น้ำมันและก๊าซ

มีเทนไฮเดรต



แหล่งก๊าซธรรมชาติที่ใหญ่ที่สุดในโลกติดอยู่ใต้ permafrost และตะกอนทะเล


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

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

พลังงานต่อไป "Game Changer"?

เมื่อก๊าซธรรมชาติจากชั้นหินกลายเป็นพลังงานระดับโลก "นักเปลี่ยนเกม" นักวิจัยด้านน้ำมันและก๊าซกำลังทำงานเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีใหม่เพื่อผลิตก๊าซธรรมชาติจากมีเทนไฮเดรต การวิจัยครั้งนี้มีความสำคัญเนื่องจากมีเทนไฮเดรตฝากเชื่อว่าเป็นแหล่งไฮโดรคาร์บอนขนาดใหญ่กว่าแหล่งน้ำมันก๊าซธรรมชาติและถ่านหินของโลกทั้งหมดรวมกัน 1 หากสิ่งเหล่านี้สามารถพัฒนาได้อย่างมีประสิทธิภาพและประหยัด, มีเทนไฮเดรตจะกลายเป็นเกมเปลี่ยนพลังงานคนต่อไป

พบมีเทนไฮเดรตจำนวนมหาศาลอยู่ใต้อาร์กติกเพอร์มาฟรอสต์ใต้น้ำแข็งแอนตาร์คติคและในตะกอนที่สะสมอยู่ตามขอบทวีปทั่วโลก ในบางส่วนของโลกพวกเขาอยู่ใกล้กับพื้นที่ที่มีประชากรสูงกว่าแหล่งก๊าซธรรมชาติ เงินฝากที่อยู่ใกล้เคียงเหล่านี้อาจทำให้ประเทศที่นำเข้าก๊าซธรรมชาติสามารถพึ่งพาตนเองได้ ความท้าทายในปัจจุบันคือการทำรายการทรัพยากรนี้และหาวิธีที่ปลอดภัยประหยัดในการพัฒนา

แผนภูมิความเสถียรของมีเทนไฮเดรต: แผนภาพเฟสนี้แสดงความลึกของน้ำ (ความดัน) บนแกนตั้งและอุณหภูมิบนแกนนอน เส้นประแยกทุ่งนาที่มีเสถียรภาพของน้ำ, น้ำแข็งในน้ำ, ก๊าซและแก๊สไฮเดรต บรรทัดที่ระบุว่า "ไฮเดรตกับการเปลี่ยนถ่ายก๊าซ" มีความสำคัญ เงื่อนไขสำหรับการก่อตัวของมีเทนไฮเดรตเกิดขึ้นใต้บรรทัดนี้ เหนือเส้นนี้มีเทนไฮเดรตจะไม่ก่อตัว เส้นสีแดงติดตามความร้อนใต้พิภพ (การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิด้วยความลึกที่ตำแหน่งเฉพาะ) โปรดสังเกตว่าเมื่อความลึกเพิ่มขึ้น geotherm จะข้ามไฮเดรตไปยังบรรทัดการเปลี่ยนผ่านของก๊าซ ซึ่งหมายความว่าแก๊สไฮเดรตในตะกอนมักจะเกินก๊าซฟรี กราฟถูกดัดแปลงหลัง NOAA 4

มีเทนไฮเดรตคืออะไร

มีเทนไฮเดรตเป็นของแข็งผลึกซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลของมีเธนล้อมรอบด้วยกรงของโมเลกุลน้ำที่เชื่อมต่อกัน (ดูภาพที่ด้านบนของหน้านี้) มีเทนไฮเดรตเป็น "น้ำแข็ง" ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในคราบใต้ผิวดินที่อุณหภูมิและความดันเป็นที่น่าพอใจสำหรับการก่อตัวของมัน เงื่อนไขเหล่านี้แสดงไว้ในแผนภาพด้านบนของหน้านี้

หากน้ำแข็งถูกลบออกจากสภาพแวดล้อมอุณหภูมิ / ความดันนี้จะไม่เสถียร ด้วยเหตุนี้การสะสมของมีเทนไฮเดรตจึงเป็นเรื่องยากที่จะศึกษา พวกเขาไม่สามารถเจาะและคว้านเพื่อการศึกษาเช่นเดียวกับวัสดุใต้ผิวดินอื่น ๆ เพราะเมื่อพวกเขาถูกนำไปที่พื้นผิวความดันจะลดลงและอุณหภูมิจะสูงขึ้น สิ่งนี้ทำให้น้ำแข็งละลายและมีเธนหนีไป

