Sursa: USGS
clatrații de metan sunt limitați la litosfera superficială (adică< 2.000 m adâncime). În plus, condițiile necesare se găsesc numai în rocile sedimentare continentale din regiunile polare în care temperaturile medii ale suprafeței sunt mai mici de 0 centimetrii C; sau în sedimentele oceanice la adâncimi ale apei mai mari de 300 m, unde temperatura apei de fund este de aproximativ 2 centimetrii C. În plus, lacurile cu apă dulce de adâncime pot găzdui și hidrați de gaz, de exemplu, Lacul Baikal, Siberia. Depozitele continentale au fost situate în Siberia și Alaska în paturi de gresie și siltstone la mai puțin de 800 m adâncime. Depozitele oceanice par a fi răspândite în platoul continental (vezi Fig.) și poate apărea în sedimente la adâncime sau aproape de interfața sediment-apă. Acestea pot acoperi depozite și mai mari de metan gazos.
OceanicEdit
există două tipuri distincte de depozite oceanice. Cel mai frecvent este dominat (> 99%) de metanul conținut într-o structură i clatrat și găsit în general la adâncime în sediment. Aici, metanul este izotopic ușor (ctx13c < -60cq), ceea ce indică faptul că este derivat din reducerea microbiană a CO2. Se crede că clatrații din aceste depozite adânci s-au format in situ din metanul produs microbial, deoarece valorile xc13c ale clatratului și metanului dizolvat înconjurător sunt similare. Cu toate acestea, se crede, de asemenea, că apa dulce utilizată în presurizarea puțurilor de petrol și gaze din permafrost și de-a lungul rafturilor continentale din întreaga lume se combină cu metanul natural pentru a forma clatrat la adâncime și presiune, deoarece hidrații de metan sunt mai stabili în apa dulce decât în apa sărată. Variațiile locale pot fi foarte frecvente, deoarece actul de formare a hidratului, care extrage apa pură din apele de formare salină, poate duce adesea la creșteri locale și potențial semnificative ale salinității apei de formare. Hidrații exclud în mod normal sarea din fluidul porilor din care se formează, astfel prezintă o rezistivitate electrică ridicată la fel ca gheața, iar sedimentele care conțin hidrați au o rezistivitate mai mare în comparație cu sedimentele fără hidrați de gaz (judecător ).:9
aceste depozite sunt situate într-o zonă de adâncime medie de aproximativ 300-500 m grosime în sedimente (zona de stabilitate a hidratului de gaz sau GHSZ) unde coexistă cu metanul dizolvat în apele poroase proaspete, nu sărate. Deasupra acestei zone metanul este prezent doar în forma sa dizolvată la concentrații care scad spre suprafața sedimentului. Sub el, metanul este gazos. La Blake Ridge pe ascensiunea continentală Atlantică, GHSZ a început la 190 m adâncime și a continuat până la 450 m, unde a ajuns la echilibru cu faza gazoasă. Măsurătorile au indicat că metanul a ocupat 0-9% în volum în GHSZ și ~12% în zona gazoasă.
în cel de-al doilea tip mai puțin frecvent întâlnit în apropierea suprafeței sedimentului, unele probe au o proporție mai mare de hidrocarburi cu lanț mai lung (< 99% metan) conținute într-un clatrat de structură II. Carbonul de la acest tip de clatrat este izotopic mai greu (de la -29 la -57 de la -27 de la -57 de la -57 de la -2) și se crede că a migrat în sus din sedimente adânci, unde metanul s-a format prin descompunerea termică a materiei organice. Exemple de acest tip de depozit au fost găsite în Golful Mexic și Marea Caspică.
unele depozite au caracteristici intermediare între tipurile de surse microbiale și termice și sunt considerate a fi formate dintr-un amestec al celor două.
metanul din hidrații de gaz este generat în mod dominant de consorțiile microbiene care degradează materia organică în medii cu conținut scăzut de oxigen, metanul însuși fiind produs de archaea metanogenă. Materia organică din cei câțiva centimetri superiori ai sedimentelor este atacată mai întâi de bacteriile aerobe, generând CO2, care scapă din sedimente în coloana de apă. Sub această regiune de activitate aerobă, procesele anaerobe preiau, inclusiv, succesiv cu adâncimea, reducerea microbiană a nitritului/nitratului, oxizilor metalici și apoi sulfații sunt reduși la sulfuri. În cele din urmă, odată ce sulfatul este consumat, metanogeneza devine o cale dominantă pentru remineralizarea carbonului organic.
