zdroj: USGS
Metan clathrates jsou omezeny na mělké litosféry (např. < 2000 m hloubky). Kromě toho, nezbytné podmínky jsou k dispozici pouze v kontinentální sedimenty v polárních oblastech, kde se průměrná povrchová teplota je nižší než 0 °C; nebo v sedimentů ve vodních hloubkách větších než 300 m, kde spodní voda teplota je kolem 2 °C. kromě toho, hluboké čerstvé vody jezera může hostit hydráty plynu stejně, např. čerstvé vody Jezera Bajkal, Sibiř. Kontinentální ložiska se nacházejí na Sibiři a Aljašce v pískovcových a prachovcových lůžkách v hloubce menší než 800 m. Oceánské vklady se zdají být rozšířené v kontinentálním šelfu(viz obr.) a může se vyskytovat v sedimentech v hloubce nebo v blízkosti rozhraní sediment-voda. Mohou zachytit ještě větší ložiska plynného metanu.
OceanicEdit
existují dva odlišné typy oceánských ložisek. Nejběžnější je ovládán (> 99%) metanem obsaženým ve struktuře I klatrát a obecně nalezený v hloubce v sedimentu. Zde je metan izotopicky lehký (δ13C < -60‰), což naznačuje, že je odvozen z mikrobiální redukce CO2. Na clathrates v těchto hlubokých vklady jsou myslel, že se tvoří in situ z microbially vyrábí metan, protože δ13C hodnoty clathrate a okolní rozpuštěného metanu jsou podobné. Nicméně, to je také si myslel, že čerstvé vody použité při tlakování ropných a plynových vrtů v permafrostu a podél kontinentálních šelfů na světě kombinuje s přírodní metan tvoří clathrate v hloubce a tlaku, protože metan hydráty jsou více stabilní ve sladké vodě než ve slané vodě. Místní variace mohou být velmi časté, protože akt tvorby hydrátu, který extrahuje čistou vodu z vod tvorby fyziologického roztoku, může často vést k místnímu, a potenciálně významné, zvýšení slanosti tvorby vody. Hydratuje normálně vyloučit sůl v pórové tekutiny, ze které to tvoří, tedy vykazují vysoký elektrický odpor, stejně jako led, a sedimenty obsahující hydráty mají vyšší odolnost ve srovnání se sedimenty bez plynu hydráty (Soudce ).:9
Tyto vklady se nacházejí v polovině hloubky zóny kolem 300-500 m silná v sedimentech (plyn hydrataci stability zóny, nebo GHSZ), kde žijí se metanu rozpuštěného v čerstvé, ne sůl, bez pórů vody. Nad touto zónou je metan přítomen pouze ve své rozpuštěné formě při koncentracích, které klesají směrem k povrchu sedimentu. Pod ním je metan plynný. V Blake Ridge na Atlantickém kontinentálním vzestupu začal GHSZ v hloubce 190 m a pokračoval do 450 m, kde dosáhl rovnováhy s plynnou fází. Měření ukázala, že metan zabíral 0-9% objemových v GHSZ a ~12% v plynné zóně.
V méně běžných druhého typu se nacházejí v blízkosti povrchu sedimentu některé vzorky mají vyšší podíl delší řetězce uhlovodíků (< 99% methanu) obsažené ve struktuře II clathrate. Uhlík z tohoto typu klatrátu je izotopicky těžší (δ13C je -29 až -57 ‰) a předpokládá se, že migroval nahoru z hlubokých sedimentů, kde metan vznikl tepelným rozkladem organické hmoty. Příklady tohoto typu ložiska byly nalezeny v Mexickém zálivu a Kaspickém moři.
některé usazeniny mají vlastnosti mezi mikrobiálně a tepelně získanými typy a jsou považovány za vytvořené ze směsi těchto dvou.
metanu v plynu hydráty je převážně vytvořených mikrobiálních konsorcií ponižující organické hmoty v nízké kyslíku, prostředí, samotný metan produkovaný methanogenic archaea. Organická hmota v nejvyšších několika centimetrech sedimentů je nejprve napadena aerobními bakteriemi, generování CO2, který uniká ze sedimentů do vodního sloupce. Pod tuto oblast aerobní činnost, anaerobní procesy, převzetí, včetně, postupně s hloubkou, mikrobiální redukce dusitanů/dusičnanů, oxidy kovů, a pak sírany jsou redukovány na sulfidy. Konečně, jakmile se sulfát spotřebuje, methanogeneze se stává dominantní cestou pro remineralizaci organického uhlíku.
