Metanklatrat

gasshydrat-bærende sediment, fra subduksjonssonen utenfor Oregon

spesifikk struktur av et gasshydrat stykke, fra subduksjonssonen utenfor oregon

metanklatrater er begrenset til den grunne litosfæren (dvs. < 2000 m dybde). Videre er nødvendige forhold bare funnet i enten kontinentale sedimentære bergarter i polare områder hvor gjennomsnittlig overflatetemperatur er mindre enn 0 °C; eller i oceanisk sediment på vanndybder større enn 300 m hvor bunnvannstemperaturen er rundt 2 °C. i tillegg kan dype ferskvannssjøer også være vert for gasshydrater, for eksempel ferskvannssjøen Baikal, Sibir. Kontinentale forekomster har blitt lokalisert I Sibir og Alaska i sandstein og siltstein senger på mindre enn 800 m dybde. Havforekomster ser ut til å være utbredt på kontinentalsokkelen (Se Fig.) og kan forekomme i sedimentene i dybden eller i nærheten av sediment-vann-grensesnittet. De kan dekke enda større forekomster av gassformig metan.

OceanicEdit

Det er to forskjellige typer av oseanisk innskudd. Den vanligste er dominert (> 99%) av metan inneholdt i en struktur i klatrat og generelt funnet i dybden i sedimentet. Her er metanen isotopisk lett (δ13C < -60‰), noe som indikerer at den er avledet fra den mikrobielle reduksjonen AV CO2. Klatratene i disse dype avleiringene antas å ha blitt dannet in situ fra den mikrobialt produserte metan, siden den δ 13c verdier av klatrat og omkringliggende oppløst metan er like. Det er imidlertid også antatt at ferskvann som brukes i trykksetting av olje-og gassbrønner i permafrost og langs kontinentalsoklene over hele verden kombinerer med naturlig metan for å danne clathrate ved dybde og trykk, siden metanhydrater er mer stabile i ferskvann enn i saltvann. Lokale variasjoner kan være svært vanlige, siden handlingen med å danne hydrat, som trekker ut rent vann fra saltvannsformasjonsvann, ofte kan føre til lokal og potensielt signifikant økning i formasjonsvannets saltholdighet. Hydrater utelukker normalt saltet i porevæsken som det dannes fra, og dermed utviser de høy elektrisk resistivitet akkurat som is, og sedimenter som inneholder hydrater har høyere resistivitet sammenlignet med sedimenter uten gasshydrater (Dommer ).:9

disse forekomstene befinner seg innenfor en mid-dybde sone rundt 300-500 m tykk i sedimentene (gasshydrat stability zone, ELLER GHSZ) hvor de sameksisterer med metan oppløst i det friske, ikke salt, porevannet. Over denne sonen er metan bare tilstede i oppløst form ved konsentrasjoner som faller mot sedimentoverflaten. Under det er metan gassformig. PÅ Blake Ridge på Atlantic continental rise startet GHSZ på 190 m dybde og fortsatte til 450 m, hvor DEN nådde likevekt med gassfasen. Målinger indikerte at metan okkuperte 0-9% i VOLUM I GHSZ og ~12% i gassformig sone.

i den mindre vanlige andre typen funnet nær sedimentoverflaten noen prøver har en høyere andel av lengre kjede hydrokarboner (< 99% metan) som finnes i en struktur II clathrate. Karbon fra denne typen klatrat er isotopisk tyngre (δ 13c er -29 til -57 ‰) og antas å ha migrert oppover fra dype sedimenter, hvor metan ble dannet ved termisk dekomponering av organisk materiale. Eksempler på denne typen innskudd har blitt funnet i Mexicogolfen og Kaspiasjøen.

