Innhold
- Den neste energien "Game Changer"?
- Hva er metanhydrat?
- Hvor er metanhydratinnskuddene?
- Hvor produseres metanhydrat i dag?
- Farer med metanhydrat
- Enormt potensial
Metanhydrat: På venstre side er en kule-og-pinne-modell av metanhydrat som viser det sentrale metanmolekylet omgitt av et "bur" med vannmolekyler. Andre hydrokarbonmolekyler som pentan og etan kan innta den sentrale posisjonen i denne strukturen. (United States Department of Energy image). Til høyre er et brennende eksemplar av metanhydratis (United States Geological Survey image).
Metanhydrat "sement" i konglomerat ?: Dette bildet viser en kjerneprøve av metanhydratsonen i Mallik testbrønn. Denne brønnen trenger gjennom permafrostforekomster i Canadas Mackenzie River Delta-området. Denne delen av kjernen viser graveller sementert i et "konglomerat" av metanhydratis. Klikk for å forstørre bildet.
Den neste energien "Game Changer"?
Etter hvert som naturgass fra skifer blir en global "spillbytter", jobber olje- og gassforskere for å utvikle nye teknologier for å produsere naturgass fra metanhydratforekomster. Denne forskningen er viktig fordi metanhydratforekomster antas å være en større hydrokarbonressurs enn alle verdens olje-, naturgass- og kullressurser tilsammen. Hvis disse forekomstene kan utvikles effektivt og økonomisk, kan metanhydrat bli den neste energispillbytteren.
Det er funnet enorme mengder metanhydrat under arktisk permafrost, under Antarktis-is, og i sedimentære avsetninger langs kontinentale marginer over hele verden. I noen deler av verden er de mye nærmere områder med stor befolkning enn noe naturgassfelt. Disse nærliggende forekomstene kan gjøre at land som i dag importerer naturgass blir selvforsynt. Den nåværende utfordringen er å inventar denne ressursen og finne sikre, økonomiske måter å utvikle den.
Metanhydratstabilitetsdiagram: Dette fasediagrammet viser vanndybde (trykk) på den vertikale aksen og temperaturen på den horisontale aksen. De stiplede linjene skiller stabilitetsfelt av vann, vannis, gass og gasshydrat. Linjen merket "hydrat til gassovergang" er betydelig. Forholdene for dannelse av metanhydrat forekommer under denne linjen.Over denne linjen dannes ikke metanhydrat. Den røde linjen sporer en geoterm (temperaturendringen med dybden på et bestemt sted). Merk hvordan geotermen krysser hydrat til gassovergangslinje når dybden øker. Dette betyr at gasshydrat i sedimenter vanligvis ligger over fri gass. Grafisk modifisert etter NOAA.
Hva er metanhydrat?
Metanhydrat er et krystallinsk fast stoff som består av et metanmolekyl omgitt av et bur med sammenvevende vannmolekyler (se bildet øverst på denne siden). Metanhydrat er en "is" som bare forekommer naturlig i overflateavsetninger der temperatur og trykkforhold er gunstige for dens dannelse. Disse forholdene er illustrert i fasediagrammet på denne siden.
Hvis isen fjernes fra dette temperatur- / trykkmiljøet, blir det ustabilt. Av denne grunn er metanhydratforekomster vanskelig å studere. De kan ikke bores og kjedes til studier som andre underjordiske materialer, fordi når de føres til overflaten, reduseres trykket og temperaturen stiger. Dette får isen til å smelte og metan slipper ut.
Flere andre navn er ofte brukt for metanhydrat. Disse inkluderer: metanklathrat, hydrometan, metanis, brannis, naturgasshydrat og gasshydrat. De fleste metanhydratforekomster inneholder også små mengder andre hydrokarbonhydrater. Disse inkluderer propanhydrat og etanhydrat.
Metanhydratkart: Dette kartet er en generalisert versjon av lokasjoner i USGS globale beholdning av naturgasshydratforekomstdatabase.
Gasshydratkart: En av de mest omfattende studerte gasshydratforekomstene er Blake Ridge, offshore North Carolina og South Carolina. Utfordringene med å produsere metan fra dette avsetningen er det høye leirinnholdet og den lave metankonsentrasjonen. Dette kartet er et eksempel på nærheten av kontinentale marginforekomster til potensielle naturgassmarkeder. Bilde av NOAA.
USGS Gas Hydrates Lab: Denne videoen tar deg med på et besøk i USGS Gas Hydrates Lab hvor forskere gjennomfører eksperimenter på prøver av gasshydrater samlet fra polare og kontinentale marginområder. De lager også syntetiske gasshydrater og utfører eksperimenter for å bestemme deres kjemiske og fysiske egenskaper.
Hvor er metanhydratinnskuddene?
Fire jordsmiljøer har temperatur- og trykkforholdene som er egnet for dannelse og stabilitet av metanhydrat. Dette er: 1) sediment og sedimentære bergarter under arktisk permafrost; 2) sedimentære avsetninger langs kontinentale marginer; 3) dyphavssedimenter av innsjøer og hav; og 4) under Antarktis-is. . Med unntak av de antarktiske forekomstene, er ikke metanhydratopphopninger veldig dypt under jordas overflate. I de fleste situasjoner er metanhydratet noen få hundre meter fra sedimentoverflaten.
