Metanklathrat

specifik struktur af et gashydrat stykke fra subduktionsområdet ud for Oregon

metanklatrater er begrænset til den lave litosfære (dvs. < 2.000 m dybde). Desuden findes nødvendige betingelser kun i enten kontinentale sedimentære klipper i polarområder, hvor gennemsnitlige overfladetemperaturer er mindre end 0 kg C; eller i oceanisk sediment på vanddybder større end 300 m, hvor bundvandstemperaturen er omkring 2 kg C. Derudover kan dybe ferskvandssøer også være vært for gashydrater, f.eks. ferskvandssøen Baikal, Sibirien. Kontinentale aflejringer har været placeret i Sibirien og Alaska i sandsten og siltsten senge på mindre end 800 m dybde. Oceaniske aflejringer synes at være udbredt på kontinentalsoklen (se Fig.) og kan forekomme inden for sedimenterne i dybden eller tæt på sediment-vandgrænsefladen. De kan dække endnu større aflejringer af gasformig methan.

OceanicEdit

Der er to forskellige typer oceaniske aflejringer. Den mest almindelige er domineret (> 99%) af methan indeholdt i en struktur i clathrate og generelt fundet i dybden i sedimentet. Her er metan isotopisk lys (krit13c < -60 liter), hvilket indikerer, at det er afledt af den mikrobielle reduktion af CO2. Klatraterne i disse dybe aflejringer menes at have dannet sig In situ fra den mikrobielt producerede methan, da lar13c-værdierne for clathrate og omgivende opløst methan er ens. Det menes dog også, at ferskvand, der anvendes til tryksætning af olie-og gasbrønde i permafrost og langs kontinentalsoklen over hele verden, kombineres med naturlig metan for at danne Klatrat ved dybde og tryk, da methanhydrater er mere stabile i ferskvand end i saltvand. Lokale variationer kan være meget almindelige, da handlingen med at danne hydrat, der ekstraherer rent vand fra saltvandsdannelsesvand, ofte kan føre til lokal, og potentielt signifikant, stigninger i formationsvands saltholdighed. Hydrater udelukker normalt saltet i porevæsken, hvorfra det dannes, og de udviser således høj elektrisk resistivitet ligesom is, og sedimenter indeholdende hydrater har en højere resistivitet sammenlignet med sedimenter uden gashydrater (dommer ).:9

disse aflejringer er placeret i et mellemdybdeområde omkring 300-500 m tykt i sedimenterne (gashydratsstabilitetsområdet eller GHSS), hvor de sameksisterer med metan opløst i det friske, ikke salt, porevand. Over dette område er metan kun til stede i sin opløste form ved koncentrationer, der falder mod sedimentoverfladen. Under det er metan gasformig. Ved Blake Ridge på den atlantiske kontinentale stigning startede GHSS på 190 m dybde og fortsatte til 450 m, hvor den nåede ligevægt med gasfasen. Målinger viste, at metan besatte 0-9 volumenprocent i GHSS og ~12% i gasområdet.

i den mindre almindelige anden type, der findes nær sedimentoverfladen, har nogle prøver en højere andel af langkædede carbonhydrider (< 99% methan) indeholdt i en struktur II-clathrat. Kulstof fra denne type clathrate er isotopisk tungere (karr13c er -29 til -57 Karr) og menes at have migreret opad fra dybe sedimenter, hvor metan blev dannet ved termisk nedbrydning af organisk materiale. Eksempler på denne type deponering er fundet i Golfen og Det Kaspiske Hav.

nogle aflejringer har karakteristika mellem de mikrobielt og termisk fremskaffede typer og anses for at være dannet af en blanding af de to.metan i gashydrater genereres dominerende af mikrobielle konsortier, der nedbryder organisk materiale i miljøer med lavt iltindhold, hvor metan selv produceres af methanogen archaea. Organisk materiale i de øverste få centimeter sedimenter angribes først af aerobe bakterier, der genererer CO2, som slipper ud fra sedimenterne i vandkolonnen. Under denne region af aerob aktivitet overtager anaerobe processer, herunder successivt med dybde, den mikrobielle reduktion af nitrit / nitrat, metaloksider og derefter reduceres sulfater til sulfider. Endelig, når sulfat er opbrugt, bliver methanogenese en dominerende vej til organisk carbon remineralisering.1 cm/år), er det organiske kulstofindhold lavt (ca.1% ), og ilt er rigeligt, aerobe bakterier kan bruge alt det organiske stof i sedimenterne hurtigere, end ilt er udtømt, så elektronacceptorer med lavere energi anvendes ikke. Men hvor sedimenteringshastigheder og det organiske kulstofindhold er høje, hvilket typisk er tilfældet på kontinentalsokler og under vestlige grænseområder, bliver porevandet i sedimenterne iltfrit i dybder på kun få centimeter eller mindre. I sådanne organisk rige marine sedimenter bliver sulfat derefter den vigtigste terminale elektronacceptor på grund af dens høje koncentration i havvand, skønt den også er udtømt med en dybde på centimeter til meter. Under dette produceres metan. Denne produktion af metan er en ret kompliceret proces, der kræver et stærkt reducerende miljø (Eh -350 til -450 mV) og en pH mellem 6 og 8 samt et komplekst syntrofisk konsortium af forskellige sorter af archaea og bakterier, selvom det kun er archaea, der faktisk udsender metan.