noen forekomster har egenskaper som er mellomliggende mellom de mikrobialt og termisk hentede typene og anses å være dannet fra en blanding av de to.metanet i gasshydrater genereres hovedsakelig av mikrobielle konsortier som degraderer organisk materiale i lave oksygenmiljøer, med metan i seg selv produsert av metanogen archaea. Organisk materiale i de øverste få centimeter av sedimenter blir først angrepet av aerobe bakterier, som genererer CO2, som rømmer fra sedimentene i vannsøylen. Under denne regionen av aerob aktivitet overtar anaerobe prosesser, inkludert suksessivt med dybde, den mikrobielle reduksjonen av nitritt/ nitrat, metalloksider og deretter sulfater reduseres til sulfider. Til slutt, når sulfat er brukt opp, blir metanogenese en dominerende vei for organisk karbonremineralisering.Hvis sedimenteringshastigheten er lav (ca. 1 cm / år ), er det organiske karboninnholdet lavt (ca.1%), og oksygen er rikelig, kan aerobe bakterier bruke opp alt organisk materiale i sedimentene raskere enn oksygen er utarmet, så lavere energielektronacceptorer brukes ikke. Men hvor sedimenteringshastigheter og det organiske karboninnholdet er høyt, som vanligvis er tilfelle på kontinentalsokkelen og under vestlige grensestrømsoppstrømningssoner, blir porevannet i sedimentene anoksisk i dybder på bare noen få centimeter eller mindre. I slike organiske rike marine sedimenter, sulfat blir da den viktigste terminal elektron akseptor på grunn av sin høye konsentrasjon i sjøvann, selv om det også er oppbrukt med en dybde på centimeter til meter. Under dette produseres metan. Denne produksjonen av metan er en ganske komplisert prosess som krever et svært reduserende miljø (Eh -350 til -450 mV) og en pH mellom 6 og 8, samt et komplekst syntrofisk konsortier av forskjellige varianter av arkea og bakterier, selv om det bare er arkea som faktisk avgir metan.

i noen regioner (f. eks. Metan i klatrater kan i det minste delvis stamme fra termisk nedbrytning av organisk materiale( f. eks. petroleumsgenerering), med olje som til og med danner en eksotisk komponent i selve hydrat som kan gjenvinnes når hydrat er disassociated. Metanen i klatrater har vanligvis en biogen isotopisk signatur og svært variabel δ13C (-40 til -100‰), med et omtrentlig gjennomsnitt på omtrent -65‰ . Under sonen av faste klatrater kan store mengder metan danne bobler av fri gass i sedimentene.tilstedeværelsen av klatrater på et gitt sted kan ofte bestemmes ved observasjon av en» bunnsimulerende reflektor » (bsr), som er en seismisk refleksjon ved sedimentet til klatreringsstabilitetssonegrensesnitt forårsaket av ulik tetthet av normale sedimenter og de som er laced med klatrater.

gasshydrat pingoer har blitt oppdaget i Arktiske hav I Barentshavet. Metan bobler fra disse kuppellignende strukturer, med noen av disse gassflammene som strekker seg nær havoverflaten.

Reservoarstørrelserediger

størrelsen på det oceaniske metanklatratreservoaret er dårlig kjent, og estimatene av størrelsen redusert med omtrent en størrelsesorden per tiår siden det først ble anerkjent at klatrater kunne eksistere i havene i løpet av 1960-og 1970-tallet. de høyeste estimatene (f.eks. 3×1018 m3) var basert på antagelsen om at fullt tette klatrater kunne kaste hele gulvet i dyphavet. Forbedringer i vår forståelse av klatratkjemi og sedimentologi har avslørt at hydrater dannes i bare et smalt spekter av dybder( kontinentalhyller), bare noen steder i dybder hvor De kan forekomme (10-30% Av gasshydrat stabilitetssonen), og vanligvis finnes i lave konsentrasjoner (0,9–1,5 volumprosent) på steder der De forekommer. Nylige estimater begrenset av direkte prøvetaking antyder at den globale beholdningen ligger mellom 1×1015 og 5×1015 kubikkmeter (0,24 og 1,2 millioner kubikk miles). Dette estimatet, som tilsvarer 500-2500 gigatonn karbon (Gt C), er mindre enn 5000 Gt C beregnet for alle andre geo-organiske drivstoffreserver, men vesentlig større enn ~230 Gt C beregnet for andre naturgasskilder. Permafrostreservoaret er estimert til rundt 400 Gt C i Arktis, men det er ikke gjort noen estimater av Mulige Antarktiske reservoarer. Dette er store mengder. Til sammenligning er det totale karbonet i atmosfæren rundt 800 gigatonn (Se Karbon: Forekomst).

disse moderne estimatene er spesielt mindre enn 10.000 Til 11.000 Gt C (2×1016 m3) foreslått av tidligere forskere som en grunn til å vurdere clathrates å være en geo-organisk drivstoffressurs (MacDonald 1990, Kvenvolden 1998). Lavere forekomster av klatrater utelukker ikke deres økonomiske potensial, men et lavere totalvolum og tilsynelatende lav konsentrasjon på de fleste steder tyder på at bare en begrenset prosentandel av klatrater innskudd kan gi en økonomisk levedyktig ressurs.metanklatrater i kontinentale bergarter er fanget i senger av sandstein eller siltstein på dybder på mindre enn 800 m. Prøvetaking indikerer at De er dannet fra en blanding av termisk og mikrobialt avledet gass hvorfra de tyngre hydrokarbonene senere ble selektivt fjernet. Disse forekommer I Alaska, Sibir Og Nord-Canada.I 2008 utvunnet Kanadiske og Japanske forskere en konstant strøm av naturgass fra et testprosjekt På Mallik gas hydrate site i Mackenzie River delta. Dette var den andre slike boring På Mallik: den første fant sted i 2002 og brukte varme til å frigjøre metan. I 2008-eksperimentet var forskerne i stand til å trekke ut gass ved å senke trykket uten oppvarming, noe som krever betydelig mindre energi. Mallik gasshydrat feltet ble først oppdaget Av Imperial Oil i 1971-1972.

