มีเทนไฮเดรต: แหล่งก๊าซธรรมชาติที่ใหญ่ที่สุดในโลก

เนื้อหา

• พลังงานต่อไป "Game Changer"?
• มีเทนไฮเดรตคืออะไร
• เงินฝากมีเทนไฮเดรตอยู่ที่ไหน
• มีเทนไฮเดรตผลิตที่ไหนวันนี้
• มีเทนไฮเดรตอันตราย
• ศักยภาพมหาศาล

มีเทนไฮเดรต: ทางด้านซ้ายเป็นรูปแบบของลูกบอลและแท่งมีเทนไฮเดรตแสดงโมเลกุลมีเธนส่วนกลางที่ล้อมรอบด้วย "กรง" ของโมเลกุลน้ำ โมเลกุลไฮโดรคาร์บอนอื่น ๆ เช่นเพนเทนและอีเทนสามารถครองตำแหน่งศูนย์กลางในโครงสร้างนี้ได้ (รูปภาพกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา) ด้านขวาเป็นตัวอย่างการเผาไหม้ของน้ำแข็งมีเทนไฮเดรต (ภาพการสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกา)

มีเทนไฮเดรต "ซีเมนต์" ในกลุ่ม บริษัท : ภาพนี้แสดงตัวอย่างหลักของโซนมีเทนไฮเดรตในหลุมทดสอบ Mallik หลุมเจาะนี้แทรกซึมอยู่ในบริเวณสามเหลี่ยมปากแม่น้ำคานาดาแมคเคนซี่ซี่ แกนกลางส่วนนี้แสดงกรวดที่ถูกยึดเป็น "กลุ่ม" โดยมีเธนไฮเดรตน้ำแข็ง คลิกเพื่อขยายภาพ

พลังงานต่อไป "Game Changer"?

เมื่อก๊าซธรรมชาติจากชั้นหินกลายเป็นพลังงานระดับโลก "นักเปลี่ยนเกม" นักวิจัยด้านน้ำมันและก๊าซกำลังทำงานเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีใหม่เพื่อผลิตก๊าซธรรมชาติจากมีเทนไฮเดรต การวิจัยครั้งนี้มีความสำคัญเนื่องจากมีเทนไฮเดรตฝากเชื่อว่าเป็นแหล่งไฮโดรคาร์บอนขนาดใหญ่กว่าน้ำมันโลกก๊าซธรรมชาติและถ่านหินรวมกัน หากเงินฝากเหล่านี้สามารถพัฒนาได้อย่างมีประสิทธิภาพและประหยัด, มีเทนไฮเดรตอาจกลายเป็นเกมเปลี่ยนพลังงานครั้งต่อไป

พบก๊าซมีเทนจำนวนมหาศาลอยู่ใต้อาร์กติกเพอร์มาฟรอสต์ใต้น้ำแข็งแอนตาร์คติคและในตะกอนสะสมตามขอบทวีปทั่วโลก ในบางส่วนของโลกพวกเขาอยู่ใกล้กับพื้นที่ที่มีประชากรสูงกว่าแหล่งก๊าซธรรมชาติ เงินฝากที่อยู่ใกล้เคียงเหล่านี้อาจทำให้ประเทศที่นำเข้าก๊าซธรรมชาติสามารถพึ่งพาตนเองได้ ความท้าทายในปัจจุบันคือการทำรายการทรัพยากรนี้และหาวิธีที่ปลอดภัยประหยัดในการพัฒนา

แผนภูมิความเสถียรของมีเทนไฮเดรต: แผนภาพเฟสนี้แสดงความลึกของน้ำ (ความดัน) บนแกนตั้งและอุณหภูมิบนแกนนอน เส้นประแยกทุ่งนาที่มีเสถียรภาพของน้ำ, น้ำแข็งในน้ำ, ก๊าซและแก๊สไฮเดรต บรรทัดที่ระบุว่า "ไฮเดรตกับการเปลี่ยนถ่ายก๊าซ" มีความสำคัญ เงื่อนไขสำหรับการก่อตัวของมีเทนไฮเดรตเกิดขึ้นใต้บรรทัดนี้เหนือเส้นนี้มีเทนไฮเดรตจะไม่ก่อตัว เส้นสีแดงติดตามความร้อนใต้พิภพ (การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิด้วยความลึกที่ตำแหน่งเฉพาะ) โปรดสังเกตว่าเมื่อความลึกเพิ่มขึ้น geotherm จะข้ามไฮเดรตไปยังบรรทัดการเปลี่ยนผ่านของก๊าซ ซึ่งหมายความว่าแก๊สไฮเดรตในตะกอนมักจะเกินก๊าซฟรี กราฟถูกดัดแปลงหลัง NOAA