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

แผนที่มีเทนไฮเดรต: แผนที่นี้เป็นรุ่นทั่วไปของสถานที่ใน USGS global inventory ของฐานข้อมูลการเกิดก๊าซธรรมชาติ hydrate 2

แผนที่แก๊สไฮเดรต: หนึ่งในแหล่งสะสมก๊าซไฮเดรตที่มีการศึกษาอย่างกว้างขวางมากที่สุดคือเบลกริดจ์นอกชายฝั่งนอร์ ธ แคโรไลน่าและเซาท์แคโรไลนา ความท้าทายในการผลิตก๊าซมีเทนจากแหล่งสะสมนี้คือดินเหนียวที่มีปริมาณสูงและความเข้มข้นของมีเธนต่ำ 3 แผนที่นี้เป็นตัวอย่างของความใกล้ชิดของเงินฝากที่วางขายในตลาดก๊าซธรรมชาติที่มีศักยภาพ ภาพโดย NOAA 4

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

เงินฝากมีเทนไฮเดรตอยู่ที่ไหน

สภาพแวดล้อมของโลกทั้งสี่มีอุณหภูมิและความดันที่เหมาะสมสำหรับการก่อตัวและความเสถียรของมีเทนไฮเดรต 1) ตะกอนและหินตะกอนใต้อาร์กติกเพอร์มาฟรอสต์ 2) การสะสมตะกอนตามขอบทวีป 3) ตะกอนน้ำลึกของทะเลสาบและทะเลในประเทศ และ 4) ใต้น้ำแข็งขั้วโลกใต้ 10. ยกเว้นการสะสมของแอนตาร์กติกการสะสมของมีเทนไฮเดรตนั้นไม่ลึกใต้ผิวโลกมากนัก ในสถานการณ์ส่วนใหญ่มีเทนไฮเดรตอยู่ภายในระยะไม่กี่ร้อยเมตรของพื้นผิวตะกอน

ฝากมีเทนมือไม่ถึงมีเทนรุ่น: แบบจำลองการฝากสำหรับการสะสมของมีเทนไฮเดรตที่ขอบทวีปและภายใต้ permafrost 7

ในสภาพแวดล้อมเหล่านี้มีเธนไฮเดรตเกิดขึ้นในตะกอนเมื่อชั้น, ปม, และการฝังกลบตามขอบเกรน เงินฝากมีความหนาแน่นสูงและคงอยู่ในแนวขวางจนสร้างชั้นที่ผ่านไม่ได้ซึ่งจับกับก๊าซธรรมชาติที่เคลื่อนขึ้นจากด้านล่าง

ในปี 2008 การสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกาประมาณการว่าแหล่งข้อมูลไฮเดรตของแก๊สไฮเดรตที่ยังไม่ได้เปิดทั้งหมดสำหรับพื้นที่ลาดทางตอนเหนือของอะแลสกา พวกเขาประมาณว่าทรัพยากรก๊าซธรรมชาติที่ยังไม่ได้เปิดทั้งหมดในรูปของแก๊สไฮเดรตอยู่ในช่วง 25.2 ถึง 157.8 ล้านล้านลูกบาศก์ฟุต เนื่องจากมีการขุดเจาะบ่อน้ำเพียงไม่กี่บ่อผ่านการสะสมก๊าซไฮเดรตการประมาณการจึงมีความไม่แน่นอนสูงมาก 5

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: วิดีโอนี้จะนำคุณไปเยี่ยมชมการทดลองใช้แก๊สไฮเดรตของ Ignik Sikumi ซึ่งเป็นบ่อเหนือเนินลาดของอะแลสกาที่ผลิตก๊าซธรรมชาติจากก๊าซไฮเดรตใต้ permafrost ความสำเร็จที่เกิดขึ้นที่นี่คือการปลดปล่อยก๊าซมีเทนด้วยการแทนที่ด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยไม่ละลายแก๊สไฮเดรต

