Газовый гидрат

Известные и предполагаемые месторождения газовых гидратов в отложениях и в многолетнемерзлых грунтах

Газовые гидраты - это соединения включения в твердом агрегатном состоянии , состоящие из газа, такого как благородные газы ( аргон , криптон , ксенон ), хлора , брома , ароматических углеводородов или алканов, и воды. Гидраты природного газа в основном содержат такие газы, как метан , диоксид углерода и сероводород . Формы, которые преимущественно содержат определенную молекулу газа, такую ​​как метан, известны, например, как гидрат метана .

история

Газовые гидраты были впервые обнаружены в 1811 году Хамфри Дэви в форме хлоргидрата. Они долгое время считались диковинкой, пока примерно в 1930 году не было обнаружено, что ледяное вещество забивает трубопроводы природного газа в холодных регионах. В 1965 году советский инженер-нефтяник Юрий Макогон обнаружил существование газовых гидратов природного происхождения в отложениях под месторождением природного газа в Сибири.

Эти вещества представляли собой гидрат метана, который образовался с водой в природном газе под давлением трубопровода. Эту проблему с транспортировкой природного газа можно обойти, перевозя с ним определенные химические вещества, ингибиторы . Они изменяют условия, необходимые для образования газовых гидратов, таким образом, что как можно меньше газовых гидратов возникает при температурах и давлениях, преобладающих в трубопроводе. Тем не менее, все больше и больше газовых гидратов может образовываться или накапливаться, особенно на клапанах и инструментах.

Происхождение и возникновение

Газогидрат / метангидрат (белый) хранится в осадке.

Наиболее важными факторами, которые приводят к образованию гидратов природного газа, являются давление , температура и высокая концентрация газа в окружающей среде (свободный газ, растворенный в отложениях или в поровой воде). При высоком давлении, низкой температуре и, соответственно, высокой концентрации газа молекулы газа в отложениях или на морском дне «захватываются» молекулярной решеткой, состоящей из молекул воды, во время образования клатратов . Это создает клетку, состоящую из нескольких молекул воды, в которой заключена молекула газа. Один кубический метр газогидрата содержит около 164 м3 соответствующего газа.

Образование клатратов заполняет поровое пространство осадка, и отложения возникают в виде смеси осадка и газового гидрата. Осадок цементируется и, таким образом, затвердевает газогидратом, что имеет большое значение для устойчивости континентальных склонов. Газогидрат легче воды и удерживается более тяжелыми отложениями на морском дне. Свободный газовый гидрат в толще воды быстро поднимается наверх. По пути он разлагает и переносит соответствующий выпущенный газ (возможно, парниковый газ ) в толщу воды и, возможно, прямо в атмосферу . В донных отложениях газогидрат устойчив до глубины нескольких сотен метров. Среди прочего, из-за процессов седиментации в течение длительного времени, газовые гидраты, образующиеся у поверхности осадка, могут располагаться на больших глубинах под устойчивым покровным слоем. На большей глубине осадка газогидрат снова становится нестабильным из-за теплового потока от земли.

использовать

Структура комка газового гидрата

Во время связывания CO 2 процесс образования гидрата газа предназначен для обеспечения того, чтобы CO 2 от электростанций надежно осаждался на морском дне в течение длительного времени, например, и, таким образом, не мог выбраться в атмосферу. При благоприятных условиях CO 2, искусственно введенный в глубокие слои осадка, может быть преобразован в твердую гидратную структуру и, таким образом, стабильно храниться.

Недавние сейсмические исследования показывают, что количество отложений гидрата метана на дне океана очень велико. Следовательно, они могут быть важным источником энергии , даже если разложение без потерь может оказаться довольно трудным, поскольку метан как парниковый газ не должен попадать в атмосферу в больших количествах. Общее количество парниковых газов от ископаемого топлива должно быть меньше количества парниковых газов, которые могут выделяться из залежей газовых гидратов. И углекислый газ, и метан являются парниковыми газами. Оценки варьируются от в общей сложности более 1000 Giga из кег углерода , который хранится в различных типах газовых гидратов.

Но газовые гидраты представляют интерес не только как источник энергии. Они также обеспечивают устойчивость морского дна в определенных местах. Внезапные перепады температуры или давления и связанное с этим разрушение или дестабилизация слоя газовых гидратов могут вызвать сползание морского дна с континентальных склонов ( Сторегга ), что может привести к цунами .

Газовые гидраты могут упростить транспортировку природного газа на судах. Во время транспортировки потребуется только температура хранения −10 ° C, в отличие от температуры хранения сжиженного природного газа −162 ° C.

Что касается глобального потепления , газовый гидрат следует рассматривать с трех точек зрения:

  • Его использование вызывает споры не только из-за возможных несчастных случаев при добыче полезных ископаемых, но прежде всего из-за того, что это еще одно ископаемое топливо, которое может многократно увеличить потенциал антропогенных выбросов CO 2 .
  • Растущее потепление земли влияет на отложения гидратов в море, таяние которых дополнительно значительно ускорит потепление. Парниковый эффект метана примерно в 30 раз выше, чем у углекислого газа. Наука предполагает, что увеличение выбросов метана можно ожидать через двести-триста лет.
  • Когда метан извлекается из газового гидрата, газ в конструкции сепаратора может быть заменен CO 2 - с одной стороны, будет извлекаться ценный природный газ, а с другой стороны, углекислый газ будет закачиваться на морское дно. Исследователи изучают этот подход в проекте SUGAR, финансируемом Федеральным министерством образования и науки и Федеральным министерством экономики и энергетики .

веб ссылки

Commons : Газовые гидраты  - Коллекция изображений, видео и аудио файлов.

литература

  • Кейт А. Квенволден, Томас Д. Лоренсон: Гидраты природного газа: появление, распространение и обнаружение . Ред .: Чарльз К. Полл, Уильям П. Диллон. Американский геофизический союз, Вашингтон, округ Колумбия 2001, ISBN 978-1-118-66841-2 , DOI : 10,1029 / gm124p0003 .

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ Spektrum.de: Gashydrate im Lexikon der Biologie , по состоянию на 24 мая 2017 г.
  2. ^ Вступление по клатратам. В: Römpp Online . Георг Тиме Верлаг, по состоянию на 24 мая 2017 г.
  3. ↑ Ульрике Флах и др.: Предложение: прочно интегрировать исследования газовых гидратов в исследования по «Системе Земля» и «Новым технологиям» . 29 сентября 2004 г., BT-Drs. 15/3814
  4. ↑ Кевин Буллис: Транспортировка природного газа стала проще. В: Обзор технологий . 9 сентября 2010 г. Проверено 28 июля 2017 .
  5. ↑ Дитер Ломанн и Надя Подбрегар: В фокусе: Природные ресурсы. Ищем сырье. Springer, Берлин, Гейдельберг, 2012 г., ISBN 978-3-642-22611-3 , стр. 5-6.
  6. ↑ Мари Хайденрайх: Газовый гидрат может привести к мировой энергетической революции. В: Исследования в области устойчивого развития (FONA) . 14 августа, 2017. Проверено 17 августа, 2017 .