Pokud sedimentace je nízká (asi 1 cm/rok), obsah organického uhlíku je nízká (asi 1% ), a kyslík je bohatá, aerobní bakterie mohou využívat organické hmoty v sedimentech rychleji než kyslík vyčerpán, takže nižší-energie elektronové akceptory nejsou používány. Ale kde sedimentace sazby a obsahu organického uhlíku jsou vysoké, což je obvykle případ na kontinentálních šelfů a pod západní hranice současné vzedmutí zóny, kapilární vodě, v sedimentech se stává anoxické v hloubce jen několik centimetrů nebo méně. V takových mořských sedimentech bohatých na organické látky se síran stává nejdůležitějším terminálním akceptorem elektronů díky své vysoké koncentraci v mořské vodě, i když je také vyčerpán hloubkou centimetrů až metrů. Pod tím se vyrábí metan. Tato produkce metanu je poměrně složitý proces, který vyžaduje vysoce redukční prostředí (Eh -350 až -450 mV) a pH mezi 6 a 8, stejně jako komplexní syntrophic konsorcií z různých druhů archaea a bakterie, i když je to jen archaea, které vypouštějí metan.
v některých oblastech (např., V mexickém zálivu, Bluetooth Umyvadlo) metanu v clathrates může být alespoň částečně odvodit z tepelného rozkladu organických látek (např. ropných generace), s olejem i tvoří exotické součásti v rámci hydrataci sám, že mohou být vráceny, když hydrát je oddělovat. Metan v klatrátech má typicky biogenní izotopový podpis a vysoce variabilní δ13C (-40 až -100‰), s přibližným průměrem asi -65‰ . Pod zónou pevných klatrátů mohou v sedimentech vytvářet velké objemy metanu bubliny volného plynu.
přítomnost clathrates v daném místě může být často určena pozorování „zdola simulující reflektor“ (BSR), který je seismická reflexe v sedimentu na clathrate stability zóna rozhraní způsobené nerovnoměrné hustoty normálního sedimenty a ty šněrovací, s clathrates.
plynové hydrátové pingy byly objeveny v arktických oceánech Barentsova moře. Metan bublá z těchto kupolovitých struktur, přičemž některé z těchto plynových erupcí se rozprostírají blízko mořské hladiny.
Nádrž sizeEdit
velikost oceanic methane clathrate nádrž je málo známé, a odhady jeho velikosti se snížil o zhruba o řád za deset let, protože to bylo poprvé uznáno, že clathrates by mohl existovat v oceánech během 1960 a 1970. Nejvyšší odhady (např. 3×1018 m3) byly založeny na předpokladu, že plně husté clathrates mohl vrhu celé patro hlubokého oceánu. Zlepšení našeho chápání clathrate chemie a sedimentologie odhalily, že hydráty tvoří pouze úzký rozsah hloubek (kontinentálních šelfů), pouze na některých místech v rozmezí hloubek, kde by mohly nastat (10-30% Plynu hydrataci stability zóny), a obvykle se vyskytují v nízkých koncentracích (0.9–1.5% objemu) v místech, kde k nim dojde. Nedávné odhady omezen přímý odběr vzorků naznačují, že globální zásoby zabírá mezi 1×1015 a 5×1015 metrů krychlových (0.24 a 1,2 milionu krychlových kilometrů). Tento odhad, odpovídající 500-2500 gigatun uhlíku (Gt C), je menší než 5 000 Gt C odhadovaná pro všechny další geo-ekologických paliv, ale podstatně větší než ~230 Gt C odhaduje na dalších zdrojů zemního plynu. Nádrž permafrost byla odhadnuta na asi 400 Gt C v Arktidě, ale nebyly provedeny žádné odhady možných antarktických nádrží. Jedná se o velké množství. Pro srovnání, celkový uhlík v atmosféře je kolem 800 gigatonů(viz uhlík: výskyt).
Tyto moderní odhady jsou podstatně menší než 10 000 11 000 Gt C (2×1016 m3) navržené předchozí badatelé jako důvod, aby zvážila clathrates být geo-ekologické palivo zdrojů (MacDonald, 1990, Kvenvolden 1998). Nižší množství klatrátů nevylučuje jejich ekonomický potenciál, ale nižší celkový objem a zjevně nízká koncentrace na většině míst naznačují, že pouze omezené procento klatrátů může poskytnout ekonomicky životaschopný zdroj.
