forrás: USGS
a metán klatrátok a sekély litoszférára korlátozódnak (azaz < 2000 m mélység). Továbbá, a szükséges feltételek csak a kontinentális üledékes kőzetekben találhatók meg olyan sarki régiókban, ahol az átlagos felszíni hőmérséklet kevesebb, mint 0 ^ C; vagy az óceáni üledékekben 300 m-nél nagyobb vízmélységben, ahol a fenékvíz hőmérséklete 2 KB C. Ezenkívül a mély édesvízi tavak gázhidrátokat is tartalmazhatnak, például.édesvízi Bajkál-tó, Szibéria. A kontinentális lelőhelyek Szibériában és Alaszkában találhatók homokkő és iszapkőágyakban, kevesebb mint 800 m mélységben. Úgy tűnik, hogy az óceáni lerakódások széles körben elterjedtek a kontinentális talapzaton (Lásd az ábrát.) és előfordulhat az üledékekben mélységben vagy az üledék-víz határfelület közelében. Ezek még nagyobb gáznemű metán lerakódásokat zárhatnak le.
OceanicEdit
az óceáni lerakódásoknak két különböző típusa van. A leggyakoribbat (> 99%) az I szerkezetű klatrátban található metán uralja, amely általában az üledék mélyén található. Itt a metán izotóposan könnyű (++13C < -60++), ami azt jelzi, hogy a CO2 mikrobiális redukciójából származik. Úgy gondolják, hogy ezekben a mély lerakódásokban a klatrátok in situ képződtek a mikrobiálisan előállított metánból, mivel a klatrát és a környező oldott metán CAC 13C értékei hasonlóak. Ugyanakkor azt is gondolják, hogy a permafrostban és a kontinentális talapzatok mentén az olaj-és gázkutak nyomás alá helyezéséhez használt édesvíz a természetes metánnal kombinálva klatrátot képez a mélységben és a nyomáson, mivel a metán-hidrátok stabilabbak az édesvízben, mint a sós vízben. A helyi variációk nagyon gyakoriak lehetnek, mivel a hidrát képződése, amely tiszta vizet von ki a sós vizekből, gyakran helyi és potenciálisan jelentős, a képződő víz sótartalmának növekedéséhez vezethet. A hidrátok általában kizárják a sót abban a pórusfolyadékban, amelyből képződik, így nagy elektromos ellenállást mutatnak, mint a jég, a hidrátokat tartalmazó üledékek pedig nagyobb ellenállással rendelkeznek, mint a gázhidrátok nélküli üledékek (bíró ).:9
ezek a lerakódások egy 300-500 m vastag közepes mélységű zónában helyezkednek el az üledékekben (gázhidrát stabilitási zóna, vagy GHSZ), ahol együtt élnek a friss, nem sós, pórusvizekben oldott metánnal. E zóna felett a metán oldott formájában csak olyan koncentrációban van jelen, amely az üledék felszíne felé csökken. Alatta a metán gáznemű. A Blake Ridge-nél, az Atlanti-óceán kontinentális emelkedőjén a GHSZ 190 m mélységben indult és 450 m-ig folytatódott, ahol elérte az egyensúlyt a gázfázissal. A mérések azt mutatták, hogy a metán a GHSZ-ben 0-9 térfogatszázalékot, a gáznemű zónában pedig ~12% – ot foglal el.
az üledékfelszín közelében található kevésbé gyakori második típusban egyes minták nagyobb arányban tartalmaznak hosszabb láncú szénhidrogéneket (< 99% metán), amelyek egy II.szerkezetű klatrátban találhatók. Az ilyen típusú klatrátból származó szén izotóposan nehezebb (a 13C -29 és -57), és úgy gondolják, hogy felfelé vándorolt a mély üledékekből, ahol a metán a szerves anyagok termikus bomlásával jött létre. Az ilyen típusú lerakódásokra a Mexikói-öbölben és a Kaszpi-tengeren találtak példákat.
egyes lerakódások olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek a mikrobiálisan és termikusan előállított típusok között közbülső jellegűek, és a kettő keverékéből képződnek.
a gázhidrátokban lévő metánt túlnyomórészt mikrobiális konzorciumok állítják elő, amelyek alacsony oxigéntartalmú környezetben lebontják a szerves anyagokat, maga a metán pedig metanogén archaea. Az üledékek legfelső néhány centiméteres szerves anyagát először aerob baktériumok támadják meg, CO2-t generálva, amely az üledékekből a vízoszlopba távozik. Az aerob aktivitás ezen régiója alatt az anaerob folyamatok átveszik az irányítást, beleértve a mélységgel egymás után a nitrit/nitrát, a fém-oxidok mikrobiális redukcióját, majd a szulfátokat szulfidokká redukálják. Végül, miután a szulfátot felhasználták, a metanogenezis a szerves szén remineralizációjának domináns útjává válik.
