Content
- El següent "Game Changer" d'energia?
- Què és l’hidrat de metà?
- On són els dipòsits d’hidrat de metà?
- On es produeix l’hidrat de metà avui?
- Riscos d’hidrat de metà
- Enorme potencial
Hidrat de metà: A l’esquerra hi ha un model de bola i pal d’hidrat de metà que mostra la molècula central de metà envoltada d’una “gàbia” de molècules d’aigua. Altres molècules d’hidrocarburs com el pentà i l’etan poden ocupar la posició central d’aquesta estructura. (Imatge del Departament d’Energia dels Estats Units). A la dreta hi ha un exemplar ardent de gel d’hidrat de metà (imatge de l’enquesta geològica dels Estats Units).
Hidrat de metà "ciment" en conglomerat ?: Aquesta foto mostra una mostra bàsica de la zona d’hidrat de metà al pou de prova de Mallik. Aquest pou penetra en els dipòsits de permafrost a la zona del delta del riu Canadas Mackenzie. Aquesta part del nucli mostra graves cementades en un "conglomerat" mitjançant gel d'hidrat de metà. Feu clic per ampliar la imatge.
El següent "Game Changer" d'energia?
A mesura que el gas natural del xisto es converteix en un canvi global de l'energia ", els investigadors de petroli i gas estan treballant per desenvolupar noves tecnologies per produir gas natural a partir de dipòsits d'hidrat de metà. Aquesta investigació és important perquè es creu que els dipòsits d’hidrat de metà són un recurs d’hidrocarburs més gran que tots els recursos mundials de petroli, gas natural i carbó combinat. Si aquests dipòsits es poden desenvolupar de manera eficient i econòmica, l’hidrat de metà podria convertir-se en el pròxim canviador de jocs d’energia.
S'han trobat enormes quantitats d'hidrat de metà a sota del permafrost àrtic, sota el gel de l'Antàrtida, i en dipòsits sedimentaris al llarg dels marges continentals a tot el món. En algunes parts del món es troben molt més a prop de zones d’alta població que qualsevol camp de gas natural. Aquests dipòsits propers podrien permetre als països que actualment importen gas natural autosuficient. El repte actual és inventar aquest recurs i trobar formes econòmiques segures i econòmiques per desenvolupar-lo.
Gràfic d’estabilitat de l’hidrat de metà: Aquest diagrama de fase mostra la profunditat (pressió) de l'aigua a l'eix vertical i la temperatura en l'eix horitzontal. Les línies guionades separen camps d’estabilitat d’aigua, gel d’aigua, gas i hidrat de gas. La línia etiquetada "hidrat a transició de gas" és significativa. Les condicions per a la formació de l’hidrat de metà es donen per sota d’aquesta línia.Per sobre d’aquesta línia no es formarà l’hidrat de metà. La línia vermella traça una geotèrmia (el canvi de temperatura amb profunditat en un lloc concret). Observeu com, a mesura que augmenta la profunditat, la geotèrmia creua la línia de transició d’hidrat a gas. Això significa que el gas hidratat en els sediments sol sobreposar-se al gas lliure. Gràfic modificat després de NOAA.
Què és l’hidrat de metà?
L’hidrat de metà és un sòlid cristal·lí que consisteix en una molècula de metà envoltada d’una gàbia de molècules d’aigua entrellaçades (vegeu la imatge a la part superior d’aquesta pàgina). L’hidrat de metà és un “gel” que només es produeix de forma natural en dipòsits subterranis on les condicions de temperatura i pressió són favorables per a la seva formació. Aquestes condicions s'il·lustren al diagrama de fases d'aquesta pàgina.
Si s’elimina el gel d’aquest entorn de temperatura / pressió, es torna inestable. Per aquesta raó, els dipòsits d’hidrat de metà són difícils d’estudiar. No es poden treure i perforar per estudiar com altres materials del subsuperficient, ja que a mesura que es treuen a la superfície, la pressió es redueix i la temperatura puja. Això fa que el gel es fongui i el metà s’escapi.
S'utilitzen diversos noms per a l'hidrat de metà. Aquests inclouen: clatrat de metà, hidrometano, gel de metà, gel de foc, hidrat de gas natural i hidrat de gas. La majoria dels dipòsits d’hidrat de metà també contenen petites quantitats d’altres hidrats de carboni. Aquests inclouen l’hidrat de propà i l’hidrat d’etan.
Mapa d’hidrat de metà: Aquest mapa és una versió generalitzada de les ubicacions de l’inventari global de la base de dades d’ocurrències d’hidrats de gas natural dels USGS.
Mapa d'hidrat de gas: Un dels dipòsits d’hidrats de gas més estudiats és Blake Ridge, a la costa nord de Carolina del Nord i Carolina del Sud. Els reptes de produir metà a partir d’aquest dipòsit són l’alt contingut en argila i la baixa concentració de metà. Aquest mapa és un exemple de la proximitat dels dipòsits de marge continental als potencials mercats de gas natural. Imatge de NOAA.
Laboratori d’hidrats de gas USGS: Aquest vídeo us porta en una visita al USGS Gas Hydrates Lab on els investigadors realitzen experiments sobre mostres d’hidrats de gas recollits d’àrees de marge polar i continental. També creen hidrats de gas sintètics i fan experiments per determinar les seves propietats químiques i físiques.
On són els dipòsits d’hidrat de metà?