มีเทนไฮเดรตผลิตที่ไหนวันนี้

จนถึงปัจจุบันยังไม่มีการผลิตก๊าซมีเทนเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่จากการสะสมก๊าซไฮเดรต การผลิตทั้งหมดไม่ว่าจะเป็นขนาดเล็กหรือทดลอง

ในต้นปี 2555 โครงการความร่วมมือระหว่างสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่นผลิตก๊าซมีเธนไหลอย่างต่อเนื่องโดยการฉีดคาร์บอนไดออกไซด์เข้าสู่การสะสมมีเทนไฮเดรต คาร์บอนไดออกไซด์แทนที่มีเธนในโครงสร้างไฮเดรตและปลดปล่อยมีเธนให้ไหลไปยังพื้นผิว การทดสอบนี้มีความสำคัญเนื่องจากอนุญาตให้ผลิตก๊าซมีเทนโดยไม่มีความเสถียรที่เกี่ยวข้องกับการละลายแก๊สไฮเดรต 6

มีเทนไฮเดรตที่เป็นไปได้มากที่สุดสำหรับการพัฒนาครั้งแรกจะมีลักษณะดังต่อไปนี้: 1) ไฮเดรตเข้มข้นสูง 2) หินอ่างเก็บน้ำที่มีการซึมผ่านสูง และ 3) สถานที่ที่มีโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่ 7 เงินฝากที่มีคุณสมบัติเหล่านี้น่าจะอยู่ที่ Alaska North Slope หรือในรัสเซียตอนเหนือ

Ignik Sikumi: วิดีโอนี้จะนำคุณไปเยี่ยมชมการทดลองใช้แก๊สไฮเดรตของ Ignik Sikumi ซึ่งเป็นบ่อเหนือเนินลาดของอะแลสกาที่ผลิตก๊าซธรรมชาติจากก๊าซไฮเดรตใต้ permafrost ความสำเร็จที่เกิดขึ้นที่นี่คือการปลดปล่อยก๊าซมีเทนด้วยการแทนที่ด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยไม่ละลายแก๊สไฮเดรต

แก๊สไฮเดรตละลาย: เมื่อบ่อน้ำมันถูกเจาะผ่านตะกอนที่มีแบตเตอรีจะทำให้อุณหภูมิที่อบอุ่นของน้ำมันเคลื่อนตัวผ่านเขตไฮเดรตแช่แข็งอาจทำให้เกิดการหลอมละลาย ซึ่งอาจทำให้เกิดความล้มเหลวได้ดี ท่ออุ่นที่วิ่งผ่านก้อนหินที่จับตัวเป็นน้ำแข็งก็เป็นอันตรายเช่นกัน 8 ภาพ USGS

มีเทนไฮเดรตอันตราย

มีเทนไฮเดรตเป็นตะกอนที่ละเอียดอ่อน พวกเขาสามารถแยกตัวออกจากกันอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นหรือลดลงของความดัน ความร้าวฉานนี้ผลิตก๊าซมีเทนและน้ำฟรี การเปลี่ยนจากตะกอนที่เป็นของแข็งเป็นของเหลวและก๊าซจะทำให้สูญเสียการสนับสนุนและกำลังรับแรงเฉือน สิ่งเหล่านี้อาจทำให้เรือดำน้ำถล่มดินถล่มหรือการทรุดตัวของเรือดำน้ำที่อาจสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์การผลิตและท่อส่งก๊าซ 7

มีเทนเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีประสิทธิภาพ อุณหภูมิที่อุ่นขึ้นของอาร์กติกอาจส่งผลให้เกิดการละลายของก๊าซไฮเดรตที่ต่ำกว่า permafrost มหาสมุทรที่ร้อนขึ้นอาจทำให้เกิดการละลายของแก๊สไฮเดรทใกล้ ๆ กับตะกอนดินและน้ำ แม้ว่ารายงานข่าวจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าเป็นภัยพิบัติที่อาจเกิดขึ้น แต่งานวิจัย USGS ระบุว่าขณะนี้ก๊าซไฮเดรตมีส่วนทำให้เกิดก๊าซมีเทนในชั้นบรรยากาศทั้งหมด 9

