Gas hidrat adalah massa es dengan gas hidrokarbon yang terkandung di dalamnya, paling sering metana, atau campuran air dan metana dalam konsentrasi tertentu, yang mampu membentuk es dalam kondisi termobarik tertentu. Gas hidrat, misalnya, terbentuk pada 0 Celcius dan pada tekanan 25 atmosfer. Jika suhu lebih tinggi, maka peningkatan tekanan air diperlukan untuk pembentukan hidrat gas. Itulah sebabnya hidrat gas ditemukan terutama di lautan dan laut pada kedalaman 300 hingga 1200 meter.

Elemen utama dari hidrat gas adalah sel kristal molekul air, di dalamnya terdapat molekul gas yang mudah terbakar. Sel-selnya membentuk kisi kristal padat, mirip dengan es.

Gas hidrat pertama kali ditemukan pada pertengahan 1970-an oleh nelayan Kanada. Seringkali, ketika pukat dengan ikan diangkat dari kedalaman, potongan-potongan besar zat seperti salju yang diwarnai dengan lumpur dasar ternyata ada di dalamnya. Terpikir oleh seseorang untuk membakar "salju" laut dalam ini. Dan dia terbakar!

Ada teori yang menyatakan bahwa, pada waktu tertentu, karena berbagai fenomena fluktuasi, kondisi muncul ketika gas dilepaskan dari sel kristal air, membentuk lubang vakum dengan energi potensial tinggi, tempat kapal, pesawat, dan segala sesuatu yang bergerak di atasnya. dan di seberang lautan menghilang, jatuh. Jika kita memperhitungkan bahwa di daerah Segitiga Bermuda di dasar lautan terdapat deposit hidrat gas yang besar (1500-2010 m) dengan gas metana, maka teka-teki Segitiga Bermuda dapat dianggap terpecahkan.

Metana hidrat - bahan bakar gas masa depan

Terlepas dari pengembangan sumber energi alternatif, bahan bakar fosil masih bertahan dan, di masa mendatang, akan mempertahankan peran utama dalam keseimbangan bahan bakar planet ini. Menurut para ahli ExxonMobil, konsumsi energi dalam 30 tahun ke depan di planet ini akan meningkat setengahnya. Seiring dengan menurunnya produktivitas deposit hidrokarbon yang diketahui, deposit besar baru yang ditemukan semakin sedikit, dan penggunaan batubara merusak lingkungan. Namun, berkurangnya cadangan hidrokarbon konvensional dapat diimbangi.

Pakar ExxonMobil yang sama tidak cenderung mendramatisasi situasi.

Pertama, teknologi produksi minyak dan gas berkembang. Hari ini di Teluk Meksiko, misalnya, minyak diekstraksi dari kedalaman 2,5-3 km di bawah permukaan air, kedalaman seperti itu tidak terpikirkan 15 tahun yang lalu.

Kedua, teknologi untuk memproses jenis kompleks hidrokarbon (minyak berat dan asam) dan pengganti minyak (aspal, pasir minyak) sedang dikembangkan. Hal ini memungkinkan untuk kembali ke area penambangan tradisional dan melanjutkan pekerjaan di sana, serta memulai penambangan di area baru. Misalnya, di Tatarstan, dengan dukungan Shell, produksi yang disebut "minyak berat" dimulai. Di Kuzbass, proyek untuk ekstraksi metana dari lapisan batubara sedang dikembangkan.

Arah ketiga untuk mempertahankan tingkat produksi hidrokarbon dikaitkan dengan pencarian cara untuk menggunakan jenis non-tradisional mereka. Di antara jenis bahan baku hidrokarbon baru yang menjanjikan, para ilmuwan memilih metana hidrat, yang cadangannya di planet ini, menurut perkiraan sementara, setidaknya 250 triliun meter kubik (dalam hal nilai energi, ini 2 kali lebih banyak dari nilai semua cadangan minyak, batu bara dan gas di planet ini digabungkan).