มีเทนไฮเดรตคืออะไร

มีเทนไฮเดรตเป็นของแข็งผลึกซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลของมีเธนล้อมรอบด้วยกรงของโมเลกุลน้ำที่เชื่อมต่อกัน (ดูภาพที่ด้านบนของหน้านี้) มีเทนไฮเดรตเป็น "น้ำแข็ง" ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในคราบใต้ผิวดินที่อุณหภูมิและความดันเป็นที่น่าพอใจสำหรับการก่อตัวของมัน เงื่อนไขเหล่านี้แสดงไว้ในแผนภาพด้านบนของหน้านี้

หากน้ำแข็งถูกลบออกจากสภาพแวดล้อมอุณหภูมิ / ความดันนี้จะไม่เสถียร ด้วยเหตุนี้การสะสมของมีเทนไฮเดรตจึงเป็นเรื่องยาก พวกเขาไม่สามารถเจาะและคว้านเพื่อการศึกษาเช่นเดียวกับวัสดุใต้ผิวดินอื่น ๆ เพราะเมื่อพวกเขาถูกนำไปที่พื้นผิวความดันจะลดลงและอุณหภูมิจะสูงขึ้น สิ่งนี้ทำให้น้ำแข็งละลายและมีเธนหนีไป

ชื่ออื่น ๆ มักใช้สำหรับมีเทนไฮเดรต เหล่านี้รวมถึง: มีเทน clathrate, hydromethane, มีเทนน้ำแข็ง, ไฟน้ำแข็ง, ก๊าซธรรมชาติมือไม่ถึงและก๊าซมือไม่ถึง เงินฝากมีเทนไฮเดรตส่วนใหญ่จะมีสารประกอบไฮโดรคาร์บอนอื่นจำนวนเล็กน้อย เหล่านี้รวมถึงโพรเพนไฮเดรตและอีเทนไฮเดรต

แผนที่มีเทนไฮเดรต: แผนที่นี้เป็นรุ่นทั่วไปของสถานที่ใน USGS global inventory ของฐานข้อมูลการเกิดก๊าซธรรมชาติ hydrate

แผนที่แก๊สไฮเดรต: หนึ่งในแหล่งสะสมก๊าซไฮเดรตที่มีการศึกษาอย่างกว้างขวางมากที่สุดคือเบลกริดจ์นอกชายฝั่งนอร์ ธ แคโรไลน่าและเซาท์แคโรไลนา ความท้าทายในการผลิตก๊าซมีเทนจากแหล่งสะสมนี้คือดินเหนียวที่มีปริมาณสูงและความเข้มข้นของมีเธนต่ำ แผนที่นี้เป็นตัวอย่างของระยะทางใกล้เคียงของเงินฝากที่วางขายในตลาดก๊าซธรรมชาติที่มีศักยภาพ ภาพโดย NOAA

USGS แก๊สไฮเดรต Lab: วิดีโอนี้จะนำคุณไปเยี่ยมชม USGS Gas Hydrates Lab ที่นักวิจัยทำการทดลองกับตัวอย่างของก๊าซ hydrates ที่รวบรวมจากพื้นที่ขั้วโลกและไหล่ทวีป พวกเขายังสร้างก๊าซสังเคราะห์ไฮเดรตและทำการทดลองเพื่อตรวจสอบคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพของพวกเขา

