Що таке газогідрати, і чому Арктика є найбагатшим сховищем палива

НУДНА ФІЗИКА

Вода є речовиною з унікальними властивостями. Завдяки ним стало можливим саме існування життя в тій єдиній формі, яка нам відома. Однак для теми цієї статті важлива здатність води формувати незвичайні з'єднання. Уявіть: в простір між атомами якоїсь молекули (її називають "господар") вклинюється інша молекула ("гість"). Тобто речовина "гість" виявляється як би укладена в клітку, утворену кристалічною решіткою "господаря". Образ клітини для молекули дав привід назвати такі сполуки клатратами (від латинського clathratus – заточений за ґрати).

Подібне явище відбувається при досить високому тиску або при низьких температурах. Ще один важливий момент: клатрати є вельми нестійкими сполуками. Трохи знизилася тиск або підвищилася температура – і вони розпадаються на складові. Для теми цієї статті важливо те, що в деяких ситуаціях молекули води створюють описану вище "клітку" для молекул метану – головного компонента знайомого всім нам природного газу. 

Деокупація півдня країни – як українські військові відвойовують території

Заборона на пересування країною для військовозобов'язаних – всі деталі

Ракетні удари по мирних українськиих містах - липень 2022

Ядерний тероризм Росії

Палаючий шматок газогідрату

ДЕ ВИДОБУВАТИМУТЬ ГАЗОГІДРАТИ

Клатрати (ті з них, які утворилися в природі, називають газогідратами) зустрічаються на дні морів і океанів, а на суші – в Арктиці.

ТУНДРА. Гіпотезу, що в Арктиці, в мерзлих породах, є великі поклади газогідратів, висловили радянські вчені ще в 40-х роках XX ст. Через 25 років здогад підтвердився під час розвідувальних робіт на "звичайний" природний газ. З'ясувалося, що скупчення газогідратів в арктичних частинах Сибіру і Канади знаходяться на глибинах 200-800 м. В ту ж епоху з'являються ідеї про використання цих родовищ як джерела вуглеводнів. Відкриття принесло не тільки обнадійливі перспективи, а й породило проблеми для виробничників: викиди метану, що вивільняються з газогідратів, заважали буріння свердловин, навіть викликали пожежі. Крім того, газогідратні з'єднання, що зовні нагадують спресований бруднуватий сніг, осідали на внутрішніх стінках трубопроводів. Що, врешті-решт, приводило до поломок обладнання.

Однак запаси газогідратів, виявлені на суші – незначна дрібниця в порівнянні з тим, що знаходиться на дні океанів.

ОКЕАН. Якщо в Арктиці формування покладів "метанового морозива" сприяють холоду, то в океанах на перше місце виходить тиск товщі води. А в північних басейнах, до слова, впливають обидва фактори. Морські геологи з'ясували, що в товщі донних опадів, під шаром води в 300-400 м, є колосальні скупчення газогідратів. Найбільша загальна оцінка показала: їх в Світовому океані мінімум в два рази більше запасів розвіданих до теперішнього часу родовищ нафти, природного газу і вугілля.

Крім морів, скупчення газогідратів знайдені в найглибшому озері планети – Байкалі. Місцеві жителі завжди знали: подекуди з дна б'ють струмені газу – над такими місцями можна бачити вмерзле в лід білуваті бульбашки. Знаменитий геолог В. Обручов писав ще на початку XX століття: "Якщо лід пробити спритним ударом пешні і підвести до отвору запалений сірник – з отвору виривається полум'я на висоту до сажні, залежно від розміру бульбашки". Подібне явище можна бачити і на водосховищі Ейбрахам (Канада). Правда, тут вмерзлий в лід метан утворюється не з донних газогідратів, а з гниючої під товщею води органіки.

Знахідка. Замерзлий метан, витягнутий з дна океану. Фото: worldoceanreview.com

СТРАШНІ ІСТОРІЇ З МИНУЛОГО, СЬОГОДЕННЯ І МАЙБУТНЬОГО

Відкриття скупчень газогідратів дало привід по-іншому поглянути на ряд природних явищ. Деякі з них виявилося можливим пояснити раптовими викидами метану з покладів газогідратів.

КРАТЕРИ. У 2012 році на півострові Ямал хтось із місцевих виявив величезну діру. Її діаметр був близько п'яти метрів, а глибину встановити так і не вдалося. Незабаром на місці вузької діри утворилася западина, схожа на метеоритний кратер. Сьогодні її глибина сягає 50-70 м, на 80% її обсяг заповнений льодом. Пояснення того, що сталося знайшлося швидко: причиною феномена виявився метан. Через потепління клімату він почав вивільнятися з розташованих під поверхнею газогідратів. Газ накопичувався в порах грунту, а коли тиск перевищив якусь межу – стався миттєвий викид, що породив ту саму дірку, виявлену оленярів.

Ямал. Вражаюча воронка на місці прориву метану

ВИМИРАННЯ. 252 млн років тому сталася найбільша драма в тваринному світі. Тоді зникли 96% всіх морських і 73% наземних видів хребетних. Більш того, загинули 83% видів комах, відомих своєю живучістю. Є кілька пояснень події. Одне з них отримало назву "теорія метангідратного рушниці", і ідея її в наступному. Зростаюча температура Світового океану спровокувала взривоподібний виділення метану з донних покладів. Метан – один з т. зв. парникових газів, що викликають потепління. А далі пішла ланцюгова реакція: потепління провокує вивільнення нових порцій метану, вони – знову нагрівають повітря ...

Ще одне страшне вимирання, яке можна пояснити тією ж причиною, відбулося, за геологічними мірками, нещодавно – 55 млн років тому. Тоді зникли примітивні ссавці, а їх місце зайняли нові тварини, в тому числі і наші предки – перші примати.