Metana hidrat adalah senyawa supramolekul metana dengan air. Di bawah ini adalah model metana hidrat pada tingkat molekuler. Sebuah kisi molekul air (es) terbentuk di sekitar molekul metana. Senyawa ini stabil pada suhu rendah dan tekanan tinggi. Misalnya, metana hidrat stabil pada 0 °C dan tekanan pada orde 25 bar atau lebih. Tekanan tersebut terjadi pada kedalaman sekitar 250 m di laut.Pada tekanan atmosfer, metana hidrat tetap stabil pada suhu 80 °C.

Jika metana hidrat dipanaskan atau tekanannya dinaikkan, senyawa tersebut terurai menjadi air dan gas alam (metana). Dari satu meter kubik metana hidrat pada tekanan atmosfer normal, 164 meter kubik gas alam dapat diperoleh.

Menurut Departemen Energi AS, cadangan metana hidrat di planet ini sangat besar. Namun, hingga saat ini senyawa ini praktis tidak digunakan sebagai sumber energi. Departemen telah mengembangkan dan menerapkan seluruh program (program R&D) untuk mencari, mengevaluasi, dan mengkomersialkan ekstraksi metana hidrat.

Bukan kebetulan bahwa Amerika Serikat siap mengalokasikan dana yang signifikan untuk pengembangan teknologi ekstraksi metana hidrat. Gas alam menyumbang hampir 23% dari neraca bahan bakar negara. Sebagian besar gas alam AS bersumber melalui pipa dari Kanada. Pada tahun 2007, konsumsi gas alam di dalam negeri sebesar 623 miliar meter kubik. m. Pada tahun 2030, dapat tumbuh sebesar 18-20%. Menggunakan ladang gas alam konvensional di AS, Kanada, dan lepas pantai, tidak mungkin menyediakan tingkat produksi seperti itu.

Bukan rahasia lagi bahwa saat ini sumber tradisional hidrokarbon semakin berkurang dan semakin aktif, dan fakta ini membuat umat manusia berpikir tentang energi masa depan. Oleh karena itu, vektor pengembangan banyak pemain di pasar minyak dan gas internasional ditujukan untuk mengembangkan deposit hidrokarbon non-konvensional.

Setelah "revolusi serpih", telah terjadi peningkatan tajam minat pada jenis gas alam non-konvensional lainnya, seperti gas hidrat (GG).

Apa itu hidrat gas?

Gas hidrat terlihat sangat mirip dengan salju atau es lepas, yang mengandung energi gas alam di dalamnya. Dari sudut pandang ilmiah, gas hidrat (mereka juga disebut klatrat) adalah beberapa molekul air yang mengandung metana atau molekul gas hidrokarbon lainnya di dalam senyawanya. Gas hidrat terbentuk pada suhu dan tekanan tertentu, yang memungkinkan "es" semacam itu ada pada suhu positif.

Pembentukan deposit gas hydrate (plugs) di dalam berbagai fasilitas minyak dan gas merupakan penyebab kecelakaan besar dan sering terjadi. Misalnya, menurut satu versi, penyebab kecelakaan terbesar di Teluk Meksiko pada platform Deepwater Horizon adalah sumbat hidrat yang terbentuk di salah satu pipa.

Karena sifatnya yang unik, yaitu, konsentrasi spesifik metana yang tinggi dalam senyawa, prevalensi yang tinggi di sepanjang pantai, hidrat gas alam telah dianggap sebagai sumber utama hidrokarbon di Bumi sejak pertengahan abad ke-19, berjumlah sekitar 60% dari total stok. Aneh, bukan? Lagi pula, kita terbiasa mendengar dari media hanya tentang gas alam dan minyak, tetapi mungkin dalam 20-25 tahun ke depan perjuangan akan mencari sumber daya lain.

Untuk memahami skala penuh deposit hidrat gas, katakanlah, misalnya, total volume udara di atmosfer bumi 1,8 kali lebih kecil dari perkiraan volume hidrat gas. Akumulasi utama hidrat gas terletak di dekat Semenanjung Sakhalin, zona paparan laut utara Rusia, lereng utara Alaska, dekat pulau-pulau Jepang dan pantai selatan Amerika Utara.

