Indhold
- Den næste energi "Game Changer"?
- Hvad er metanhydrat?
- Hvor er metanhydratindskud?
- Hvor produceres metanhydrat i dag?
- Farer med methanhydrat
- Enormt potentiale
Methanhydrat: Til venstre er en kugle-og-stick-model af methanhydrat, der viser det centrale methanmolekyle omgivet af et "bur" af vandmolekyler. Andre carbonhydridmolekyler såsom pentan og ethan kan indtage den centrale position i denne struktur. (Udenrigsministeriets energibillede). Til højre er et brændende eksemplar af methanhydratis (United States Geological Survey image).
Methanhydrat "cement" i konglomerat ?: Dette foto viser en kerneprøve af methanhydratzonen i Mallik testbrønd. Denne brønd trænger gennem permafrostaflejringer i Canadas Mackenzie-floddeltaområdet. Denne del af kernen viser graveller cementeret i et "konglomerat" af methanhydratis. Klik for at forstørre billedet.
Den næste energi "Game Changer"?
Efterhånden som naturgas fra skifer bliver en global "spiludveksler", arbejder olie- og gasforskere med at udvikle nye teknologier til produktion af naturgas fra methanhydratforekomster. Denne undersøgelse er vigtig, fordi methanhydratforekomster antages at være en større kulbrinterressource end alle verdens olie-, naturgas- og kulressourcer tilsammen. Hvis disse aflejringer kan udvikles effektivt og økonomisk, kan methanhydrat blive den næste energispilskifte.
Enorme mængder methanhydrat er fundet under arktisk permafrost, under Antarktis is og i sedimentære aflejringer langs kontinentale marginer over hele verden. I nogle dele af verden er de meget tættere på områder med stor befolkning end ethvert naturgasfelt. Disse nærliggende forekomster muliggør, at lande, der i øjeblikket importerer naturgas, kan blive selvforsynende. Den aktuelle udfordring er at inventar denne ressource og finde sikre, økonomiske måder at udvikle den på.
Metanhydratstabilitetsdiagram: Dette fasediagram viser vanddybde (tryk) på den lodrette akse og temperaturen på den vandrette akse. De stiplede linjer adskiller stabilitetsfelter vand, vandis, gas og gashydrat. Linjen mærket "hydrat til gasovergang" er betydelig. Betingelser for dannelse af methanhydrat forekommer under denne linje.Over denne linje dannes der ikke methanhydrat. Den røde linje sporer en geoterm (ændring af temperatur med dybde på et bestemt sted). Bemærk, hvordan geotermen krydser hydrat til gasovergangslinjen, når dybden øges. Dette betyder, at gashydrat i sedimenter normalt ligger over fri gas. Graf ændret efter NOAA.
Hvad er metanhydrat?
Methanhydrat er et krystallinsk fast stof, der består af et methanmolekyle omgivet af et bur med sammenlåbende vandmolekyler (se billede øverst på denne side). Methanhydrat er en "is", der kun forekommer naturligt i undergrundens aflejringer, hvor temperatur- og trykforholdene er gunstige for dens dannelse. Disse betingelser er illustreret i fasediagrammet på denne side.
Hvis isen fjernes fra dette temperatur / trykmiljø, bliver det ustabilt. Af denne grund er methanhydrataflejringer vanskelige at undersøge. De kan ikke bores og cores til undersøgelse som andre underjordiske materialer, fordi når de bringes til overfladen, reduceres trykket, og temperaturen stiger. Dette får isen til at smelte og metanen undslipper.
Flere andre navne bruges ofte til methanhydrat. Disse inkluderer: methanklathrat, hydromethan, methanis, brandis, naturgashydrat og gashydrat. De fleste methanhydrataflejringer indeholder også små mængder af andre carbonhydridhydrater. Disse inkluderer propanhydrat og ethanhydrat.
Methanhydratkort: Dette kort er en generaliseret version af placeringer i USGS 'globale opgørelse af database med naturgashydratforekomst.
Gashydratkort: En af de mest omfattende studerede gashydrataflejringer er Blake Ridge, offshore North Carolina og South Carolina. Udfordringer med at producere methan fra denne aflejring er det høje lerindhold og den lave metankoncentration. Dette kort er et eksempel på nærheden af kontinentale margenaflejringer til potentielle naturgasmarkeder. Billede af NOAA.
USGS Gashydratlaboratorium: Denne video tager dig med på et besøg i USGS Gas Hydrates Lab, hvor forskere udfører eksperimenter på prøver af gashydrater indsamlet fra polære og kontinentale margenområder. De skaber også syntetiske gashydrater og udfører eksperimenter for at bestemme deres kemiske og fysiske egenskaber.
Hvor er metanhydratindskud?
Fire jordmiljøer har temperatur- og trykbetingelser, der er egnede til dannelse og stabilitet af methanhydrat. Disse er: 1) sediment og sedimentære klippeenheder under arktisk permafrost; 2) sedimentære aflejringer langs kontinentale margener; 3) dybvandssedimenter af indre søer og søer; og 4) under Antarktis-is. . Med undtagelse af de antarktiske aflejringer er methanhydratakkumuleringer ikke meget dybt under Jordens overflade. I de fleste situationer er methanhydratet inden for et par hundrede meter fra sedimentoverfladen.