ТАЄМНИЦЯ БЕРМУД. Проривами метану пояснюють і катастрофи в Бермудському трикутнику. Нібито вириваються на поверхню океану гігантські бульбашки газу лопаються, і утворюється воронка затягує корабель, який опинився поруч.

Гіпотеза. Аварія біля Бермудських островів

DEEPWATER HORIZON. Але на відміну від набридлих легенд про Бермудському трикутнику, є історія, коли люди реально зіткнулися з небезпекою, викликаною безтурботним ставленням до газогідратів. У 2010 році в Мексиканській затоці сталася аварія на нафтовій платформі Deepwater Horizon. Від вибуху і пожежі загинуло 11 осіб, а через пошкодження бурової колони в воду на глибині 1500 м вилилося стільки нафти, що, виринувши на поверхню, вона забруднила 5% поверхні Мексиканської затоки.

Причиною катастрофи стали якраз викиди метану з донних газогідратів, з якими не змогла впоратися конструкція бурової платформи. Щоб заглушити оскаженілу свердловину, на її гирлі, що знаходиться на дні затоки, спробували опустити сталевий купол вагою 100 т. За ідеєю, важенне споруда мала припинити викид нафти і газів. Однак ніхто не врахував, що під куполом стане рости тиск від скупчуються газів і на внутрішній поверхні почнуть відкладатися всі ті ж газогідрати. Оскільки вони легші за воду, в якийсь момент купол почав рухатися. Довелося конструкцію піднімати і вживати додаткових заходів. А нафта продовжувала виливатися в Мексиканську затоку.

НОВЕ ДЖЕРЕЛО ВУГЛЕВОДНЯ – ГОНКА СТАРТУВАЛА

Ми вже наголошували, що кількість газогідратів в Світовому океані в багато разів перевершує запаси розвіданих родовищ вуглеводів. З 1 куб. м цієї речовини можна отримати близько 160 куб. м метану. Але до недавнього часу цей факт ажіотажу не викликав: технологій, що дозволяють отримувати метан з газогідратів, за собівартістю порівнянних із собівартістю видобутку природного або сланцевого газу, поки немає. Наступ цього моменту експерти очікують приблизно через 10-15 років. Адже тільки в останні десять років відразу кілька держав почали серйозно фінансувати технології видобутку метану з газогідратів.

У 2008 р пробна видобуток газогідратів проводилася на родовищі Маллік в гирлі річки Маккензі (Канада). За тиждень було видобуто 13 тис. Куб. м газу.

Першими, хто спробував отримати користь з підводних газогідратів, стали японці. У 2012 р судно "Тікю" виконало буріння експериментальних свердловин глибиною 260 м нижче океанського дна. Пробна видобуток вівся лише тиждень в 2013 році, але результати виявилися обнадійливими, і початок освоєння родовища заплановано на 2018 г. Можна зрозуміти заінтересова нность Японії на початку видобутку: на цьому родовищі можна витягти 1 трлн куб. м метану, чого країні вистачить, щоб повністю покрити споживання протягом 10 років. Для порівняння: приблизно в таку ж величину НАК "Нафтогаз України" оцінює доведені запаси газу в Україні (1,04 трлн куб. м) Правда, самі японці не приховують, що над технологією ще доведеться серйозно попрацювати: аварія на платформі Deepwater Horizon показала, що з газогідратами потрібно звертатися обережно.

У травні цього року з'явилося офіційне повідомлення геологічної служби міністерства земельних і природних ресурсів КНР про "історичний прорив" в цій галузі. Воно витримано в характерній для китайського офіціозу стриманій манері, яка не містить деталей. Відомо лише, що з родовища на глибині 200 м, що знаходиться під шаром води 1200 м, за тиждень було отримано 120 тис. Куб. м газу з вмістом метану 99,5%. На суші китайці мають намір розробляти поклади газогідратів в зоні вічної мерзлоти на Тибетському плато.

Індія також почала фінансувати національну дослідницьку програму по газогідратів ще в середині 90-х. Головним об'єктом її діяльності стало родовище в Бенгальській затоці. Власні програми мають ЄС, США (на Алясці), Малайзія, Мексика, В'єтнам.

Успіх. Китайські геологи після завершення дослідного видобутку в море. Фото: cgs.gov.cn

УКРАЇНСЬКА ПЕРСПЕКТИВА

Надра нашої країни в цілому ніяк не обділені запасами вуглеводнів. На території України є "класичні" родовища природного газу і нафти. Фахівці заявляють про гарні перспективи на видобуток сланцевого газу.

У той же час, набагато менше говориться про те, що під дном Чорного моря виявлені вельми солідні поклади газогідратів. Геологічні дослідження цього мінерального ресурсу в акваторії Чорного моря дуже енергійно велися за часів Радянського Союзу. На жаль, після здобуття незалежності у країни вже не вистачало грошей на фінансування морської геології, а також дослідницькі роботи тривали лише епізодично. В одному з інтерв'ю відомий український геолог, академік Євген Шнюков наводить такі цифри: газогідрати в Чорному морі залягають на величезній площі, шаром товщиною до 400 м, а запаси метану, пов'язані в цих з'єднаннях, досягають 25 трлн куб м. З них приблизно третина припадає на частку України. Очевидно, що в нинішній ситуації про якийсь видобутку "мерзлого газу" в нашій країні не йдеться: немає ні фінансів, ні наукової, ні технологічної бази.

Однак часи змінюються, і цілком можливо, що в майбутньому наша країна зуміє роздрукувати газогідратних "заначку" в Чорному морі.