Rusia berisi sekitar 30.000 triliun. kubus m gas terhidrasi, yang tiga kali lipat lebih tinggi dari volume gas alam tradisional saat ini (32,6 triliun meter kubik).

Masalah penting adalah komponen ekonomi dalam pengembangan dan komersialisasi hidrat gas. Terlalu mahal untuk mendapatkannya hari ini.

Jika hari ini kompor dan ketel kami disuplai dengan gas rumah tangga yang diekstraksi dari gas hidrat, maka 1 meter kubik akan menelan biaya sekitar 18 kali lipat.

Bagaimana mereka ditambang?

Clathrates dapat ditambang hari ini dengan berbagai cara. Ada dua kelompok utama metode - penambangan dalam keadaan gas dan dalam keadaan padat.

Yang paling menjanjikan adalah produksi dalam keadaan gas, yaitu metode depressurization. Deposit dibuka, di mana hidrat gas berada, tekanan mulai turun, yang membuat "salju gas" tidak seimbang, dan mulai terurai menjadi gas dan air. Teknologi ini sudah digunakan oleh Jepang dalam proyek percontohan mereka.

Proyek Rusia untuk penelitian dan pengembangan hidrat gas dimulai pada zaman Uni Soviet dan dianggap mendasar di bidang ini. Karena penemuan sejumlah besar ladang gas alam tradisional, yang secara ekonomi menarik dan dapat diakses, semua proyek ditangguhkan, dan akumulasi pengalaman dipindahkan ke peneliti asing, meninggalkan banyak perkembangan yang menjanjikan yang tidak berfungsi.

Di mana gas hidrat digunakan?

Sumber energi yang sedikit diketahui, tetapi sangat menjanjikan dapat digunakan tidak hanya untuk tungku dan memasak. Hasil dari kegiatan inovatif dapat dianggap sebagai teknologi transportasi gas alam dalam keadaan terhidrasi (HNG). Kedengarannya sangat rumit dan menakutkan, tetapi dalam praktiknya semuanya lebih dari jelas. Seorang pria datang dengan ide "mengemas" gas alam yang diekstraksi bukan ke dalam pipa dan bukan ke tangki tanker LNG (pencairan gas alam), tetapi ke dalam cangkang es, dengan kata lain, untuk membuat buatan hidrat gas untuk mengangkut gas ke konsumen.

Dengan volume pasokan gas komersial yang sebanding, teknologi ini konsumsi energi 14% lebih sedikit daripada teknologi pencairan gas (bila diangkut dalam jarak pendek) dan 6% lebih sedikit ketika diangkut melalui jarak beberapa ribu kilometer, memerlukan pengurangan suhu penyimpanan paling sedikit (-20 derajat C versus -162). Meringkas semua faktor, kita dapat menyimpulkan bahwa transportasi gas hidrat lebih ekonomis transportasi cair sebesar 12−30%.

Dengan transportasi gas hidrat, konsumen menerima dua produk: metana dan air tawar (suling), yang membuat transportasi gas tersebut sangat menarik bagi konsumen yang berada di daerah kering atau kutub (untuk setiap 170 meter kubik gas, ada 0,78 meter kubik gas ). air).

Ringkasnya, kita dapat mengatakan bahwa hidrat gas adalah sumber energi utama masa depan dalam skala global, dan juga memiliki prospek luar biasa untuk kompleks minyak dan gas negara kita. Tetapi ini adalah prospek yang sangat jauh ke depan, yang efeknya dapat kita lihat dalam 20 atau bahkan 30 tahun, tidak lebih awal.

Dengan tidak mengambil bagian dalam pengembangan gas hidrat skala besar, kompleks minyak dan gas Rusia mungkin menghadapi beberapa risiko yang signifikan. Sayangnya, harga hidrokarbon yang rendah saat ini dan krisis ekonomi semakin mempertanyakan proyek penelitian dan awal pengembangan industri gas hidrat, terutama di negara kita.

