Υδρίτες μεθανίου, η μεγαλύτερη πηγή φυσικού αερίου στον κόσμο
Η μεγαλύτερη πηγή φυσικού αερίου στον κόσμο είναι παγιδευμένη κάτω από permafrost(μόνιμα παγωμένο έδαφος)και τα ωκεάνια ιζήματα.
Όπως το φυσικό αέριο από σχιστόλιθο γίνεται ένα παγκόσμιο ενεργειακό εργαλείο, οι ερευνητές πετρελαίου και φυσικού αερίου εργάζονται για την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών για την παραγωγή φυσικού αερίου από κοιτάσματα ένυδρου μεθανίου. Αυτή η έρευνα είναι σημαντική, διότι αποθέσεις σε υδρίτες μεθανίου πιστεύεται ότι αποτελούν τον μεγαλύτερο πόρο από το σύνολο του παγκόσμιου πετρελαίου, του φυσικού αερίου και του άνθρακα. Εάν οι αποθέσεις αυτές μπορούν να είναι αποτελεσματικά και οικονομικά ανεπτυγμένες, οι υδρίτες μεθανίου θα μπορούσαν να γίνουν το επόμενο μεγάλο ενεργειακό παιχνίδι.
Τεράστιες ποσότητες ένυδρου μεθανίου έχουν βρεθεί κάτω από το permafrost της Αρκτικής, κάτω από πάγο της Ανταρκτικής και σε ιζηματογενείς αποθέσεις κατά μήκος των ηπειρωτικών περιθωρίων σε όλο τον κόσμο. Σε ορισμένα μέρη του κόσμου είναι πολύ πιο κοντά σε περιοχές υψηλού πληθυσμού από ότι άλλα πεδία φυσικού αερίου. Αυτά τα κοντινά κοιτάσματα θα μπορούσαν να επιτρέψουν σε χώρες που εισάγουν σήμερα το φυσικό αέριο να γίνουν αυτάρκεις. Η σημερινή πρόκληση είναι αρχικά η απογραφή τους και κατόπιν να βρεθούν ασφαλείς, οικονομικοί τρόποι για να αναπτυχθούν.
Ο υδρίτης μεθανίου είναι ένα κρυσταλλικό στερεό που αποτελείται από ένα μόριο μεθανίου που περιβάλλεται από συγκλίνοντα μόρια νερού. Αποτελεί ένα '' πάγο '' που εμφανίζεται μόνο φυσικά σε αποθέσεις υπέδαφιες, όπου οι συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης είναι ευνοϊκές για το σχηματισμό τους. Εάν ο πάγος απομακρύνεται από αυτό το περιβάλλον θερμοκρασίας/πίεσης καθίσταται ασταθής. Για το λόγο αυτό οι αποθέσεις ένυδρου μεθανίου είναι δύσκολο να μελετηθούν. Είναι δύσκολο να διατρηθούν και να παρθούν πυρήνες για μελέτη όπως συμβαίνει με άλλα υλικά κάτω από την επιφάνεια, επειδή, όπως στην επιφάνεια η πίεση μειώνεται και η θερμοκρασία ανεβαίνει. Αυτό προκαλεί τον πάγο να λιώσει και το μεθάνιο να διαφύγει.
Αρκετές άλλες ονομασίες χρησιμοποιούνται συνήθως για τον υδρίτη μεθανίου, όπως: Μεθάνιο, υδρομεθάνιο, πάγος μεθανίου, ένυδρο φυσικό αέριο και ένυδρο αέριο. Τα περισσότερα κοιτάσματα ένυδρου μεθανίου περιέχουν επίσης μικρές ποσότητες από άλλους υδρίτες υδρογονανθράκων. Αυτές περιλαμβάνουν ένυδρο προπάνιο και ένυδρο αιθάνιο.
Τέσσερα περιβάλλοντα στην Γη έχουν τις κατάλληλες συνθήκες θερμοκρασίας και πιέσεως για τον σχηματισμό και τη σταθερότητα του ένυδρου μεθανίου. Αυτά είναι: 1) τα ιζήματα και ιζηματογενή πετρώματα κάτω από το permafrost της Αρκτικής 2) ιζηματογενείς αποθέσεις κατά μήκος των ηπειρωτικών περιθωρίων όπως πιθανόν να συμβαίνει με τα κοιτάσματα του Καστελόριζου και της Κρήτης 3) ιζήματα βαθέων υδάτων από λίμνες και θάλασσες και, 4) ο πάγος της Ανταρκτικής .