Ha az ülepedési sebesség alacsony (körülbelül 1 cm/év), a szerves széntartalom alacsony (körülbelül 1% ), és az oxigén bőséges, az aerob baktériumok az üledékekben lévő összes szerves anyagot gyorsabban felhasználhatják, mint az oxigén kimerül, ezért alacsonyabb energiájú elektron akceptorokat nem használnak. De ahol az ülepedési sebesség és a szerves széntartalom magas, ami jellemzően a kontinentális talapzatokon és a nyugati határ alatti jelenlegi emelkedő zónák alatt van, az üledékek pórusvize csak néhány centiméter vagy annál kisebb mélységben anoxikussá válik. Az ilyen szerves gazdag tengeri üledékekben a szulfát ezután a legfontosabb terminális elektron-akceptorrá válik a tengervízben való magas koncentrációja miatt, bár centiméter-méter mélységben is kimerül. Ez alatt metán keletkezik. Ez a metántermelés meglehetősen bonyolult folyamat, amely nagymértékben redukáló környezetet igényel (Eh-350-450 mV), pH-ja 6 és 8 között, valamint az archaea és a baktériumok különböző fajtáinak összetett szintrofikus konzorciumai, bár valójában csak az archaea bocsát ki metánt.
egyes régiókban (pl., Mexikói-öböl, Joetsu-medence) a klatrátokban lévő metán legalább részben származhat a szerves anyagok termikus lebomlásából (pl. kőolajtermelés), az olaj még magában a hidrátban is egzotikus komponenst képez, amely a hidrát leválasztásakor visszanyerhető. A klatrátokban található metán jellemzően biogén izotópos aláírással rendelkezik, és nagyon változó (-40 -100) (-65). A szilárd klatrátok zónája alatt nagy mennyiségű metán szabad gázbuborékokat képezhet az üledékekben.
a klatrátok jelenléte egy adott helyen gyakran meghatározható egy “fenékszimuláló reflektor” (BSR) megfigyelésével, amely egy szeizmikus visszaverődés az üledéknél a klatrát stabilitási zóna interfészéhez, amelyet a normál üledékek és a klatrátokkal tarkított egyenlőtlen sűrűség okoz.
Gázhidrát pingókat fedeztek fel a sarkvidéki óceánokban Barents-tenger. Metán buborékol ezekből a kupolaszerű szerkezetekből, ezeknek a gázfáklyáknak egy része a tenger felszínéhez közel húzódik.
víztározó sizeEdit
a méret az óceáni metán klatrát tározó kevéssé ismert, és becslések mérete csökkent nagyjából nagyságrenddel évtizedenként, mivel először felismerték, hogy klatrátok létezhet az óceánok során az 1960-as és 1970-es években. a legmagasabb becslések (pl. 3 1018 m3) azon a feltételezésen alapultak, hogy teljesen sűrű klatrátok is alom az egész padlón a mély óceán. A klatrátkémia és a sedimentológia megértésének javulása feltárta, hogy a hidrátok csak szűk mélységtartományban (kontinentális talapzatok) képződnek, csak néhány helyen a mélységtartományban, ahol előfordulhatnak (a Gázhidrát stabilitási zónájának 10-30%–a), és általában alacsony koncentrációban (0,9-1,5 térfogat%) találhatók azokon a helyeken, ahol előfordulnak. A közvetlen mintavétellel korlátozott legújabb becslések szerint a globális készlet 1 1015 és 5 1015 köbméter (0,24 és 1,2 millió köbméter) között van. Ez a becslés, amely 500-2500 gigatonnás szénnek (Gt C) felel meg, kisebb, mint az összes többi geo-szerves üzemanyag-tartalékra becsült 5000 Gt C, de lényegesen nagyobb, mint az egyéb földgázforrásokra becsült ~230 Gt C. A permafrost víztározót körülbelül 400 Gt C-re becsülték az Északi-sarkvidéken, de a lehetséges Antarktiszi tározókról nem történt becslés. Ezek nagy összegek. Összehasonlításképpen: a légkör teljes széntartalma körülbelül 800 gigaton (lásd szén: előfordulás).
Ezek a modern becslések lényegesen kisebbek, mint a korábbi kutatók által javasolt 10 000-11 000 Gt C (2 1016 m3) ok arra, hogy a klatrátokat geo-szerves üzemanyag-erőforrásnak tekintsék (MacDonald 1990, Kvenvolden 1998). A klatrátok alacsonyabb mennyisége nem zárja ki gazdasági potenciáljukat, de az alacsonyabb teljes mennyiség és a legtöbb helyszínen látszólag alacsony koncentráció azt sugallja, hogy a klatráták lerakódásainak csak korlátozott százaléka nyújthat gazdaságilag életképes erőforrást.
ContinentalEdit
A kontinentális kőzetekben található metán-klatrátok 800 m-nél kisebb mélységben homokkőből vagy iszapkőből állnak. a mintavétel azt jelzi, hogy termikusan és mikrobiálisan származtatott gáz keverékéből származnak, amelyből a nehezebb szénhidrogéneket később szelektíven eltávolították. Ezek Alaszkában, Szibériában és Észak-Kanadában fordulnak elő.