เงินฝากมีเทนไฮเดรตอยู่ที่ไหน

สภาพแวดล้อมของโลกทั้งสี่มีอุณหภูมิและความดันที่เหมาะสมสำหรับการก่อตัวและความเสถียรของมีเทนไฮเดรต 1) ตะกอนและหินตะกอนใต้อาร์กติกเพอร์มาฟรอสต์ 2) การสะสมตะกอนตามขอบทวีป 3) ตะกอนน้ำลึกของทะเลสาบและทะเลในประเทศ และ 4) ภายใต้น้ำแข็งแอนตาร์คติค . ยกเว้นตะกอนของแอนตาร์คติคการสะสมของมีเทนไฮเดรตนั้นไม่ลึกใต้ผิวโลกมากนัก ในสถานการณ์ส่วนใหญ่มีเทนไฮเดรตอยู่ภายในระยะไม่กี่ร้อยเมตรของพื้นผิวตะกอน

ฝากมีเทนมือไม่ถึงมีเทนรุ่น: แบบจำลองการฝากสำหรับการสะสมของมีเทนไฮเดรตที่ขอบทวีปและภายใต้ permafrost

ในสภาพแวดล้อมเหล่านี้มีเธนไฮเดรตเกิดขึ้นในตะกอนเมื่อชั้น, ปม, และการฝังกลบตามขอบเกรน เงินฝากมีความหนาแน่นสูงและคงอยู่ในแนวขวางจนสร้างชั้นที่ผ่านไม่ได้ซึ่งจับกับก๊าซธรรมชาติที่เคลื่อนขึ้นจากด้านล่าง

ในปี 2008 การสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกาประมาณการว่าแหล่งข้อมูลไฮเดรตของแก๊สไฮเดรตที่ยังไม่ได้เปิดทั้งหมดสำหรับพื้นที่ลาดทางตอนเหนือของอลาสกา พวกเขาประมาณว่าทรัพยากรก๊าซธรรมชาติที่ยังไม่ได้เปิดทั้งหมดในรูปของแก๊สไฮเดรตอยู่ในช่วง 25.2 ถึง 157.8 ล้านล้านลูกบาศก์ฟุต เนื่องจากมีการขุดเจาะบ่อน้ำเพียงไม่กี่บ่อผ่านการสะสมก๊าซไฮเดรตการประมาณการจึงมีความไม่แน่นอนสูงมาก

USGS แก๊สไฮเดรต Lab: วิดีโอนี้จะนำคุณไปเยี่ยมชม USGS Gas Hydrates Lab ที่นักวิจัยทำการทดลองกับตัวอย่างของก๊าซ hydrates ที่รวบรวมจากพื้นที่ขั้วโลกและไหล่ทวีป พวกเขายังสร้างก๊าซสังเคราะห์ไฮเดรตและทำการทดลองเพื่อตรวจสอบคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพของพวกเขา

แก๊สไฮเดรตได้ดี: Ignik Sikumi # 1 แก๊สให้ความชุ่มชื่นใน Alaska North Slope การประเมินทรัพยากร US Hyd Gas Hydrate ระบุว่า North Slope มีแหล่งก๊าซ Hydrate มากมายที่ติดอยู่ใต้ permafrost กระทรวงพลังงาน

Ignik Sikumi: วิดีโอนี้จะนำคุณไปเยี่ยมชมการทดลองใช้ก๊าซไฮเดรชั่นของ Ignik Sikumi บ่อบน Alaskas North Slope ที่ผลิตก๊าซธรรมชาติจากก๊าซไฮเดรตใต้ permafrost ความสำเร็จที่เกิดขึ้นที่นี่คือการปลดปล่อยก๊าซมีเทนด้วยการแทนที่ด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยไม่ละลายแก๊สไฮเดรต

มีเทนไฮเดรตผลิตที่ไหนวันนี้

จนถึงปัจจุบันยังไม่มีการผลิตก๊าซมีเทนเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่จากการสะสมก๊าซไฮเดรต การผลิตทั้งหมดไม่ว่าจะเป็นขนาดเล็กหรือทดลอง

ในต้นปี 2555 โครงการความร่วมมือระหว่างสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่นผลิตก๊าซมีเธนไหลอย่างต่อเนื่องโดยการฉีดคาร์บอนไดออกไซด์เข้าสู่การสะสมมีเทนไฮเดรต คาร์บอนไดออกไซด์แทนที่มีเธนในโครงสร้างไฮเดรตและปลดปล่อยมีเธนให้ไหลไปยังพื้นผิว การทดสอบนี้มีความสำคัญเนื่องจากอนุญาตให้ผลิตก๊าซมีเทนโดยไม่มีความเสถียรที่เกี่ยวข้องกับการละลายแก๊สไฮเดรต