เธอรู้รึเปล่า? มีเทนไฮเดรตมีความเข้มข้นสูงของมีเธน หากคุณละลายมีเธนไฮเดรตหนึ่งลูกบาศก์เมตรจะมีการปล่อยก๊าซมีเทนประมาณ 160 ลูกบาศก์เมตร
มีเทนไฮเดรต
1 USGS แก๊สไฮเดรต Lab: Stephen Wessells, Laura Stern, Steve Kirby; วิดีโอแกลอรี่มัลติมีเดียสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกา, 2012
2 สินค้าคงคลังทั่วโลกของการเกิดขึ้นของก๊าซธรรมชาติมือไม่ถึง: Keith A. Kvenvolden และ Thomas D. Lorenson, ศูนย์วิทยาศาสตร์ชายฝั่งทะเล & ทางทะเล, การสำรวจทางธรณีวิทยาสหรัฐอเมริกา
3 ก๊าซธรรมชาติ Hydrates: รีวิว: Timothy S. Collett, Arthur H. Johnson, Camelia C. Knapp, Ray Boswell; ก๊าซธรรมชาติ hydrates - ศักยภาพทรัพยากรพลังงานและอันตรายทางธรณีวิทยาที่เกี่ยวข้อง: AAPG Memoir 89, p. 146-219, 2552
4 แก๊สไฮเดรต Offshore Southeastern สหรัฐอเมริกา: Carolyn Ruppel, สถาบันเทคโนโลยีแห่งจอร์เจีย, เว็บไซต์ NOAA Ocean Explorer, เข้าถึงล่าสุดพฤศจิกายน 2559
5 การประเมินทรัพยากรแก๊สไฮเดรตบริเวณลาดเหนืออลาสก้า 2551: การสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกา, เอกสารข้อเท็จจริง 2008-3073, ตุลาคม 2008
6 สหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่นเสร็จสิ้นการทดลองภาคสนามที่ประสบความสำเร็จของเทคโนโลยีการผลิตก๊าซมีเทนไฮเดรต: แถลงข่าวกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาวันที่ 2 พฤษภาคม 2555
7 ศักยภาพทรัพยากรพลังงานของก๊าซมีเทนไฮเดรต: การแนะนำเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์และศักยภาพพลังงานของทรัพยากรที่เป็นเอกลักษณ์ จัดพิมพ์โดยห้องปฏิบัติการเทคโนโลยีพลังงานแห่งชาติกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาเดือนกุมภาพันธ์ 2554
8 ผลการให้ความร้อนในเฟสเพียว: sI Methane Hydrate: ศูนย์วิทยาศาสตร์ Woods Hole, การสำรวจทางธรณีวิทยาสหรัฐอเมริกา, 2007
9 แก๊ส Hydrates และภาวะโลกร้อน - ทำไมหายนะของมีเทนไม่น่าเป็นไปได้: Carolyn Ruppel และ Diane Noserale, การสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกา, จดหมายข่าวคลื่นเสียง, พฤษภาคม / มิถุนายน 2012
10 การศึกษาแสดงให้เห็นแหล่งกักเก็บก๊าซมีเทนขนาดใหญ่ใต้แผ่นน้ำแข็งแอนตาร์กติก: Tim Stephens, แถลงข่าวจาก University of California Santa Cruz, 29 สิงหาคม 2012

ศักยภาพมหาศาล

แม้ว่าการสะสมของมีเทนไฮเดรตจะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ยากลำบากและมีความท้าทายทางเทคนิคมากมาย แต่ก็มีการกระจายอย่างกว้างขวางและเป็นแหล่งที่ใหญ่ที่สุดของไฮโดรคาร์บอนบนโลก สามารถพัฒนาเทคโนโลยีที่หลากหลายเพื่อผลิตโดยใช้การลดความดันการแลกเปลี่ยนไอออนและกระบวนการอื่น ๆ ที่ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์ สหรัฐอเมริกาแคนาดาญี่ปุ่นและอินเดียต่างก็มีโครงการวิจัยที่มีพลังซึ่งทำงานเพื่อค้นหาเทคโนโลยีที่เป็นไปได้สำหรับการผลิตก๊าซไฮเดรต มีเทนไฮเดรตน่าจะมีบทบาทสำคัญในการผสมผสานพลังงานในอนาคตของเรา

ดูวิดีโอ: World wide weekend จนอางขดนำแขงตดไฟในทะเลจนใตสำเรจ (กรกฎาคม 2020).