i nogle regioner (f. eks. Metan i clathrates kan i det mindste delvist stamme fra termisk nedbrydning af organisk materiale (f.eks. petroleumsproduktion), hvor olie endda danner en eksotisk komponent i selve hydratet, der kan udvindes, når hydratet adskilles. Metan i clathrates har typisk en biogen isotopisk signatur og meget variabel karr13c (-40 til -100 Karr), med et omtrentligt gennemsnit på omkring -65 Karr . Under området med faste klatrater kan store mængder methan danne bobler af fri gas i sedimenterne.

tilstedeværelsen af klatrater på et givet sted kan ofte bestemmes ved observation af en “bundsimulerende reflektor” (BSR), som er en seismisk refleksion ved sedimentet til klatratstabilitetsområdet interface forårsaget af de ulige tætheder af normale sedimenter og dem, der er snøret med klatrater.

gashydrat pingoer er blevet opdaget i de arktiske oceaner Barentshavet. Metan bobler fra disse kuppellignende strukturer, hvor nogle af disse gasblus strækker sig tæt på havoverfladen.

Reservoirstørrelseredit

størrelsen af det oceaniske metanklatratreservoir er dårligt kendt, og estimaterne af dets størrelse faldt med omtrent en størrelsesorden pr. årti, siden det først blev erkendt, at klatrater kunne eksistere i oceanerne i 1960 ‘erne og 1970’ erne.de højeste estimater (f. eks. 3 kg 1018 m3) var baseret på antagelsen om, at fuldt tætte klatrater kunne strø hele gulvet i det dybe hav. Forbedringer i vores forståelse af clathratkemi og sedimentologi har afsløret, at hydrater kun dannes i et snævert dybdeområde (kontinentale hylder), kun nogle steder i det dybdeområde, hvor de kunne forekomme (10-30% af gashydratsstabilitetsområdet) og typisk findes i lave koncentrationer (0,9–1,5 volumenprocent) på steder, hvor de forekommer. Nylige estimater begrænset af direkte prøveudtagning antyder, at den globale beholdning indtager mellem 1 liter 1015 og 5 liter 1015 kubikmeter (0,24 og 1,2 millioner kubikmeter). Dette skøn, svarende til 500-2500 gigatonnes carbon (Gt C), er mindre end 5000 Gt C estimeret for alle andre geo-organiske brændstofreserver, men væsentligt større end ~230 Gt C estimeret for andre naturgaskilder. Permafrostreservoiret er estimeret til omkring 400 Gt C i Arktis, men der er ikke foretaget nogen skøn over mulige antarktiske reservoirer. Disse er store mængder. Til sammenligning er det samlede kulstof i atmosfæren omkring 800 gigaton (se kulstof: forekomst).

disse moderne estimater er især mindre end de 10.000 til 11.000 Gt C (2 liter 1016 m3) foreslået af tidligere forskere som en grund til at overveje clathrates at være en geo-organisk brændstofressource (MacDonald 1990, Kvvenvolden 1998). Lavere overflod af klatrater udelukker ikke deres økonomiske potentiale, men et lavere samlet volumen og tilsyneladende lav koncentration på de fleste steder antyder, at kun en begrænset procentdel af clathrates-indskud kan give en økonomisk levedygtig ressource.

