Contenuto
- La prossima energia "Game Changer"?
- Che cos'è l'idrato di metano?
- Dove sono i depositi di idrato di metano?
- Dove viene prodotto oggi idrato di metano?
- Rischi idrati di metano
- Enorme potenziale
Metano idrato: Sulla sinistra c'è un modello a sfera di metano idrato che mostra la molecola di metano centrale circondata da una "gabbia" di molecole d'acqua. Altre molecole di idrocarburi come pentano ed etano possono occupare la posizione centrale in questa struttura. (Immagine del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti). Sulla destra c'è un campione in fiamme di metano idrato di ghiaccio (immagine del Geological Survey degli Stati Uniti).
Metano idrato "cemento" in conglomerato ?: Questa foto mostra un campione centrale della zona di idrato di metano nel pozzo di prova Mallik. Questo pozzo penetra nei depositi di permafrost nell'area del Delta del fiume Mackenzie Canadas. Questa parte del nucleo mostra ghiaie cementate in un "conglomerato" da metano idrato di ghiaccio. Clicca per ingrandire l'immagine.
La prossima energia "Game Changer"?
Mentre il gas naturale proveniente dallo scisto diventa un "punto di svolta" per l'energia globale, i ricercatori di petrolio e gas stanno lavorando per sviluppare nuove tecnologie per produrre gas naturale dai depositi di metano idrato. Questa ricerca è importante perché si ritiene che i depositi di idrato di metano costituiscano una risorsa idrocarburica maggiore di tutte le risorse di petrolio, gas naturale e carbone del mondo messe insieme. Se questi depositi possono essere sviluppati in modo efficiente ed economico, l'idrato di metano potrebbe diventare il prossimo cambio di energia.
Enormi quantità di metano idrato sono state trovate sotto il permafrost artico, sotto il ghiaccio antartico e nei depositi sedimentari lungo i margini continentali di tutto il mondo. In alcune parti del mondo sono molto più vicini alle aree ad alta popolazione rispetto a qualsiasi giacimento di gas naturale. Questi depositi vicini potrebbero consentire ai paesi che attualmente importano gas naturale di diventare autosufficienti. La sfida attuale è inventare questa risorsa e trovare modi sicuri ed economici per svilupparla.
Diagramma di stabilità dell'idrato di metano: Questo diagramma di fase mostra la profondità dell'acqua (pressione) sull'asse verticale e la temperatura sull'asse orizzontale. Le linee tratteggiate separano i campi di stabilità di acqua, ghiaccio d'acqua, gas e gas idrato. La linea etichettata "transizione da idrato a gas" è significativa. Al di sotto di questa linea si verificano condizioni per la formazione di idrato di metano.Al di sopra di questa linea non si formerà idrato di metano. La linea rossa traccia un geotermia (il cambiamento di temperatura con la profondità in una posizione specifica). Nota come, con l'aumentare della profondità, il geotermia attraversa la linea di transizione idrato-gas. Ciò significa che il gas idrato nei sedimenti di solito sovrasta il gas libero. Grafico modificato dopo NOAA.
Che cos'è l'idrato di metano?
Il metano idrato è un solido cristallino costituito da una molecola di metano circondata da una gabbia di molecole d'acqua ad incastro (vedi immagine nella parte superiore di questa pagina). Il metano idrato è un "ghiaccio" che si presenta naturalmente solo nei depositi sotterranei dove le condizioni di temperatura e pressione sono favorevoli alla sua formazione. Queste condizioni sono illustrate nel diagramma delle fasi in questa pagina.
Se il ghiaccio viene rimosso da questo ambiente di temperatura / pressione, diventa instabile. Per questo motivo i depositi di metano idrato sono difficili da studiare. Non possono essere perforati e carotati per lo studio come altri materiali del sottosuolo perché quando vengono portati in superficie, la pressione viene ridotta e la temperatura aumenta. Ciò provoca la fusione del ghiaccio e la fuga del metano.
Diversi altri nomi sono comunemente usati per idrato di metano. Questi includono: metano clato, idrometano, ghiaccio metano, ghiaccio antincendio, idrato di gas naturale e idrato di gas. La maggior parte dei depositi di idrato di metano contengono anche piccole quantità di altri idrati di idrocarburi. Questi includono propano idrato e etano idrato.
Mappa dell'idrato di metano: Questa mappa è una versione generalizzata delle posizioni nell'inventario globale USGS del database degli eventi relativi all'idrato di gas naturale.
Mappa dell'idrato di gas: Uno dei depositi di idrato di gas più ampiamente studiati è Blake Ridge, nell'offshore della Carolina del Nord e della Carolina del Sud. Le sfide della produzione di metano da questo deposito sono l'elevato contenuto di argilla e la bassa concentrazione di metano. Questa mappa è un esempio della vicinanza dei depositi di margine continentale ai potenziali mercati del gas naturale. Immagine di NOAA.
Laboratorio di idrati di gas USGS: Questo video ti porta in visita al USGS Gas Hydrates Lab dove i ricercatori conducono esperimenti su campioni di idrati di gas raccolti dalle aree dei margini polari e continentali. Creano anche idrati di gas sintetico e conducono esperimenti per determinare le loro proprietà chimiche e fisiche.
Dove sono i depositi di idrato di metano?
Quattro ambienti terrestri hanno le condizioni di temperatura e pressione adatte alla formazione e stabilità dell'idrato di metano. Questi sono: 1) sedimenti e unità di roccia sedimentaria al di sotto del permafrost artico; 2) depositi sedimentari lungo i margini continentali; 3) sedimenti di acque profonde di laghi e mari interni; e, 4) sotto il ghiaccio antartico. . Ad eccezione dei depositi antartici, gli accumuli di idrato di metano non sono molto profondi sotto la superficie terrestre. Nella maggior parte dei casi, l'idrato di metano si trova a poche centinaia di metri dalla superficie del sedimento.