Gas hidrat adalah larutan padat, pelarutnya berupa kisi kristal yang terdiri dari molekul air. Molekul "gas terlarut" ditempatkan di dalam air, yang ukurannya menentukan kemungkinan pembentukan hidrat hanya dari metana, etana, propana, dan isobutana. Pembentukan hidrat gas membutuhkan suhu dan tekanan rendah, kombinasi yang mungkin terjadi di bawah kondisi reservoir hanya di daerah di mana lapisan es tebal terbentuk.

Menurut berbagai perkiraan, cadangan hidrokarbon terestrial dalam hidrat berkisar antara 1,8·10 5 hingga 7,6·10 9 km³. Sekarang hidrat gas alam menarik perhatian khusus sebagai kemungkinan sumber bahan bakar fosil, serta peserta dalam perubahan iklim.

Pembentukan gas hidrat

Gas hidrat dibagi menjadi teknogenik (buatan) dan alami (alami). Semua gas yang diketahui pada tekanan dan suhu tertentu membentuk hidrat kristalin, yang strukturnya bergantung pada komposisi gas, tekanan, dan suhu. Hidrat dapat bertahan secara stabil dalam berbagai tekanan dan suhu. Misalnya, metana hidrat ada pada tekanan dari 2*10 -8 hingga 2*10 3 MPa dan suhu dari 70 hingga 350 K.

Beberapa sifat hidrat adalah unik. Misalnya, satu volume air selama transisi ke keadaan hidrat mengikat 207 volume metana. Pada saat yang sama, volume spesifiknya meningkat sebesar 26% (ketika air membeku, volume spesifiknya meningkat sebesar 9%). 1 m 3 metana hidrat pada P=26 atm dan T=0°C mengandung 164 volume gas. Dalam hal ini, bagian gas menyumbang 0,2 m 3, untuk air 0,8 m 3. Volume spesifik metana dalam hidrat sesuai dengan tekanan sekitar 1400 atm. Penguraian hidrat dalam volume tertutup disertai dengan peningkatan tekanan yang signifikan. Gambar 3.1.1 menunjukkan diagram kondisi keberadaan hidrat dari beberapa komponen gas alam pada koordinat tekanan-suhu.

Gambar 3.1.1 - Kurva pembentukan gas-hidrat untuk beberapa komponen gas alam.

Tiga kondisi berikut diperlukan untuk pembentukan hidrat gas:

1. Kondisi termobarik yang menguntungkan. Pembentukan hidrat gas disukai oleh kombinasi suhu rendah dan tekanan tinggi.

2. Adanya zat pembentuk hidrat. Zat pembentuk hidrat termasuk metana, etana, propana, karbon dioksida, dll.

3. Air secukupnya. Air tidak boleh terlalu sedikit atau terlalu banyak.

Untuk mencegah pembentukan gas hidrat, cukup dengan mengecualikan salah satu dari tiga kondisi.

Hidrat gas alam adalah mineral metastabil, yang pembentukan dan dekomposisinya tergantung pada suhu, tekanan, komposisi kimia gas dan air, sifat-sifat media berpori, dll.

Morfologi hidrat gas sangat beragam. Saat ini, ada tiga jenis utama kristal:

kristal masif. Mereka terbentuk karena penyerapan gas dan air di seluruh permukaan kristal yang terus tumbuh;

kristal kumis. Timbul selama penyerapan terowongan molekul ke dasar kristal yang tumbuh;

kristal gel. Mereka terbentuk dalam volume air dari gas yang terlarut di dalamnya ketika kondisi pembentukan hidrat tercapai.

Dalam lapisan batuan, hidrat dapat didistribusikan dalam bentuk inklusi mikroskopis atau membentuk partikel besar, hingga lapisan yang diperpanjang dengan ketebalan beberapa meter.

Karena struktur klatratnya, satu volume gas hidrat dapat mengandung hingga 160-180 volume gas murni. Massa jenis hidrat lebih rendah dari massa jenis air dan es (untuk metana hidrat sekitar 900 kg/m³).

Fenomena berikut berkontribusi pada percepatan pembentukan hidrat gas:

· Turbulensi. Pembentukan hidrat gas secara aktif berlangsung di daerah dengan laju aliran medium yang tinggi. Saat mencampur gas dalam pipa, tangki proses, penukar panas, dll. intensitas pembentukan gas hidrat meningkat.

pusat kristalisasi. Pusat kristalisasi adalah titik di mana ada kondisi yang menguntungkan untuk transformasi fase, dalam hal ini, pembentukan fase padat dari fase cair.