Quatre ambients terrestres tenen les condicions de temperatura i pressió adequades per a la formació i l’estabilitat de l’hidrat de metà. Es tracta de: 1) sediments i unitats de roques sedimentàries per sota del permafrost àrtic; 2) dipòsits sedimentaris al llarg dels marges continentals; 3) sediments en aigües profundes de llacs i mars interiors; i, 4) sota el gel de l'Antàrtida. . A excepció dels dipòsits de l’Antàrtida, les acumulacions d’hidrats de metà no són gaire profundes per sota de la superfície terrestre. En la majoria de les situacions, l’hidrat de metà es troba a uns centenars de metres de la superfície dels sediments.
Models de dipòsit d’hidrat de metà: Models de dipòsit per a dipòsits d’hidrat de metà en marges continentals i sota permafrost.
En aquests ambients, l’hidrat de metà es produeix al sediment com a capes, nòduls i ciments intergranulars. Els dipòsits solen ser tan densos i lateralment persistents que creen una capa impermeable que atrapa el gas natural que es mou cap amunt des de baix.
El 2008, l'Enquesta Geològica dels Estats Units va estimar el recurs total no descobert d'hidrat de gas per a la zona de la vessant nord d'Alaska. Estimen que el recurs total de gas natural no descobert en forma d’hidrat de gas oscil·la entre els 25,2 i els 157,8 bilions de peus cúbics. Com que s’han acumulat pocs pous a través de les acumulacions d’hidrats de gas, les estimacions tenen un nivell d’incertesa molt alt.
Laboratori d’hidrats de gas USGS: Aquest vídeo us porta en una visita al USGS Gas Hydrates Lab on els investigadors realitzen experiments sobre mostres d’hidrats de gas recollits d’àrees de marge polar i continental. També creen hidrats de gas sintètics i fan experiments per determinar les seves propietats químiques i físiques.
Ben hidratat per gas: El gas número 1 d’Ignik Sikumi s’hidrata a la vessant nord d’Alaska. Una avaluació dels recursos d'hidrat de gas USGS va determinar que la vessant nord té un recurs extens d'hidrat de gas atrapat per sota del permafrost. Foto del Departament d’Energia.
Ignik Sikumi: Aquest vídeo us porta en una visita al camp d’hidrat de gas d’Ignik Sikumi, un pou de la vessant nord d’Alaska que produïa gas natural a partir d’hidrats de gas per sota de permafrost. La realització que es va fer aquí va ser alliberar el metà substituint-lo per diòxid de carboni, sense fondre l’hidrat de gas.
On es produeix l’hidrat de metà avui?
Fins a la data, no hi ha hagut producció comercial de metà a gran escala a partir de dipòsits d’hidrat de gas. Tota la producció ha estat a petita escala o bé a nivell experimental.
A principis del 2012, un projecte conjunt entre els Estats Units i el Japó va produir un flux constant de metà mitjançant la injecció de diòxid de carboni a l’acumulació d’hidrat de metà. El diòxid de carboni va substituir el metà a l’estructura d’hidrat i va alliberar el metà per fluir a la superfície. Aquesta prova va ser significativa perquè va permetre la producció de metà sense la inestabilitat associada a un hidrat de gas en fusió.
Els dipòsits d’hidrat de metà més probables a ser seleccionats per al primer desenvolupament tindran les característiques següents: 1) altes concentracions d’hidrat; 2) roques d’embassament amb alta permeabilitat; i, 3) ubicacions on hi ha una infraestructura existent. Probablement els dipòsits que compleixin aquestes característiques es trobaran a la vessant nord d'Alaska o al nord de Rússia.
Ignik Sikumi: Aquest vídeo us porta en una visita al camp d’hidrat de gas d’Ignik Sikumi, un pou de la vessant nord d’Alaska que produïa gas natural a partir d’hidrats de gas per sota de permafrost. La realització que es va fer aquí va ser alliberar el metà substituint-lo per diòxid de carboni, sense fondre l’hidrat de gas.
Fusió de l’hidrat de gas: Quan els pous de petroli són perforats a través de sediments portadors d’hidrats, la temperatura càlida de l’oli que es desplaça per la zona d’hidrat congelat pot provocar la fusió. Això pot produir un fracàs bé. També és perillós les canalitzacions càlides sobre els afloraments d’hidrats congelats. Imatge USGS
Riscos d’hidrat de metà
Els hidrats de metà són sediments sensibles. Es poden dissociar ràpidament amb un augment de la temperatura o una disminució de la pressió. Aquesta dissociació produeix metà i aigua lliures. La conversió d’un sediment sòlid en líquids i gasos generarà una pèrdua de suport i resistència a la cisalla. Aquests poden causar caigudes submarines, esllavissades de terra o subsidència que poden danyar equips de producció i canonades.
El metà és un poderós hivernacle. Les temperatures més càlides de l’Àrtic poden produir una fusió gradual dels hidrats de gas per sota del permafrost. L’escalfament dels oceans podria provocar una fusió gradual dels hidrats de gas a prop de la interfície sediment-aigua. Tot i que molts reportatges han presentat això com una catàstrofe potencial, la investigació USGS ha determinat que els hidrats de gasos actualment contribueixen al metà atmosfèric total i que és probable que una fusió catastròfica de dipòsits d’hidrats inestables pugui enviar grans quantitats de metà a l’atmosfera.
Enorme potencial
Tot i que les acumulacions d’hidrat de metà se situen en entorns difícils i presenten nombrosos desafiaments tècnics, es troben àmpliament distribuïdes i la major font d’hidrocarburs de la Terra. Es podria desenvolupar una varietat de tecnologies per produir-les mitjançant reducció de pressió, intercanvi d’ions i altres processos que aprofiten les seves propietats físiques i químiques úniques. Els Estats Units, el Canadà, el Japó i l’Índia tenen tots programes de recerca vigorosos que treballen per descobrir tecnologies viables per produir hidrats de gas. L’hidrat de metà jugarà probablement un paper important en la nostra futura barreja energètica.