dacă rata de sedimentare este scăzută (aproximativ 1 cm / an), conținutul de carbon organic este scăzut (aproximativ 1% ), iar oxigenul este abundent, bacteriile aerobe pot consuma toată materia organică din sedimente mai repede decât oxigenul este epuizat, deci acceptorii de electroni cu energie mai mică nu sunt utilizați. Dar acolo unde ratele de sedimentare și conținutul de carbon organic sunt ridicate, ceea ce se întâmplă de obicei pe rafturile continentale și sub zonele de creștere a curentului de graniță vestică, apa porilor din sedimente devine anoxică la adâncimi de doar câțiva centimetri sau mai puțin. În astfel de sedimente marine bogate în organice, sulfatul devine apoi cel mai important acceptor de electroni terminali datorită concentrației sale ridicate în apa de mare, deși și el este epuizat de o adâncime de centimetri până la metri. Sub aceasta, se produce metan. Această producție de metan este un proces destul de complicat, necesitând un mediu foarte reducător (Eh -350 până la -450 mV) și un pH între 6 și 8, precum și o consorție sintrofică complexă de diferite soiuri de archaea și bacterii, deși numai archaea emit efectiv metan.
în unele regiuni (de ex., Golful Mexic, bazinul Joetsu) metanul din clatrați poate fi cel puțin parțial derivat din degradarea termică a materiei organice (de exemplu, generarea de petrol), uleiul formând chiar o componentă exotică în hidratul însuși care poate fi recuperat atunci când hidratul este disociat. Metanul din clatrați are de obicei o semnătură izotopică biogenică și o variabilă foarte mare de la -40 la -100 de la -100 de la -65 de la -4c, cu o medie aproximativă de aproximativ . Sub zona clatraților solizi, volume mari de metan pot forma bule de gaz liber în sedimente.
prezența clatraților la un anumit sit poate fi adesea determinată prin observarea unui „reflector de simulare a fundului” (BSR), care este o reflecție seismică la sedimentul la interfața zonei de stabilitate a clatratului cauzată de densitățile inegale ale sedimentelor normale și ale celor dantelate cu clatrați.
hidrat de gaz pingos au fost descoperite în oceanele arctice Marea Barents. Metanul clocotește din aceste structuri asemănătoare cupolei, cu unele dintre aceste flăcări de gaz care se extind aproape de suprafața mării.
dimensiunea rezervorului
dimensiunea rezervorului de clatrat de metan oceanic este puțin cunoscută, iar estimările dimensiunii sale au scăzut cu aproximativ un ordin de mărime pe deceniu de când s-a recunoscut pentru prima dată că clatrații ar putea exista în oceane în anii 1960 și 1970. cele mai mari estimări (de exemplu, 3 1018 m3) s-au bazat pe presupunerea că clatrații complet densi ar putea arunca întregul etaj al oceanului adânc. Îmbunătățirile în înțelegerea chimiei clatratului și a sedimentologiei au arătat că hidrații se formează doar într–o gamă îngustă de adâncimi (rafturi continentale), doar în unele locații din gama de adâncimi unde ar putea apărea (10-30% din zona de stabilitate a hidratului de gaz) și, de obicei, se găsesc la concentrații scăzute (0,9-1,5% în volum) în locurile în care apar. Estimările recente, limitate de eșantionarea directă, sugerează că inventarul global ocupă între 1 1015 și 5 1015 metri cubi (0,24 și 1,2 milioane mile cubi). Această estimare, care corespunde la 500-2500 gigatone de carbon (Gt C), este mai mică decât 5000 Gt C estimat pentru toate celelalte rezerve de combustibil geo-organic, dar substanțial mai mare decât ~230 Gt C estimat pentru alte surse de gaze naturale. Rezervorul de permafrost a fost estimat la aproximativ 400 Gt C în Arctica, dar nu s-au făcut estimări ale posibilelor rezervoare Antarctice. Acestea sunt cantități mari. În comparație, carbonul total din atmosferă este de aproximativ 800 gigatoni (vezi Carbon: apariție).
aceste estimări moderne sunt în mod semnificativ mai mici decât cele 10.000 până la 11.000 Gt C (2 1016 m3) propuse de cercetătorii anteriori ca motiv pentru a considera clatratele ca fiind o resursă de combustibil geo-organic (MacDonald 1990, Kvenvolden 1998). Abundența mai mică a clatraților nu exclude potențialul lor economic, dar un volum total mai mic și o concentrație aparent scăzută la majoritatea siturilor sugerează că doar un procent limitat de depozite de clatrați poate oferi o resursă viabilă din punct de vedere economic.
ContinentalEdit
clatrații de metan din rocile continentale sunt prinși în paturi de gresie sau siltstone la adâncimi mai mici de 800 m. eșantionarea indică faptul că sunt formați dintr-un amestec de gaz derivat termic și microbial din care hidrocarburile mai grele au fost ulterior îndepărtate selectiv. Acestea apar în Alaska, Siberia și Nordul Canadei.
