Innehåll
- Nästa energi "Game Changer"?
- Vad är metanhydrat?
- Var är metanhydratavsättningarna?
- Var produceras metanhydrat idag?
- Faror med metanhydrat
- Enorm potential
Metanhydrat: Till vänster är en boll-och-stick-modell av metanhydrat som visar den centrala metanmolekylen omgiven av en "bur" av vattenmolekyler. Andra kolväte-molekyler såsom pentan och etan kan uppta den centrala positionen i denna struktur. (United States Department of Energy image). Till höger är ett brinnande prov av metanhydratis (United States Geological Survey image).
Metanhydrat "cement" i konglomerat ?: Detta foto visar ett kärnprov av metanhydratzonen i Mallik-testbrunnen. Denna brunn penetrerar permafrostavlagringar i Canadas Mackenzie River Delta-området. Denna del av kärnan visar graveller som cementeras i ett "konglomerat" av metanhydratis. Klicka för att förstora bilden.
Nästa energi "Game Changer"?
Eftersom naturgas från skiffer blir en global "spelväxlare", arbetar olje- och gasforskare med att utveckla ny teknik för att producera naturgas från metanhydratavlagringar. Denna forskning är viktig eftersom metanhydratutfällningar tros vara en större kolväteresurs än alla världens olje-, naturgas- och kolresurser tillsammans. Om dessa avlagringar kan utvecklas effektivt och ekonomiskt, kan metanhydrat bli nästa energispelväxlare.
Enorma mängder metanhydrat har hittats under arktisk permafrost, under Antarktisisen och i sedimentära avlagringar längs kontinentala marginaler över hela världen. I vissa delar av världen är de mycket närmare områden med hög befolkning än något naturgasfält. Dessa närliggande insättningar kan göra det möjligt för länder som för närvarande importerar naturgas att bli självförsörjande. Den nuvarande utmaningen är att inventera denna resurs och hitta säkra, ekonomiska sätt att utveckla den.
Metanhydratstabilitetsdiagram: Detta fasdiagram visar vattendjup (tryck) på den vertikala axeln och temperaturen på den horisontella axeln. De streckade linjerna skiljer stabilitetsfält av vatten, vattenis, gas och gashydrat. Linjen märkt "hydrat till gasövergång" är betydande. Förhållanden för bildning av metanhydrat förekommer under denna linje.Ovanför denna linje kommer metanhydrat inte att bildas. Den röda linjen spårar en geoterm (temperaturändring med djup på en specifik plats). Lägg märke till hur geotermen korsar hydrat till gasövergångslinjen när djupet ökar. Detta innebär att gashydrat i sediment vanligtvis ligger över fri gas. Diagram modifierad efter NOAA.
Vad är metanhydrat?
Metanhydrat är ett kristallint fast ämne som består av en metanmolekyl omgiven av en bur av sammanlänkande vattenmolekyler (se bilden högst upp på denna sida). Metanhydrat är en "is" som endast förekommer naturligt i underlag, där temperatur- och tryckförhållanden är gynnsamma för dess bildning. Dessa villkor illustreras i fasdiagrammet på denna sida.
Om isen avlägsnas från denna temperatur / tryckmiljö, blir den instabil. Av denna anledning är metanhydratavlagringar svåra att studera. De kan inte borras och borras för att studera som andra underjordiska material eftersom när de förs till ytan sänks trycket och temperaturen stiger. Detta får isen att smälta och metan flyr ut.
Flera andra namn används ofta för metanhydrat. Dessa inkluderar: metanklathrat, hydrometan, metanis, eldis, naturgashydrat och gashydrat. De flesta metanhydratavlagringar innehåller också små mängder andra kolvätehydrater. Dessa inkluderar propanhydrat och etanhydrat.
Metanhydratkarta: Denna karta är en generaliserad version av platser i USGS globala inventering av databas med naturgashydrat.
Gashydratkarta: En av de mest studerade gashydratavlagringarna är Blake Ridge, offshore North Carolina och South Carolina. Utmaningar att producera metan från denna avsättning är det höga lerinnehållet och den låga metankoncentrationen. Den här kartan är ett exempel på närheten till kontinentala marginaluppsättningar till potentiella naturgasmarknader. Bild av NOAA.
USGS Gas Hydrates Lab: Den här videon tar dig på besök i USGS Gas Hydrates Lab där forskare utför experiment på prover av gashydrater som samlats in från polära områden och kontinentalmarginalen. De skapar också syntetiska gashydrater och genomför experiment för att bestämma deras kemiska och fysikaliska egenskaper.
Var är metanhydratavsättningarna?
Fyra jordmiljöer har temperatur- och tryckförhållandena som är lämpliga för bildning och stabilitet av metanhydrat. Dessa är: 1) sediment och sedimentära bergenheter under arktisk permafrost; 2) sedimentära avlagringar längs kontinentala marginaler; 3) djuphavssediment av inlandssjöar och hav; och 4) under Antarktisisen. . Med undantag för antarktisavlagringarna är metanhydratansamlingar inte särskilt djupt under jordens yta. I de flesta situationer är metanhydratet inom några hundra meter från sedimentytan.