· Air gratis. Kehadiran air bebas bukanlah prasyarat untuk pembentukan hidrat, tetapi intensitas proses ini dengan adanya air bebas meningkat secara signifikan. Selain itu, antarmuka air-gas merupakan pusat kristalisasi yang nyaman untuk pembentukan hidrat gas.

Struktur hidrat

Dalam struktur hidrat gas, molekul air membentuk kerangka kerawang (yaitu, kisi inang), di mana ada rongga. Telah ditetapkan bahwa rongga kerangka biasanya 12-sisi ("kecil" rongga), 14-, 16- dan 20-sisi ("besar" rongga), sedikit berubah bentuk relatif terhadap bentuk yang ideal. Rongga ini dapat ditempati oleh molekul gas ("molekul tamu"). Molekul gas dihubungkan ke kerangka air melalui ikatan van der Waals. Secara umum, komposisi hidrat gas digambarkan dengan rumus M n H 2 O, di mana M adalah molekul gas pembentuk hidrat, n adalah jumlah molekul air per satu molekul gas yang dimasukkan, dan n adalah bilangan variabel tergantung pada jenis generator hidrat, tekanan dan suhu.

Rongga, digabungkan satu sama lain, membentuk struktur kontinu dari berbagai jenis. Menurut klasifikasi yang diterima, mereka disebut CS, TS, GS - masing-masing, struktur kubik, tetragonal dan heksagonal. Di alam, hidrat jenis KS-I (eng. sI), KS-II (eng. sII) paling umum, sedangkan sisanya metastabil.

Tabel 3.2.1 - Beberapa struktur kerangka klatrat hidrat gas.

Gambar 3.2.1 - Modifikasi kristal hidrat gas.

Dengan peningkatan suhu dan penurunan tekanan, hidrat terurai menjadi gas dan air dengan penyerapan sejumlah besar panas. Penguraian hidrat dalam volume tertutup atau dalam media berpori (kondisi alami) menyebabkan peningkatan tekanan yang signifikan.

Hidrat kristal memiliki hambatan listrik yang tinggi, menghantarkan suara dengan baik, dan praktis tidak permeabel terhadap molekul air dan gas bebas. Mereka dicirikan oleh konduktivitas termal yang sangat rendah (untuk metana hidrat pada 273 K itu lima kali lebih rendah daripada es).

Untuk menggambarkan sifat termodinamika hidrat, teori van der Waals-Platteu saat ini banyak digunakan. Ketentuan utama dari teori ini:

· kisi inang tidak berubah bentuk tergantung pada tingkat pengisian dengan molekul tamu atau pada jenisnya;

Setiap rongga molekul dapat berisi tidak lebih dari satu molekul tamu;

interaksi molekul tamu dapat diabaikan;

Fisika statistik berlaku untuk deskripsi.

Meskipun deskripsi karakteristik termodinamika berhasil, teori van der Waals-Platteu bertentangan dengan data beberapa eksperimen. Secara khusus, telah ditunjukkan bahwa molekul tamu mampu menentukan baik simetri kisi kristal hidrat maupun urutan transisi fase hidrat. Selain itu, pengaruh kuat tamu pada molekul inang ditemukan, menyebabkan peningkatan frekuensi getaran alami yang paling mungkin.

Sebagian besar gas alam (CH4, C2H6, C3H8, CO2, N2, H2S, isobutana, dll.) membentuk hidrat yang ada dalam kondisi termobarik tertentu. Area keberadaannya terbatas pada sedimen dasar laut dan area permafrost. Hidrat gas alam yang dominan adalah metana dan hidrat karbon dioksida.