în 2008, cercetătorii canadieni și japonezi au extras un flux constant de gaze naturale dintr-un proiect de testare la situl Mallik gas hydrate din Delta râului Mackenzie. Acesta a fost al doilea astfel de foraj la Mallik: primul a avut loc în 2002 și a folosit căldură pentru a elibera metan. În experimentul din 2008, cercetătorii au reușit să extragă gaz prin scăderea presiunii, fără încălzire, necesitând semnificativ mai puțină energie. Câmpul hidrat de gaz Mallik a fost descoperit pentru prima dată de Imperial Oil în 1971-1972.
utilizare Comercialăedit
depozitele economice de hidrat sunt denumite hidrat de gaze naturale (NGH) și stochează 164 m3 de metan, 0,8 m3 apă în 1 m3 hidrat. Majoritatea NGH se găsește sub fundul mării (95%) unde există în echilibru termodinamic. Rezervorul sedimentar de hidrat de metan conține probabil de 2-10 ori rezervele cunoscute în prezent de gaze naturale convenționale, începând cu 2013. Aceasta reprezintă o sursă viitoare potențial importantă de combustibil cu hidrocarburi. Cu toate acestea, în majoritatea siturilor se consideră că depozitele sunt prea dispersate pentru extracția economică. Alte probleme cu care se confruntă exploatarea comercială sunt detectarea rezervelor viabile și dezvoltarea tehnologiei de extragere a gazului metan din depozitele de hidrați.în August 2006, China a anunțat planurile de a cheltui 800 de milioane de yuani (100 milioane USD) în următorii 10 ani pentru a studia hidrații de gaze naturale. O rezervă potențial economică în Golful Mexic poate conține aproximativ 100 de miliarde de metri cubi (3,5 1012 cu ft) de gaz. BJ Kvamme și Arne Graue de la Institutul de Fizică și tehnologie de la Universitatea din Bergen au dezvoltat o metodă de injectare a CO
2 în hidrați și inversarea procesului; extragând astfel CH4 prin schimb direct. Metoda Universității din Bergen este testată pe teren de ConocoPhillips și Corporația Națională de petrol, gaze și metale din Japonia (Jogmec) și finanțată parțial de Departamentul de energie al SUA. Proiectul a ajuns deja în faza de injecție și analiza datele rezultate până la 12 martie 2012.
pe 12 martie 2013, cercetătorii JOGMEC au anunțat că au extras cu succes gazul natural din hidratul de metan înghețat. Pentru a extrage gazul, s-au folosit echipamente specializate pentru forarea și depresurizarea depozitelor de hidrați, determinând separarea metanului de gheață. Gazul a fost apoi colectat și transportat la suprafață unde a fost aprins pentru a-și dovedi prezența. Potrivit unui purtător de cuvânt al industriei, „este primul experiment offshore din lume care produce gaz din hidrat de metan”. Anterior, gazul fusese extras din depozitele onshore, dar niciodată din depozitele offshore, care sunt mult mai frecvente. Câmpul hidrat din care a fost extras gazul este situat la 50 de kilometri (31 mi) de centrul Japoniei în jgheabul Nankai, la 300 de metri (980 ft) sub mare. Un purtător de cuvânt al JOGMEC a remarcat că „Japonia ar putea avea în sfârșit o sursă de energie pe care să o numească proprie”. Geologul marin Mikio Satoh a remarcat „acum știm că extracția este posibilă. Următorul pas este să vedem cât de departe Japonia poate reduce costurile pentru a face tehnologia viabilă din punct de vedere economic.”Japonia estimează că există cel puțin 1,1 trilioane de metri cubi de metan prinși în jgheabul Nankai, suficient pentru a satisface nevoile țării de mai bine de zece ani.atât Japonia ,cât și China au anunțat în mai 2017 o descoperire pentru clatrații de metan Minier, când au extras metanul din hidrații din Marea Chinei de Sud. China a descris rezultatul ca un progres; Praveen Linga de la Departamentul de Inginerie Chimică și Biomoleculară de la Universitatea Națională din Singapore a fost de acord „în comparație cu rezultatele pe care le-am văzut din cercetările japoneze, oamenii de știință chinezi au reușit să extragă mult mai mult gaz în eforturile lor”. Consensul industriei este că producția la scară comercială rămâne la ani distanță.
preocupări de mediu
experții avertizează că impactul asupra mediului este încă investigat și că metanul—un gaz cu efect de seră cu un potențial de încălzire globală de aproximativ 25 de ori mai mare pe o perioadă de 100 de ani (GWP100) decât dioxidul de carbon-ar putea scăpa în atmosferă dacă ceva nu merge bine. Mai mult, deși este mai curat decât cărbunele, arderea gazelor naturale creează și emisii de carbon.