину, на ее устье, находящееся на дне залива попытались опустить стальной купол весом 100 т. По идее, тяжеленное сооружение должно было прекратить выброс нефти и газов. Однако никто не учел, что под куполом станет расти давление от скапливающихся газов. И на внутренней поверхности начнут откладываться все те же газогидраты. Поскольку они легче воды, в какой-то момент купол начал двигаться. Пришлось конструкцию приподнимать и принимать дополнительные меры. А нефть продолжала выливаться в Мексиканский залив.

Новый источник углеводородов — гонка стартовала

Выше уже говорилось, что количество газогидратов в Мировом океане минимум во много раз превосходит запасы разведанных месторождений нефти, природного газа и угля. Из 1 куб. м этого вещества можно извлечь около 160 куб. м метана.

Глыба газогидрата, поднятая со дна океана

До недавнего времени сей факт ажиотажа не вызывал. Дело в том, что и по сей день не существует технологий, позволяющих извлекать метан из газогидратов по себестоимости, сопоставимой с себестоимостью добычи природного или сланцевого газа. Наступление этого момента эксперты ожидают примерно через 10−15 лет. Правда, первая удачная и экономически оправданная добыча метана из газогидратов имела место еще в 1969 г. на Мессояхском месторождении в СССР. Но тот случай был скорее удачным исключением из правил благодаря удачному стечению обстоятельств.
Только в последние десять лет сразу несколько государств начали серьезно финансировать технологии добычи метана из газогидратов.

В 2008 году пробная добыча газогидратов проводилась на месторождении Маллик в кстье реки Маккензи (Канада). За неделю было добыто 13 тыс. куб. м газа.

Первыми, кто попытался извлечь пользу из подводных газогидратов стали японцы. В 2012 г. судно «Тикю» выполнило бурение экспериментальных скважин глубиной 260 метров ниже океанского дна. Пробная добыча велась всего неделю в 2013 г. Результаты оказались обнадеживающими и начало освоения месторождения запланировано на 2018 г. Можно понять заинтересованность Японии в начале добычи. Ведь на этом месторождении можно извлечь 1 трлн. куб. м метана. Такой объем может покрыть потребление всей Японии в течение 10 лет.

Для сравнения — примерно в такую же цифру НАК «Нафтогаз Украины» оценивает доказанные запасы газа в Украине (1,04 трлн. куб. м) Правда, сами японцы не скрывают, что над технологией придется еще серьезно поработать. Авария на платформе Deepwater Horizon показала, что с газогидратами нужно обращаться осторожно.

В мае этого года появилось официальное сообщение Геологической служба Министерства земельных и природных ресурсов КНР. В нем говорится об «историческом прорыве» в этой области. Оно выдержано в характерной для китайского официоза сдержанной манере, не содержащей деталей. Известно только, что с глубины 200 м (да еще под слоем воды 1200 м) за неделю добыто 120 тыс. куб. м газа. На суше китайцы намерены разрабатывать залежи газогидратов в зоне вечной мерзлоты на Тибетском плоскогорье.

Индия также начала финансировать национальную исследовательскую программу по газогидратам еще в середине 90-х. Главным объектом ее деятельности стало месторождение в Бенгальском заливе. Собственные программы по освоению месторождений газогидратов продвигают ЕС, США (на Аляске), Малайзия, Мексика, Вьетнам.

С этой статьей читают также

Мазурские озера — экотуризм с комфортом

Тест от LifeGid: узнай характер мужчины по халату

Секретные тренды моды — что носить осенью/зимой 2017−2018 (фото, образы)

Понравилась статья? Что думаете? Расскажите нам