Εάν εξαιρέσουμε τις αποθέσεις της Ανταρκτικής, οι συσσωρεύσεις ένυδρου μεθανίου δεν είναι πολύ βαθιές κάτω από την επιφάνεια της Γης. Στις περισσότερες περιπτώσεις οι υδρίτες μεθανίου βρίσκονται μέσα σε μερικές εκατοντάδες μέτρα από την επιφάνεια του ιζήματος.
Σε αυτά τα περιβάλλοντα ο υδρίτης μεθανίου λαμβάνει χώρα στο ίζημα, όπως σε στρώματα, σε οζίδια και σε πόρους από συγκολλητικό μίγμα.Οι αποθέσεις είναι συχνά τόσο πυκνές και άκαμπτες που δημιουργούν ένα αδιαπέραστο στρώμα που παγιδεύει το φυσικό αέριο το οποίο κινείται προς τα πάνω από κάτω.
Οι υδρίτες μεθανίου πιστεύεται ότι αποτελούνται από νεκρή οργανική ύλη, παγιδευμένη μεταξύ των στρωμάτων της γης. Η διαδικασία είναι παρόμοια με εκείνη που παράγει το μεθάνιο όταν οργανικά απόβλητα επιστρωθούν με χώμα κάτω από την επιφάνεια της γης.
Ένα από τα πιο εκτεταμένα και μελετημένα κοιτάσματα υδρίτη μεθανίου είναι το Blake Ridge,στις υπεράκτιες περιοχές της Βόρειας και Νότιας Καρολίνας. Προκλήσεις για την παραγωγή μεθανίου από αυτό το κοίτασμα είναι η υψηλή περιεκτικότητα σε άργιλο και η χαμηλή συγκέντρωση μεθανίου.
Το 2008, το Γεωλογικό Ινστιτούτο των ΗΠΑ είχε κάνει εκτιμήσεις για το συνολικό ανεξερεύνητο ένυδρο αέριο για την περιοχή North Slope της Αλάσκας, το οποίο κυμαίνεται μεταξύ 25.2 και 157.8 τρισεκατομμύρια κυβικά πόδια. Επειδή υπάρχουν πολύ λίγες γεωτρήσεις οι εκτιμήσεις έχουν ένα πολύ υψηλό επίπεδο αβεβαιότητας.
Μέχρι σήμερα δεν έχει υπάρξει μεγάλης κλίμακας εμπορική παραγωγή μεθανίου από κοιτάσματα ένυδρου αερίου, ή παραγωγή μικρής κλίμακας είτε σε πειραματικό στάδιο . Όμως ,στις αρχές του 2012, ένα κοινό πρόγραμμα μεταξύ των ΗΠΑ και της Ιαπωνίας παρήγαγε μια σταθερή ροή του μεθανίου με την έγχυση διοξειδίου του άνθρακα στην συσσώρευση ένυδρου μεθανίου. Το διοξείδιο του άνθρακα αντικαθιστά το ένυδρο μεθάνιο στη δομή και απελευθέρωσε το μεθάνιο βοηθώντας το να ρέει προς την επιφάνεια. Αυτή η δοκιμή ήταν σημαντική, επειδή επέτρεψε την παραγωγή μεθανίου χωρίς τις αστάθειες που συνδέονται με τα ένυδρα αέρια τήξης.
Οι λιγότερο επικίνδυνες αποθέσεις υδρίτη μεθανίου που πρέπει να επιλεγούν για εκμετάλλευση θα πρέπει έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: 1) υψηλές συγκεντρώσεις ένυδρου μεθανίου 2) βραχώδη δεξαμενή με υψηλή διαπερατότητα και 3) θέσεις όπου υπάρχει ήδη υποδομή. Οι αποθέσεις που πληρούν αυτά τα χαρακτηριστικά είναι πιθανό να βρίσκονται στο North Slope της Αλάσκας ή στη Βόρεια Ρωσία.