Kommersiell bruk

Økonomiske forekomster av hydrat kalles naturgasshydrat (NGH) og lagrer 164 m3 metan, 0,8 m3 vann i 1 m3 hydrat. De FLESTE NGH finnes under havbunnen (95%) der DEN eksisterer i termodynamisk likevekt. Det sedimentære metanhydratreservoaret inneholder sannsynligvis 2-10 ganger dagens kjente reserver av konvensjonell naturgass, fra og med 2013. Dette representerer en potensielt viktig fremtidig kilde til hydrokarbonbrensel. Men i de fleste områder innskudd er antatt å være for spredt for økonomisk utvinning. Andre problemer som står overfor kommersiell utnyttelse er deteksjon av levedyktige reserver og utvikling av teknologien for utvinning av metangass fra hydrat forekomster.i August 2006 annonserte Kina planer om å bruke 800 millioner yuan (us $ 100 millioner) i løpet av de neste 10 årene for å studere naturgasshydrater. En potensielt økonomisk reserve i Mexicogolfen kan inneholde omtrent 100 milliarder kubikkmeter (3,5×1012 cu ft) gass. Bj ④rn Kvamme og Arne Graue ved Institutt For Fysikk og teknologi ved Universitetet I Bergen har utviklet en metode for å injisere CO
2 i hydrater og reversere prosessen; dermed trekke UT CH4 ved direkte utveksling. Metoden Til Universitetet I Bergen blir feltprøvd Av ConocoPhillips Og Det statseide Japan Oil, Gas And Metals National Corporation (JOGMEC), og delvis finansiert av Det Amerikanske Energidepartementet. Prosjektet har allerede nådd injeksjonsfase og analyserte resulterende data innen 12. Mars 2012.Den 12. Mars 2013 annonserte JOGMEC-forskere at de med hell hadde hentet naturgass fra frosset metanhydrat. For å trekke ut gassen ble spesialisert utstyr brukt til å bore inn og trykke ned hydrat innskudd, forårsaker metan å skille fra isen. Gassen ble deretter samlet og rør til overflaten der den ble antent for å bevise sin tilstedeværelse. Ifølge en industri talsperson, «Det er verdens første offshore eksperiment som produserer gass fra metanhydrat». Tidligere var det utvunnet gass fra landbaserte forekomster, men aldri fra offshore forekomster som er mye mer vanlige. Hydrat feltet som gassen ble hentet ligger 50 kilometer (31 mi) fra Sentrale Japan I Nankai Trau, 300 meter (980 ft) under havet. EN talsmann for JOGMEC bemerket «Japan kunne endelig ha en energikilde å kalle sin egen». Marin geolog Mikio Satoh bemerket «Nå vet Vi at utvinning er mulig. Det neste trinnet er å se hvor langt Japan kan få kostnadene ned for å gjøre teknologien økonomisk levedyktig.»Japan anslår at Det er minst 1,1 billioner kubikkmeter metan fanget I Nankai-Troughen, nok til å møte landets behov i mer enn ti år.Både Japan og Kina annonserte I Mai 2017 et gjennombrudd for gruvedrift av metanklatrater, da de hentet metan fra hydrater i Sør-Kinahavet. Kina beskrev resultatet som et gjennombrudd; Praveen Linga fra Institutt For Kjemisk Og Biomolekylær Ingeniørfag ved National University Of Singapore ble enige om «Sammenlignet med resultatene vi har sett Fra Japansk forskning, Har De Kinesiske forskerne klart å trekke ut mye mer gass i deres innsats». Industri konsensus er at kommersiell skala produksjon forblir år unna.Eksperter advarer om at miljøpåvirkninger fortsatt blir undersøkt, og at metan – en drivhusgass med rundt 25 ganger så mye global oppvarmingspotensial over en 100-års periode (GWP100) som karbondioksid—potensielt kan rømme ut i atmosfæren hvis noe går galt. Videre, mens renere enn kull, brenner naturgass også karbonutslipp.