Исследователи всех стран мира активно ищут альтернативные источники энергии, которые бы не разрушали землю и не засоряли атмосферу. Одним из вариантов являются газогидраты — это твердые кристаллические соединения, образующиеся под высоким давлением при низкой температуре, обычно в морских отложениях или в вечной мерзлоте. В таких соединениях молекулы газа (чаще всего метана) заключены в структуру молекул воды, напоминающую лёд.
В статье расскажем о разработках технологий добычи метана из газовых гидратов в мире и в России. Попытаемся ответить на вопросы: смогут ли они служить источником энергии для стран без традиционных ресурсов и насколько процесс добычи метана из гидратов может вредить экологии?
Где встречаются и для чего могут использоваться?
Газогидраты располагаются в вечной мерзлоте и в осадочных слоях морского дна на глубинах более 300–500 метров. Они считаются возможным источником природного газа, особенно для стран, у которых нет традиционных месторождений. Один кубометр газогидрата может содержать до 160–180 кубометров метана. Скопления газогидратов обнаружены в Арктике (Россия, Канада, Аляска), в Индийском океане, у побережья Японии, Китая, США. Ведутся разработки по использованию газовых гидратов как варианта хранения метана, что позволяет удерживать большие объёмы газа в малых объёмах.
Газогидраты в России: основные направления
В нашей стране существуют зоны, в которых возможна добыча метана из газовых гидратов.
Озеро Байкал — уникальный природный резервуар, где были обнаружены газогидраты, преимущественно метановые. Основная зона — южная часть Байкала, там зафиксирована аномальная тепловая активность и выходы газа. Исследования ведёет Институт земной коры Сибирское отделение Российской академии наук и Лимнологический институт РАН.
Газогидраты на Байкале имеют определённые особенности: они залегают на относительно небольшой глубине (по сравнению с морским дном); связаны с активными геотермальными и тектоническими зонами; в озере наблюдаются “газовые фонтаны” — выход метана в воду, особенно при изменении температуры и давления.
Пока газогидраты на Байкале не имеют практического применения — это объект научного интереса, наблюдений и мониторинга в контексте экологии и геологии.
Шельфы Арктики и зона вечной мерзлоты. Здесь обнаружены крупнейшие в мире запасы газа в форме гидратов. Перспективными считаются: Ямало-Ненецкий автономный округ; Таймыр; шельф Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского морей. В Арктике ведутся работы по оценке запасов, бурению экспериментальных скважин, анализу стабильности гидратов и рисков для инфраструктуры.
Пока Россия не ведет промышленную добычу газогидратов, но активно разрабатывает технологии добычи при помощи подогрева, снижения давления или закачки ингибиторов (например, CO₂). Тестируются опытные лабораторные установки и моделируются процессы добычи.
Зарубежные проекты
Япония — мировой лидер в исследованиях. У страны нет значительных собственных запасов газа, и газогидраты рассматриваются как альтернативный источник. Проект MH21 — национальная программа по исследованию и разработке технологий добычи метановых гидратов. Первый успешный эксперимент по добыче был проведён в 2013 году на шельфе у острова Хонсю. Использовалась технология депрессии давления (разгерметизация пласта). В 2017 году добыча была повторена, однако оба эксперимента прекратили из-за технических проблем и обрушения скважин. Цель Японии — коммерческая добыча к 2030 году.
Китай. В 2017 году Китай провёл успешный и длительный эксперимент по добыче газа из гидратов в Южно-Китайском море (район Шэньху). Использовалась технология снижения давления, добыча велась непрерывно более 60 дней. За это время было извлечено 300 тыс. кубометров газа.
США. Работы ведутся на Аляске (в вечной мерзлоте) и в Мексиканском заливе. Alaska North Slope — район исследований, где тестируется закачка CO₂/N₂ в пласт, что позволяет вытеснять метан и одновременно связывать углекислый газ в гидратах. Исследования проводятся при участии DOE (Министерства энергетики США) и ряда университетов.
Индия. Исследует шельф Бенгальского залива. Геологоразведочные работы выявили богатые запасы метангидратов. Индия рассматривает их как ключ к энергетической безопасности.
Возможные риски и проблемы
Вечная мерзлота с газогидратами может выделять метан (мощный парниковый газ) при таянии, чточная мерзлота представляет угрозу как климатическую, так и геологическую. На Байкале наблюдается активное газовыделение, связанное с гидратами, и это находится под пристальным контролем экологов.
В районах вечной мерзлоты и морского дна скопления метановых гидратов могут влиять на прочность грунта, их разрушение может вызвать оползни, обвалы, выход газа. Это необходимо учитывать при строительстве платформ и прокладке трубопроводов.
В ходе испытаний при разработке метановых гидратов возникают трудности, поскольку необходима сложная техника для контроля за давлением, температурой и составом раствора, также требуются большие энергозатраты.
Энергетика и экология
Во многих технологиях по добыче метана из газогидратов углекислый газ (CO₂) используется в качестве рабочего вещества, но сам он не образуется естественным образом в этом процессе в значительных количествах. Углекислый газ чаще всего привозят с промышленных предприятий, где получают как побочный продукт сжигания топлива, производства цемента, аммиака.
Такой газ закачивают в пласт, он вытесняет метан из гидратов благодаря схожей молекулярной форме. После первой закачки часть CO₂ растворяется в воде, превращаясь в бикарбонаты и карбонаты. При нагревании или снижении давления его можно вновь выделить и использовать повторно. Так происходит регенерация диоксида углерода из углеродосодержащих растворов.
Этот метод одновременно позволяет добывать энергоноситель (метан) и связывать парниковый газ (CO₂) в стабильной форме, что предотвращает разрушение породы. То есть, получается “два в одном”: энергетика и экология.
Сегодня технологии регенерации диоксида углерода из углеродсодержащих растворов отрабатываются в научных экспериментах на Аляске, в Японии, Китае в рамках исследований углеродно-нейтральных технологий. Но пока этот процесс не масштабирован до промышленного уровня ни в одной из стран мира.
Перспективы
Газогидраты — богатейший ресурс, особенно для России, которая обладает огромной территорией с условиями для их образования. Пока это не промышленный источник газа, но в будущем возможно их использование для энергетических нужд, хранения метана и даже как часть климатических стратегий (например, замещение выбросов CO₂ закачкой в гидраты). Ведутся интенсивные исследования.
Зарубежные проекты уже доказали возможность контролируемой добычи метана из гидратов, но до массового применения ещё далеко.
Экологические риски реальны, но при грамотном подходе газогидраты скорее всего смогут стать мостом между традиционными ископаемыми и «зелёной» энергетикой. Правда ждать этого, видимо, придётся ещё довольно долго.