Methanhydrataflejringsmodeller: Afsætningsmodeller for methanhydrataflejringer ved kontinentale margener og under permafrost.
I disse miljøer forekommer methanhydrat i sedimentet som lag, knuder og intergranulære cement. Aflejringerne er ofte så tætte og lateralt vedvarende, at de skaber et uigennemtrængeligt lag, der fælder naturgas, der bevæger sig opefter nedenunder.
I 2008 estimerede De Forenede Staters Geologiske Undersøgelse den samlede uopdagede gashydratressource for Alaska North Slope-området. De estimerer, at den samlede uopdagede naturgasressource i form af gashydrat ligger mellem 25,2 og 157,8 billioner kubikfod. Da der er boret meget få brønde gennem gashydratakkumulationerne, har estimaterne et meget højt usikkerhedsniveau.
USGS Gashydratlaboratorium: Denne video tager dig med på et besøg i USGS Gas Hydrates Lab, hvor forskere udfører eksperimenter på prøver af gashydrater indsamlet fra polære og kontinentale margenområder. De skaber også syntetiske gashydrater og udfører eksperimenter for at bestemme deres kemiske og fysiske egenskaber.
Gas hydrat godt: Ignik Sikumi nr. 1 gas hydreres godt på Alaska nordhældning. En USGS-gashydratressourcevurdering vurderede, at den nordlige hældning har en omfattende gashydratressource fanget under permafrosten. Institut for Energi foto.
Ignik Sikumi: Denne video tager dig med på et besøg i Ignik Sikumi-gashydratfeltforsøget, en brønd på Alaskas nordhældning, der producerede naturgas fra gashydrater under permafrost. Det, der blev gjort her, var at frigøre metan ved at erstatte den med kuldioxid - uden at smelte gashydratet.
Hvor produceres metanhydrat i dag?
Indtil videre har der ikke været nogen stor kommerciel methanproduktion fra gashydrataflejringer. Hele produktionen har enten været i mindre skala eller eksperimentel.
I begyndelsen af 2012 producerede et fælles projekt mellem USA og Japan en jævn strøm af methan ved at indsprøjte kuldioxid i methanhydratakkumuleringen. Kuldioxid erstattede metanen i hydratstrukturen og frigjor metanen til at strømme til overfladen. Denne test var signifikant, fordi den muliggjorde produktion af methan uden ustabiliteterne forbundet med et smeltegashydrat.
De mest sandsynlige methanhydrataflejringer, der vælges til første udvikling, vil have følgende egenskaber: 1) høje koncentrationer af hydrat; 2) reservoirbergarter med høj permeabilitet; og 3) placeringer, hvor der er en eksisterende infrastruktur. Indskud, der opfylder disse egenskaber, vil sandsynligvis være placeret på Alaska nordhældning eller i det nordlige Rusland.
Ignik Sikumi: Denne video tager dig med på et besøg i Ignik Sikumi-gashydratfeltforsøget, en brønd på Alaskas nordhældning, der producerede naturgas fra gashydrater under permafrost. Det, der blev gjort her, var at frigøre metan ved at erstatte den med kuldioxid - uden at smelte gashydratet.
Smeltning af gashydrat: Når oliebrønde bores gennem hydratbærende sedimenter, kan den varme temperatur på olien, der bevæger sig op gennem den frosne hydratzone, forårsage smeltning. Dette kan resultere i brøndfejl. Varme rørledninger, der løber over frosne hydratudløb, er også en fare. USGS-billede.
Farer med methanhydrat
Methanhydrater er følsomme sedimenter. De kan hurtigt adskilles med en stigning i temperatur eller et fald i tryk. Denne dissociation producerer fri methan og vand. Konvertering af et fast sediment til væsker og gasser vil skabe et tab af støtte og forskydningsstyrke. Disse kan forårsage ubådnedgang, jordskred eller forsænkning, der kan skade produktionsudstyr og rørledninger.
Metan er en kraftig drivhusgas. Varmere arktiske temperaturer kan resultere i gradvis smeltning af gashydrater under permafrosten. Opvarmning af havene kan forårsage gradvis smeltning af gashydrater nær sediment-vand-grænsefladen. Selvom mange nyhedsberetninger har præsenteret dette som en potentiel katastrofe, har USGS-undersøgelser bestemt, at gashydrater i øjeblikket bidrager til den samlede atmosfæriske methan, og at en katastrofal smeltning af ustabile hydrataflejringer sandsynligvis ikke sender store mængder metan ud i atmosfæren.
Enormt potentiale
Selvom methanhydratakkumuleringer er placeret i vanskelige miljøer og udgør adskillige tekniske udfordringer, er de vidt distribueret og den største kilde til kulbrinter på Jorden. Der kunne udvikles en række forskellige teknologier til at producere dem ved hjælp af trykreduktion, ionbytning og andre processer, der drager fordel af deres unikke kemiske og fysiske egenskaber. De Forenede Stater, Canada, Japan og Indien har alle kraftige forskningsprogrammer, der arbejder på at finde levedygtige teknologier til produktion af gashydrater. Methanhydrat vil sandsynligvis spille en vigtig rolle i vores fremtidige energimix.