Modelli di deposito di idrato di metano: Modelli di deposito per depositi di idrato di metano ai margini continentali e sotto il permafrost.
In questi ambienti il metano idrato si presenta nei sedimenti sotto forma di strati, noduli e cementi intergranulari. I depositi sono spesso così densi e lateralmente persistenti da creare uno strato impermeabile che intrappola il gas naturale che si sposta verso l'alto dal basso.
Nel 2008, il United States Geological Survey ha stimato la risorsa di idrato di gas totale non ancora scoperta per l'area del versante nord dell'Alaska. Stimano che la risorsa totale di gas naturale non ancora scoperta sotto forma di idrato di gas varia tra 25,2 e 157,8 trilioni di piedi cubi. Poiché pochissimi pozzi sono stati perforati attraverso l'accumulo di idrati di gas, le stime hanno un livello molto elevato di incertezza.
Laboratorio di idrati di gas USGS: Questo video ti porta in visita al USGS Gas Hydrates Lab dove i ricercatori conducono esperimenti su campioni di idrati di gas raccolti dalle aree dei margini polari e continentali. Creano anche idrati di gas sintetico e conducono esperimenti per determinare le loro proprietà chimiche e fisiche.
Gas idrata bene: Il gas Ignik Sikumi n. 1 si idrata bene sul versante nord dell'Alaska. Una valutazione delle risorse di idrato di gas USGS ha determinato che il versante nord ha una vasta risorsa di idrato di gas intrappolata sotto il permafrost. Foto del Dipartimento dell'Energia.
Ignik Sikumi: Questo video ti porta in visita alla prova sul campo dell'idrato gassoso Ignik Sikumi, un pozzo sull'Alaska North Slope che ha prodotto gas naturale da idrati di gas al di sotto del permafrost. Il risultato fatto qui è stato quello di liberare il metano sostituendolo con l'anidride carbonica - senza sciogliere il gas idrato.
Dove viene prodotto oggi idrato di metano?
Fino ad oggi non vi è stata produzione di metano commerciale su larga scala da depositi di gas idrato. Tutta la produzione è stata su piccola scala o sperimentale.
All'inizio del 2012, un progetto congiunto tra Stati Uniti e Giappone ha prodotto un flusso costante di metano iniettando biossido di carbonio nell'accumulo di idrato di metano. L'anidride carbonica ha sostituito il metano nella struttura idrata e ha liberato il metano per fluire in superficie. Questo test è stato significativo perché ha permesso la produzione di metano senza le instabilità associate a un gas di fusione idrato.
I depositi di metano idrato più probabili da selezionare per il primo sviluppo avranno le seguenti caratteristiche: 1) alte concentrazioni di idrato; 2) rocce di serbatoio ad alta permeabilità; e, 3) ubicazioni in cui esiste un'infrastruttura esistente. I depositi che soddisfano queste caratteristiche saranno probabilmente situati sul versante nord dell'Alaska o nella Russia settentrionale.
Ignik Sikumi: Questo video ti porta in visita alla prova sul campo dell'idrato gassoso Ignik Sikumi, un pozzo sull'Alaska North Slope che ha prodotto gas naturale da idrati di gas al di sotto del permafrost. Il risultato fatto qui è stato quello di liberare il metano sostituendolo con l'anidride carbonica - senza sciogliere il gas idrato.
Fusione dell'idrato di gas: Quando i pozzi di petrolio vengono perforati attraverso sedimenti contenenti idrati, la temperatura calda dell'olio che sale attraverso la zona di idrato congelata può causare la fusione. Ciò può comportare un fallimento. Anche le condutture calde che scorrono su affioramenti di idrati congelati rappresentano un pericolo. Immagine USGS.
Rischi idrati di metano
Gli idrati di metano sono sedimenti sensibili. Possono dissociarsi rapidamente con un aumento della temperatura o una diminuzione della pressione. Questa dissociazione produce metano e acqua gratuiti. La conversione di un sedimento solido in liquidi e gas creerà una perdita di supporto e resistenza al taglio. Questi possono causare cedimenti sottomarini, frane o cedimenti che possono danneggiare le apparecchiature di produzione e le condutture.
Il metano è un potente gas serra. Temperature artiche più calde potrebbero provocare una fusione graduale di idrati di gas al di sotto del permafrost. Il riscaldamento degli oceani potrebbe causare una graduale fusione degli idrati di gas vicino all'interfaccia sedimento-acqua. Sebbene molte notizie abbiano presentato questo come una potenziale catastrofe, la ricerca USGS ha determinato che gli idrati di gas stanno attualmente contribuendo al metano atmosferico totale e che è improbabile che una fusione catastrofica di depositi di idrati instabili invii grandi quantità di metano nell'atmosfera.
Enorme potenziale
Sebbene gli accumuli di idrato di metano si trovino in ambienti difficili e presentino numerose sfide tecniche, sono ampiamente distribuiti e la più grande fonte di idrocarburi sulla Terra. Una varietà di tecnologie potrebbe essere sviluppata per produrle utilizzando la riduzione della pressione, lo scambio ionico e altri processi che sfruttano le loro proprietà chimiche e fisiche uniche. Gli Stati Uniti, il Canada, il Giappone e l'India hanno tutti vigorosi programmi di ricerca che lavorano per scoprire tecnologie praticabili per la produzione di idrati di gas. L'idrato di metano avrà probabilmente un ruolo importante nel nostro futuro mix energetico.