ContinentalEdit
Metan clathrates v kontinentální skály jsou uvězněni v postele z pískovce nebo prachovce v hloubce menší než 800 m. Vzorkování znamená, že jsou vytvořeny z kombinace tepelně a microbially odvozen plynu, z něhož těžší uhlovodíky byly později selektivně odstraněny. Ty se vyskytují na Aljašce, Sibiři a severní Kanadě.
v roce 2008 kanadští a japonští vědci extrahovali konstantní proud zemního plynu z testovacího projektu v lokalitě Mallik gas hydrate v deltě řeky Mackenzie. Toto bylo druhé takové vrtání v Mallik: první se konala v roce 2002 a používala teplo k uvolňování metanu. V experimentu z roku 2008 byli vědci schopni extrahovat plyn snížením tlaku bez zahřívání, což vyžadovalo výrazně méně energie. Pole hydrátu plynu Mallik bylo poprvé objeveno společností Imperial Oil v letech 1971-1972.
komerční využití
ekonomická ložiska hydrátu se nazývají hydrát zemního plynu (NGH)a ukládají 164 m3 metanu, 0,8 m3 vody v 1 m3 hydrátu. Většina NGH se nachází pod mořským dnem (95%), kde existuje v termodynamické rovnováze. Sedimentární hydrát metanu nádrž pravděpodobně obsahuje 2-10 krát v současné době známé zásoby konvenčního zemního plynu, od roku 2013. To představuje potenciálně důležitý budoucí zdroj uhlovodíkového paliva. Na většině lokalit jsou však ložiska považována za příliš rozptýlená pro ekonomickou těžbu. Dalšími problémy, kterým čelí komerční využití, jsou detekce životaschopných zásob a vývoj technologie pro těžbu metanu z ložisek hydrátu.
V srpnu 2006 Čína oznámila plány utratit v příštích 10 letech 800 milionů juanů (100 milionů USD) na studium hydrátů zemního plynu. Potenciálně ekonomická rezerva v Mexickém zálivu může obsahovat přibližně 100 miliard metrů krychlových (3.5×1012 cu ft) plynu. Bjørn Kvamme a Arne Graue v Institutu pro Fyziku a technologii na Univerzitě v Bergenu vyvinuli metodu pro vstřikování CO
2 do hydratuje a zvrácení procesu; tím získávání CH4 přímou výměnu. Metoda univerzity v Bergenu je v terénu testována společností ConocoPhillips a státní společností Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC)a částečně financována americkým ministerstvem energetiky. Projekt již dosáhl fáze vstřikování a analyzoval výsledná data do 12. března 2012.
12. března 2013 vědci JOGMEC oznámili, že úspěšně extrahovali zemní plyn ze zmrazeného hydrátu metanu. Za účelem extrakce plynu bylo použito specializované zařízení k vrtání a odtlakování hydrátových usazenin, což způsobilo, že se metan oddělil od ledu. Plyn byl poté sebrán a odveden na povrch, kde byl zapálen, aby se prokázala jeho přítomnost. Podle mluvčího průmyslu „je to první offshore experiment na světě vyrábějící plyn z hydrátu metanu“. Dříve byl plyn těžen z ložisek na pevnině, ale nikdy z ložisek na moři, která jsou mnohem běžnější. Hydrátové pole, ze kterého byl plyn extrahován, se nachází 50 kilometrů (31 mi) od centrálního Japonska v korytě Nankai, 300 metrů (980 ft) pod mořem. Mluvčí JOGMEC poznamenal: „Japonsko by konečně mohlo mít zdroj energie, který by nazval svůj vlastní“. Mořský geolog Mikio Satoh poznamenal: „Nyní víme, že těžba je možná. Dalším krokem je zjistit, jak daleko může Japonsko snížit náklady, aby byla technologie ekonomicky životaschopná.“Japonsko odhaduje, že existuje nejméně 1,1 bilionu krychlových metrů metanu v pasti v Nankai Koryto, dost, aby vyhovovaly země potřebuje pro více než deset let.
Japonsko i Čína oznámily v květnu 2017 průlom v těžbě metanových klatrátů, když těžily metan z hydrátů v Jihočínském moři. Čína označila výsledek za průlom; Praveen Linga z Katedry Chemické a Biomolekulární Inženýrství na Národní Univerzitě v Singapuru dohodnuto, „ve Srovnání s výsledky, které jsme viděli z Japonského výzkumu, Čínští vědci se podařilo extrahovat mnohem více plynu v jejich úsilí“. Konsenzus průmyslu je, že výroba v komerčním měřítku zůstává roky daleko.
životní Prostředí opatřeníeditovat
Odborníci upozorňují, že dopady na životní prostředí jsou stále vyšetřován a že metan—skleníkový plyn s přibližně 25 krát tolik potenciálu globálního oteplování za období 100 let (GWP100) jako oxid uhličitý—by mohla uniknout do atmosféry, pokud se něco pokazí. Kromě toho, zatímco čistší než uhlí, spalování zemního plynu také vytváří emise uhlíku.