Selama produksi gas, hidrat dapat terbentuk di sumur bor, komunikasi industri dan pipa gas utama. Diendapkan di dinding pipa, hidrat secara tajam mengurangi throughputnya. Untuk memerangi pembentukan hidrat di ladang gas, berbagai inhibitor (metil alkohol, glikol, larutan CaCl2 30%) dimasukkan ke dalam sumur dan pipa, dan suhu aliran gas dipertahankan di atas suhu pembentukan hidrat menggunakan pemanas, insulasi termal pipa dan pemilihan mode operasi yang memastikan suhu maksimum aliran gas. Untuk mencegah pembentukan hidrat di pipa gas utama, pengeringan gas adalah yang paling efektif - pemurnian gas dari uap air.

Komposisi dan sifat air

Sekitar 71% permukaan bumi ditutupi dengan air (samudera, laut, danau, sungai, es) - 361,13 juta km2. Di Bumi, sekitar 96,5% air berada di lautan, 1,7% cadangan dunia adalah air tanah, 1,7% lainnya adalah gletser dan lapisan es Antartika dan Greenland, sebagian kecil berada di sungai, danau, dan rawa, dan 0,001% di awan (terbentuk dari partikel es dan air cair yang tersuspensi di udara). Sebagian besar air bumi asin, tidak cocok untuk pertanian dan minum. Bagian air tawar adalah sekitar 2,5%, dan 98,8% dari air ini berada di gletser dan air tanah. Kurang dari 0,3% dari semua air tawar ditemukan di sungai, danau dan atmosfer, dan jumlah yang lebih kecil (0,003%) ditemukan pada organisme hidup.

Peran air dalam asal usul dan pemeliharaan kehidupan di Bumi, dalam struktur kimia organisme hidup, dalam pembentukan iklim dan cuaca sangat penting. Air adalah zat terpenting bagi semua makhluk hidup di planet Bumi.

Komposisi kimia air

Air (hidrogen oksida) adalah senyawa anorganik biner dengan rumus kimia H 2 O. Molekul air terdiri dari dua atom hidrogen dan satu oksigen, yang saling berhubungan oleh ikatan kovalen. Dalam kondisi normal, itu adalah cairan transparan, tidak berwarna (dalam volume kecil), bau dan rasa. Dalam keadaan padat disebut es (kristal es dapat membentuk salju atau es), dan dalam bentuk gas disebut uap air. Air juga bisa ada sebagai kristal cair (pada permukaan hidrofilik). Ini adalah sekitar 0,05 massa Bumi.

Komposisi air dapat ditentukan dengan menggunakan reaksi penguraian oleh arus listrik. Dua volume hidrogen terbentuk per satu volume oksigen (volume gas sebanding dengan jumlah zat):

2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2

Air terdiri dari molekul. Setiap molekul mengandung dua atom hidrogen yang dihubungkan oleh ikatan kovalen dengan satu atom oksigen. Sudut antara ikatan adalah sekitar 105º.

Cadangan gas serpih dunia diperkirakan sekitar 200 triliun meter kubik, gas konvensional (termasuk yang terkait dengan minyak) - pada 300 triliun meter kubik ... Tapi ini hanya bagian yang dapat diabaikan dari jumlah total gas alam di Bumi: utamanya bagian ditemukan dalam bentuk gas hidrat di dasar lautan. Hidrat tersebut adalah klatrat dari molekul gas alam (terutama metana hidrat). Selain dasar laut, hidrat gas ada di permafrost.

Masih sulit untuk menentukan secara akurat cadangan gas hidrat di dasar lautan, namun, menurut perkiraan rata-rata, ada sekitar 100 kuadriliun meter kubik metana (bila dikurangi menjadi tekanan atmosfer). Dengan demikian, cadangan gas dalam bentuk hidrat di dasar lautan dunia seratus kali lebih besar dari gabungan shale dan gas konvensional.

Gas hidrat memiliki komposisi yang berbeda, yaitu: senyawa kimia tipe klatrat(yang disebut kisi klatrat), ketika atom atau molekul asing ("tamu") dapat menembus ke dalam rongga kisi kristal "inang" (air). Dalam kehidupan sehari-hari, klatrat yang paling terkenal adalah tembaga sulfat (tembaga sulfat), yang memiliki warna biru cerah (warna ini hanya dalam hidrat kristal, tembaga sulfat anhidrat berwarna putih).