มีเทนไฮเดรตที่เป็นไปได้มากที่สุดสำหรับการพัฒนาครั้งแรกจะมีลักษณะดังต่อไปนี้: 1) ไฮเดรตเข้มข้นสูง 2) หินอ่างเก็บน้ำที่มีการซึมผ่านสูง และ 3) สถานที่ที่มีโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่ การฝากเงินที่มีคุณสมบัติเหล่านี้น่าจะอยู่ที่ Alaska North Slope หรือในรัสเซียตอนเหนือ

Ignik Sikumi: วิดีโอนี้จะนำคุณไปเยี่ยมชมการทดลองใช้ก๊าซไฮเดรชั่นของ Ignik Sikumi บ่อบน Alaskas North Slope ที่ผลิตก๊าซธรรมชาติจากก๊าซไฮเดรตใต้ permafrost ความสำเร็จที่เกิดขึ้นที่นี่คือการปลดปล่อยก๊าซมีเทนด้วยการแทนที่ด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยไม่ละลายแก๊สไฮเดรต

แก๊สไฮเดรตละลาย: เมื่อบ่อน้ำมันถูกเจาะผ่านตะกอนที่มีแบตเตอรีจะทำให้อุณหภูมิที่อบอุ่นของน้ำมันเคลื่อนตัวผ่านเขตไฮเดรตแช่แข็งอาจทำให้เกิดการหลอมละลาย ซึ่งอาจทำให้เกิดความล้มเหลวได้ดี ท่ออุ่นที่วิ่งผ่านก้อนหินที่จับตัวเป็นน้ำแข็งก็เป็นอันตรายเช่นกัน รูปภาพ USGS

มีเทนไฮเดรตอันตราย

มีเทนไฮเดรตเป็นตะกอนที่ละเอียดอ่อน พวกเขาสามารถแยกตัวออกจากกันอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นหรือลดลงของความดัน ความร้าวฉานนี้ผลิตก๊าซมีเทนและน้ำฟรี การเปลี่ยนจากตะกอนที่เป็นของแข็งเป็นของเหลวและก๊าซจะทำให้สูญเสียการสนับสนุนและกำลังรับแรงเฉือน สิ่งเหล่านี้อาจทำให้เรือดำน้ำถล่มดินถล่มหรือการทรุดตัวของเรือดำน้ำที่อาจสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์การผลิตและท่อส่งก๊าซ

มีเทนเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีประสิทธิภาพ อุณหภูมิที่อุ่นขึ้นของอาร์กติกอาจส่งผลให้เกิดการละลายของก๊าซไฮเดรตที่ต่ำกว่า permafrost มหาสมุทรที่ร้อนขึ้นอาจทำให้เกิดการละลายของแก๊สไฮเดรทใกล้ ๆ กับตะกอนดินและน้ำ แม้ว่ารายงานข่าวจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าเป็นภัยพิบัติที่อาจเกิดขึ้น แต่งานวิจัย USGS ระบุว่าขณะนี้ก๊าซไฮเดรตมีส่วนทำให้เกิดก๊าซมีเทนในชั้นบรรยากาศทั้งหมดและการละลายของสารไฮเดรตที่ไม่เสถียรนั้นเป็นไปได้ยาก

ศักยภาพมหาศาล

แม้ว่าการสะสมของมีเทนไฮเดรตจะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ยากลำบากและมีความท้าทายทางเทคนิคมากมาย แต่ก็มีการกระจายอย่างกว้างขวางและเป็นแหล่งที่มาของไฮโดรคาร์บอนที่ใหญ่ที่สุดในโลก สามารถพัฒนาเทคโนโลยีที่หลากหลายเพื่อผลิตโดยใช้การลดความดันการแลกเปลี่ยนไอออนและกระบวนการอื่น ๆ ที่ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์ สหรัฐอเมริกาแคนาดาญี่ปุ่นและอินเดียต่างก็มีโครงการวิจัยที่มีพลังซึ่งทำงานเพื่อค้นหาเทคโนโลยีที่เป็นไปได้สำหรับการผลิตก๊าซไฮเดรต มีเทนไฮเดรตน่าจะมีบทบาทสำคัญในการผสมผสานพลังงานในอนาคตของเรา