Metanhydratavleiringsmodeller: Avsettingsmodeller for metanhydratforekomster ved kontinentale marginer og under permafrost.
I disse miljøene forekommer metanhydrat i sedimentet som lag, knuter og intergranulære sement. Avsetningene er ofte så tette og lateralt vedvarende at de skaper et ugjennomtrengelig lag som fanger naturgass som beveger seg oppover nedenfra.
I 2008 estimerte USAs geologiske undersøkelse den totale uoppdagede gasshydratressursen for Alaska North Slope-området. De anslår at den totale uoppdagede naturgassressursen i form av gasshydrat varierer mellom 25,2 og 157,8 billioner kubikkfot. Fordi det er boret veldig få brønner gjennom gasshydratakkumuleringene, har estimatene et meget høyt usikkerhetsnivå.
USGS Gas Hydrates Lab: Denne videoen tar deg med på et besøk i USGS Gas Hydrates Lab hvor forskere gjennomfører eksperimenter på prøver av gasshydrater samlet fra polare og kontinentale marginområder. De lager også syntetiske gasshydrater og utfører eksperimenter for å bestemme deres kjemiske og fysiske egenskaper.
Gasshydrater godt: Ignik Sikumi nr. 1 gass hydrater godt i Alaska nordlige skråning. En USGS gasshydratressursvurdering slo fast at North Slope har en omfattende gasshydratressurs fanget under permafrosten. Institutt for energifoto.
Ignik Sikumi: Denne videoen tar deg med på et besøk i feltundersøkelsen Ignik Sikumi-gasshydrat, en brønn på Alaskas nordhelling som produserte naturgass fra gasshydrater under permafrost. Det som ble gjort her var å frigjøre metan ved å erstatte den med karbondioksid - uten å smelte gasshydratet.
Hvor produseres metanhydrat i dag?
Til dags dato har det ikke vært storstilt kommersiell metanproduksjon fra gasshydratforekomster. Hele produksjonen har enten vært i liten skala eller eksperimentell.
Tidlig i 2012 produserte et felles prosjekt mellom USA og Japan en jevn strøm av metan ved å injisere karbondioksid i metanhydratakkumuleringen. Karbondioksid erstattet metan i hydratstrukturen og frigjorde metan til å strømme til overflaten. Denne testen var betydelig fordi den tillot produksjon av metan uten ustabilitetene forbundet med et smeltegasshydrat.
De mest sannsynlige metanhydratforekomstene som skal velges for første utvikling vil ha følgende egenskaper: 1) høye konsentrasjoner av hydrat; 2) reservoarbergarter med høy permeabilitet; og 3) steder der det er en eksisterende infrastruktur. Innskudd som oppfyller disse egenskapene, vil sannsynligvis være lokalisert i Alaska nordlige skråning eller i Nord-Russland.
Ignik Sikumi: Denne videoen tar deg med på et besøk i feltundersøkelsen Ignik Sikumi-gasshydrat, en brønn på Alaskas nordhelling som produserte naturgass fra gasshydrater under permafrost. Det som ble gjort her var å frigjøre metan ved å erstatte den med karbondioksid - uten å smelte gasshydratet.
Gasshydrat-smelting: Når oljebrønner bores gjennom hydratbærende sedimenter, kan den varme temperaturen på oljen som beveger seg opp gjennom den frosne hydratsonen forårsake smelting. Dette kan resultere i brønnfeil. Varme rørledninger som renner over frosne hydratutløp er også en fare. USGS-bilde.
Farer med metanhydrat
Metanhydrater er sensitive sedimenter. De kan raskt dissosiere med en økning i temperatur eller en reduksjon i trykk. Denne dissosiasjonen produserer gratis metan og vann. Konvertering av et fast sediment til væsker og gasser vil skape tap av støtte og skjærstyrke. Disse kan forårsake nedfelling av ubåter, skred, eller fall av fall som kan skade produksjonsutstyr og rørledninger.
Metan er en kraftig klimagass. Varmere arktiske temperaturer kan føre til gradvis smelting av gasshydrater under permafrosten. Oppvarmende hav kan forårsake gradvis smelting av gasshydrater nær sediment-vanngrensesnittet. Selv om mange nyhetsrapporter har presentert dette som en potensiell katastrofe, har USGS-forskningen bestemt at gasshydrater for tiden bidrar til total atmosfærisk metan, og at en katastrofal smelting av ustabile hydratforekomster neppe vil sende store mengder metan ut i atmosfæren.
Enormt potensial
Selv om metanhydratakkumuleringer er lokalisert i vanskelige miljøer og byr på en rekke tekniske utfordringer, er de vidt distribuert og den største kilden til hydrokarboner på jorden. Det kunne utvikles en rekke teknologier for å produsere dem ved bruk av trykkreduksjon, ionebytter og andre prosesser som drar nytte av deres unike kjemiske og fysiske egenskaper. USA, Canada, Japan og India har alle kraftige forskningsprogrammer som arbeider for å oppdage levedyktige teknologier for å produsere gasshydrater. Metanhydrat vil sannsynligvis spille en viktig rolle i vår fremtidige energimiks.