ContinentalEdit

Metanklatrater i kontinentale klipper er fanget i senge af sandsten eller siltsten i dybder på mindre end 800 m. prøveudtagning indikerer, at de er dannet af en blanding af termisk og mikrobielt afledt gas, hvorfra de tungere carbonhydrider senere blev selektivt fjernet. Disse forekommer i Alaska, Sibirien og det nordlige Canada.

i 2008 ekstraherede canadiske og japanske forskere en konstant strøm af naturgas fra et testprojekt på Mallik gashydrat-stedet i floddeltaet. Dette var den anden sådan boring i Mallik: den første fandt sted i 2002 og brugte varme til at frigive metan. I 2008-eksperimentet var forskerne i stand til at udvinde gas ved at sænke trykket uden opvarmning, hvilket krævede betydeligt mindre energi. Mallik gashydrat-feltet blev først opdaget af Imperial Oil i 1971-1972.

Kommerciel brugrediger

økonomiske aflejringer af hydrat betegnes naturgashydrat (NGH) og opbevarer 164 m3 methan, 0,8 m3 vand i 1 m3 hydrat. De fleste NGH findes under havbunden (95%), hvor den findes i termodynamisk ligevægt. Det sedimentære methanhydrat reservoir indeholder sandsynligvis 2-10 gange de nuværende kendte reserver af konventionel naturgas fra 2013. Dette repræsenterer en potentielt vigtig fremtidig kilde til kulbrintebrændstof. Imidlertid, i de fleste steder indskud menes at være for spredt til økonomisk udvinding. Andre problemer, som kommerciel udnyttelse står over for, er påvisning af levedygtige reserver og udvikling af teknologien til udvinding af metangas fra hydrataflejringerne.i August 2006 annoncerede Kina planer om at bruge 800 millioner yuan (US$100 millioner) i løbet af de næste 10 år til at studere naturgashydrater. En potentielt økonomisk reserve i Golfen kan indeholde ca.100 milliarder kubikmeter (3,5 kr. 1012 cu ft) gas. BJ kurtrn Kvamme og Arne Graue ved Institut for Fysik og teknologi ved Universitetet i Bergen har udviklet en metode til indsprøjtning af CO
2 i hydrater og reversering af processen; derved udvindes CH4 ved direkte udveksling. University of Bergen ‘ s metode testes i marken af ConocoPhillips og statsejede Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC) og delvist finansieret af det amerikanske energiministerium. Projektet har allerede nået injektionsfasen og analyserede de resulterende data inden 12.marts 2012.

den 12. marts 2013 meddelte JOGMEC-forskere, at de med succes havde ekstraheret naturgas fra frosset methanhydrat. For at udvinde gassen blev specialudstyr brugt til at bore ind i og trykke hydrat-aflejringerne, hvilket fik metanen til at adskille sig fra isen. Gassen blev derefter opsamlet og ført til overfladen, hvor den blev antændt for at bevise dens tilstedeværelse. Ifølge en talsmand for branchen, “det er verdens første offshore-eksperiment, der producerer gas fra methanhydrat”. Tidligere var der udvundet gas fra onshore indskud, men aldrig fra offshore indskud, som er meget mere almindelige. Hydratfeltet, hvorfra gassen blev ekstraheret, ligger 50 kilometer (31 mi) fra Det centrale Japan i Nankai-truget, 300 meter (980 fod) under havet. En talsmand for JOGMEC bemærkede “Japan kunne endelig have en energikilde til at kalde sin egen”. Marine geolog Mikio Satoh bemærkede ” nu ved vi, at udvinding er mulig. Det næste skridt er at se, hvor langt Japan kan få omkostningerne ned for at gøre teknologien økonomisk levedygtig.”Japan estimerer, at der er mindst 1, 1 billioner kubikmeter metan fanget i Nankai-truget, nok til at imødekomme landets behov i mere end ti år.både Japan og Kina annoncerede i maj 2017 et gennembrud for minedrift af metanklathrater, da de ekstraherede metan fra hydrater i Det Sydkinesiske Hav. Kina beskrev resultatet som et gennembrud; Praveen Linga fra Institut for kemisk og Biomolekylær teknik ved National University of Singapore var enig “sammenlignet med de resultater, vi har set fra Japansk forskning, har de kinesiske forskere formået at udvinde meget mere gas i deres indsats”. Industriens konsensus er, at produktion i kommerciel skala forbliver år væk.

miljøproblemer

eksperter advarer om, at miljøpåvirkninger stadig undersøges, og at metan—en drivhusgas med omkring 25 gange så meget global opvarmningspotentiale over en 100-årig periode (GVP100) som kulsyre—potentielt kan flygte ud i atmosfæren, hvis noget går galt. Selv om det er renere end kul, skaber forbrænding af naturgas også kulstofemissioner.