Metanhydratavlagringsmodeller: Insättningsmodeller för metanhydratavlagringar vid kontinentala marginaler och under permafrost.
I dessa miljöer förekommer metanhydrat i sedimentet som skikt, knölar och intergranulära cement. Avlagringarna är ofta så täta och i sidled beständiga att de skapar ett ogenomträngligt skikt som fångar naturgas som rör sig uppifrån.
År 2008 uppskattade USA: s geologiska undersökning den totala oupptäckta gashydratresursen för Alaska North Slope-området. De uppskattar att den totala oupptäckta naturgasresursen i form av gashydrat ligger mellan 25,2 och 157,8 biljoner kubikfot. Eftersom mycket få brunnar har borrats genom gashydratansamlingen har uppskattningarna en mycket hög osäkerhetsnivå.
USGS Gas Hydrates Lab: Den här videon tar dig på besök i USGS Gas Hydrates Lab där forskare utför experiment på prover av gashydrater som samlats in från polära områden och kontinentalmarginalen. De skapar också syntetiska gashydrater och genomför experiment för att bestämma deras kemiska och fysikaliska egenskaper.
Gas hydrerar väl: Ignik Sikumi nr 1 gas hydrat väl i Alaska norra sluttningen. En USGS-gashydratresursbedömning fastställde att norra sluttningen har en omfattande gashydratresurs fångad under permafrosten. Institutionen för energifoto.
Ignik Sikumi: Den här videon tar dig på besök i Ignik Sikumi-gashydratfältförsöket, en brunn på Alaskas norra sluttning som producerade naturgas från gashydrater under permafrost. Uppnåendet här var att frigöra metan genom att ersätta den med koldioxid - utan att smälta gashydratet.
Var produceras metanhydrat idag?
Hittills har det inte skett någon storskalig kommersiell metanproduktion från gashydratavlagringar. Hela produktionen har antingen varit liten eller experimentell.
I början av 2012 producerade ett gemensamt projekt mellan USA och Japan ett jämnt flöde av metan genom att injicera koldioxid i metanhydratansamlingen. Koldioxiden ersatte metan i hydratstrukturen och frigjord metan för att rinna till ytan. Detta test var betydelsefullt eftersom det tillät produktion av metan utan instabiliteter förknippade med ett smältgashydrat.
De mest troliga metanhydratavlagringarna som ska väljas för första utvecklingen kommer att ha följande egenskaper: 1) höga koncentrationer av hydrat; 2) reservoarbergarter med hög permeabilitet; och 3) platser där det finns en befintlig infrastruktur. Insättningar som uppfyller dessa egenskaper kommer troligen att lokaliseras på Alaska norra sluttningen eller i norra Ryssland.
Ignik Sikumi: Den här videon tar dig på besök i Ignik Sikumi-gashydratfältförsöket, en brunn på Alaskas norra sluttning som producerade naturgas från gashydrater under permafrost. Uppnåendet här var att frigöra metan genom att ersätta den med koldioxid - utan att smälta gashydratet.
Gashydratsmältning: När oljebrunnar borras genom hydratbärande sediment kan den varma temperaturen på oljan som rör sig upp genom den frysta hydratzonen orsaka smältning. Detta kan resultera i brunnsfel. Varma rörledningar som löper över frusna hydratutfall är också en fara. USGS-bild.
Faror med metanhydrat
Metanhydrat är känsliga sediment. De kan snabbt dissocieras med en temperaturökning eller en minskning av trycket. Denna dissociation producerar fri metan och vatten. Omvandlingen av ett fast sediment till vätskor och gaser kommer att skapa en förlust av stöd och skjuvhållfasthet. Dessa kan orsaka sjunkande ubåtar, jordskred eller nedgång som kan skada produktionsutrustning och rörledningar.
Metan är en kraftfull växthusgas. Varmare arktiska temperaturer kan leda till gradvis smältning av gashydrater under permafrosten. Värmande hav kan orsaka gradvis smältning av gashydrater nära gränssnittet mellan sediment och vatten. Även om många nyhetsrapporter har presenterat detta som en potentiell katastrof, har USGS-forskningen fastställt att gashydrat för närvarande bidrar till total atmosfärisk metan och att en katastrofisk smältning av instabila hydratavlagringar sannolikt inte skickar stora mängder metan till atmosfären.
Enorm potential
Även om ansamlingar av metanhydrat är belägna i svåra miljöer och erbjuder många tekniska utmaningar, är de distribuerade i stor omfattning och den största källan till kolväten på jorden. En mängd olika tekniker skulle kunna utvecklas för att producera dem med hjälp av tryckreduktion, jonbyte och andra processer som utnyttjar deras unika kemiska och fysikaliska egenskaper. USA, Kanada, Japan och Indien har alla kraftfulla forskningsprogram som arbetar för att upptäcka livskraftiga tekniker för att producera gashydrater. Metanhydrat kommer sannolikt att spela en viktig roll i vår framtida energimix.