2008-ban kanadai és japán kutatók a Mackenzie folyó deltájában, a Mallik gázhidrát telepen végzett tesztprojektből nyertek ki állandó földgázáramot. Ez volt a második ilyen fúrás Malliknál: az első 2002-ben történt, és hőt használt a metán felszabadítására. A 2008-as kísérletben a kutatók képesek voltak gázt kinyerni a nyomás csökkentésével, fűtés nélkül, lényegesen kevesebb energiát igényelve. A Mallik gáz-hidrát mezőt először az Imperial Oil fedezte fel 1971-1972-ben.
kereskedelmi felhasználás
a hidrát gazdasági lerakódásait földgázhidrátnak (NGH) nevezik, és 164 m3 metánt, 0,8 m3 vizet tárolnak 1 m3 hidrátban. A legtöbb NGH a tengerfenék alatt található (95%), ahol termodinamikai egyensúlyban van. Az üledékes metán-hidrát-tartály valószínűleg 2-10-szerese a hagyományos földgáz jelenleg ismert tartalékainak, 2013-tól. Ez a szénhidrogén-üzemanyag potenciálisan fontos jövőbeli forrását jelenti. A telephelyek többségében azonban úgy gondolják, hogy a betétek túl szétszórtak a gazdasági kitermeléshez. A kereskedelmi hasznosítás további problémái az életképes tartalékok kimutatása és a metángáz hidrát-lerakódásokból történő kinyerésére szolgáló technológia fejlesztése.
2006 augusztusában Kína bejelentette, hogy 800 millió jüant (100 millió USD) költ a következő 10 évben földgáz-hidrátok tanulmányozására. A Mexikói-öböl potenciálisan gazdasági tartaléka körülbelül 100 milliárd köbméter (3,5 USD 1012 cu ft) gázt tartalmazhat. A Bergeni Egyetem Fizikai és Technológiai Intézetének (Institute for Physics and technology, University of Bergen) és Arne Graue kifejlesztettek egy módszert a CO
2 hidrátokba történő injektálására és a folyamat visszafordítására; ezáltal a CH4 kinyerésére közvetlen csere útján. A Bergeni Egyetem módszerét a ConocoPhillips és az állami tulajdonban lévő Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC) teszteli, és részben az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma finanszírozza. A projekt már elérte a befecskendezési fázist, és a kapott adatokat 12. március 2012-ig elemezte.
március 12, 2013, JOGMEC kutatók bejelentették, hogy sikeresen kivont földgáz fagyasztott metán-hidrát. A gáz kinyeréséhez speciális berendezéseket használtak a hidrát lerakódások fúrására és nyomásmentesítésére, aminek következtében a metán elválik a jégtől. A gázt ezután összegyűjtötték és a felszínre vezették, ahol meggyújtották, hogy bizonyítsák jelenlétét. Az iparág szóvivője szerint “ez a világ első tengeri kísérlete, amely metán-hidrátból gázt állít elő”. Korábban a gázt szárazföldi lerakódásokból nyerték ki, de soha nem az offshore betétekből, amelyek sokkal gyakoribbak. A hidrátmező, ahonnan a gázt kinyerték, 50 kilométerre (31 mérföldre) található Japán központjától a Nankai-vályúban, 300 méterre (980 láb) a tenger alatt. A JOGMEC szóvivője megjegyezte: “Japánnak végre lehet energiaforrása, amelyet sajátjának hívhat”. Mikio Satoh tengeri geológus megjegyezte :” Most már tudjuk, hogy a kitermelés lehetséges. A következő lépés annak megnézése, hogy Japán milyen mértékben tudja csökkenteni a költségeket, hogy a technológia gazdaságilag életképes legyen.”Japán becslése szerint legalább 1, 1 billió köbméter metán van a Nankai-vályúban, ami elegendő ahhoz, hogy több mint tíz évig kielégítse az ország igényeit.
mind Japán, mind Kína 2017 májusában bejelentette a metán klatrátok bányászatának áttörését, amikor a dél-kínai-tenger hidrátjaiból metánt vontak ki. Kína áttörésnek minősítette az eredményt; Praveen Linga, a Szingapúri Nemzeti Egyetem Kémiai és biomolekuláris mérnöki Tanszékének munkatársa egyetértett abban, hogy “a japán kutatások eredményeivel összehasonlítva a kínai tudósoknak sokkal több gázt sikerült kinyerniük erőfeszítéseik során”. Az iparági konszenzus az, hogy a kereskedelmi méretű termelés évekre van.
környezeti aggályokszerkesztés
A szakértők figyelmeztetnek arra, hogy a környezeti hatásokat még vizsgálják, és hogy a metán—egy üvegházhatású gáz, amely körülbelül 25-szer annyi globális felmelegedési potenciállal rendelkezik egy 100 éves időszak alatt (GWP100), mint a szén—dioxid-potenciálisan kijuthat a légkörbe, ha valami rosszul fordul elő. Továbbá, bár tisztább, mint a szén, a földgáz elégetése szén-dioxid-kibocsátást is okoz.