Ο υδρίτες μεθανίου είναι ευαίσθητα ιζήματα. Μπορούν να διαχωρισθούν ταχέως με την αύξηση της θερμοκρασίας ή με μία μείωση σε πίεση. Αυτή η διάσπαση παράγει ελεύθερο μεθάνιο και νερό. Η μετατροπή ενός στερεού ιζήματος σε υγρό και αέριο θα δημιουργήσει μια απώλεια στήριξης και αντοχής.Αυτό μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα να παρουσιασθούν υποθαλάσσιες κατολισθήσεις ή καθιζήσεις οι οποίες μπορεί να προκαλέσουν ζημιά στον εξοπλισμό παραγωγής και στους αγωγούς. Το μεθάνιο είναι ένα ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου. Υψηλότερες θερμοκρασίες στην Αρκτική θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε σταδιακή τήξη των ένυδρων αερίων κάτω από το permafrost. Η θέρμανση των ωκεανών θα μπορούσε να προκαλέσει σταδιακή τήξη των ένυδρων αερίων κοντά στη διεπιφάνεια ιζήματος-νερού. Παρά το γεγονός ότι πολλά ΜΜΕ και περιβαλλοντικές οργανώσεις το παρουσιάζουν ως μια πιθανή καταστροφή, έρευνα του USGS κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι υδρίτες μεθανίου συμβάλλουν σήμερα στο σύνολο των ατμοσφαιρικών συγκεντρώσεων μεθανίου και ότι μια καταστροφική τήξη των ασταθών αποθέσεων υδρίτη είναι απίθανο να ελευθερώσει μεγάλες ποσότητες μεθανίου στην ατμόσφαιρα.
Το ένυδρο μεθάνιο έχει μια πολύ υψηλή συγκέντρωση μεθανίου. Αν λιώσει ένα μπλοκ ενός κυβικού μέτρου του ένυδρου μεθανίου, περίπου 160 κυβικά μέτρα αερίου μεθανίου θα απελευθερωθούν.
Παρά το γεγονός ότι οι συσσωρεύσεις ένυδρου μεθανίου βρίσκονται σε δύσκολα περιβάλλοντα και παρουσιάζουν πολλές τεχνικές προκλήσεις, αποτελούν την μεγαλύτερη πηγή υδρογονανθράκων στη Γη. Μια ποικιλία τεχνολογιών θα μπορούσε να αναπτυχθεί για την παραγωγή τους χρησιμοποιώντας τεχνικές μείωσης της πίεσης, ανταλλαγής ιόντων και άλλες διαδικασίες που εκμεταλλεύονται τις μοναδικές χημικές και φυσικές τους ιδιότητες. Οι Ηνωμένες Πολιτείες, ο Καναδάς, η Ιαπωνία και η Ινδία έχουν ερευνητικά προγράμματα που εργάζονται για να ανακαλύψουν βιώσιμες τεχνολογίες για την παραγωγή των υδριτών μεθανίου, οι οποίοι κατά πάσα πιθανότητα θα παίξουν σημαντικό ρόλο στο απώτερο μέλλον.
Γεωδίφης
Πηγές:
1.Geology.com
2.Noaa(Ωκεανογραφικό Κέντρο ΗΠΑ), USGS (Γεωλογικό Ινστιτούτο Αμερικής)
3.Βικιπαίδεια
4.What are gas hydrates?
https://www.usgs.gov/faqs/what-are-gas-hydrates
ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΚΟ ΥΛΙΚΟ
Όταν οι γεωτρήσεις πετρελαίου τρυπούν ιζήματα από υδρίτες μεθανίου , η ζεστή θερμοκρασία του πετρελαίου που διακινείται μέσα από την παγωμένη ένυδρη ζώνη μπορεί να προκαλέσει τήξη. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε αποτυχία της γεώτρησης. Οι αγωγοί που λειτουργούν εδώ και οι παγωμένες εμφανίσεις υδρίτη είναι επίσης σε κίνδυνο. Από το USGS .
Ένα από τα πιο εκτεταμένα και μελετημένα κοιτάσματα υδρίτη μεθανίου είναι το Blake Ridge,στις υπεράκτιες περιοχές της Βόρειας και Νότιας Καρολίνας .Εικόνα από NOAA.
Αυτός ο χάρτης του USGS μας δείχνει τα παγκόσμια κοιτάσματα ένυδρου φυσικού αερίου.
Προϋποθέσεις για τη δημιουργία του υδρίτη μεθανίου.
Ignik Sikumi στο North Slope της Αλάσκας. Σύμφωνα με το USGS η North Slope έχει μια εκτεταμένη πηγή ένυδρου αερίου παγιδευμένη κάτω από permafrost. [Υπουργείο Ενέργειας ΗΠΑ, φωτογραφία].