Hidrat gas juga merupakan hidrat kristal. Di dasar lautan, di mana karena alasan tertentu gas alam dilepaskan, gas alam tidak naik ke permukaan, tetapi secara kimiawi mengikat air, membentuk hidrat kristalin. Proses ini dimungkinkan pada kedalaman yang sangat dalam, dimana tekanan, atau dalam kondisi permafrost, di mana suhu selalu negatif.

Gas hidrat (khususnya, metana hidrat) adalah zat kristal padat. 1 volume gas hidrat mengandung 160-180 volume gas alam murni. Massa jenis hidrat gas kira-kira 0,9 g/cm3, lebih kecil dari massa jenis air dan es. Mereka lebih ringan dari air dan seharusnya mengapung, dan kemudian gas hidrat akan terurai menjadi metana dan air dengan penurunan tekanan, dan keseluruhannya akan menguap. Namun, ini tidak terjadi.

Ini dicegah oleh batuan sedimen di dasar laut - pada merekalah pembentukan hidrat terjadi. Berinteraksi dengan batuan sedimen bagian bawah, hidrat tidak dapat muncul. Karena dasarnya tidak datar, tetapi menjorok, sampel gas hidrat, bersama dengan batuan sedimen, secara bertahap tenggelam dan membentuk endapan bersama. Zona pembentukan hidrat berada di bagian bawah, di mana gas alam berasal dari sumbernya. Proses pembentukan endapan jenis ini berlangsung lama, dan hidrat gas dalam bentuk "murni" tidak ada, mereka harus disertai dengan batuan. Hasilnya adalah medan gas hidrat - akumulasi batuan hidrat gas di dasar laut.

Pembentukan hidrat gas membutuhkan suhu rendah atau tekanan tinggi. Pembentukan metana hidrat pada tekanan atmosfer hanya mungkin terjadi pada suhu -80 °C. Embun beku seperti itu mungkin (dan bahkan sangat jarang) hanya di Antartika, tetapi dalam keadaan metastabil, hidrat gas dapat ada pada tekanan atmosfer dan pada suhu yang lebih tinggi. Tapi suhu ini harus tetap negatif - kerak es yang terbentuk oleh disintegrasi lapisan atas, selanjutnya melindungi hidrat dari pembusukan, yang terjadi di daerah permafrost.

Untuk pertama kalinya, hidrat gas ditemukan selama pengembangan ladang Messoyakhskoye yang tampaknya biasa (Yamal-Nenets Autonomous Okrug) pada tahun 1969, dari mana, dengan kombinasi faktor, dimungkinkan untuk mengekstraksi gas alam langsung dari hidrat gas - sekitar 36% dari volume gas yang diekstraksi darinya berasal dari hidrat.

Di samping itu, Reaksi dekomposisi gas hidrat adalah endotermik, yaitu, energi selama dekomposisi diserap dari lingkungan eksternal. Selain itu, banyak energi yang harus dikeluarkan: hidrat, jika mulai terurai, mendingin sendiri dan penguraiannya berhenti.

Pada suhu 0 °C, metana hidrat akan stabil pada tekanan 2,5 MPa. Suhu air di dekat dasar laut dan samudera benar-benar +4 ° C - dalam kondisi seperti itu, air memiliki kepadatan tertinggi. Pada suhu ini, tekanan yang diperlukan untuk keberadaan metana hidrat yang stabil akan menjadi dua kali lebih tinggi pada 0 °C dan akan menjadi 5 MPa. Dengan demikian, metana hidrat hanya dapat terjadi pada kedalaman air lebih dari 500 meter , karena sekitar 100 meter air sesuai dengan tekanan 1 MPa.

Selain hidrat gas "alami", pembentukan hidrat gas merupakan masalah besar di pipa gas utama terletak di iklim sedang dan dingin, karena hidrat gas dapat menyumbat pipa gas dan mengurangi keluarannya. Untuk mencegah hal ini terjadi, sejumlah kecil penghambat pembentukan hidrat ditambahkan ke gas alam, terutama metil alkohol, dietilen glikol, trietilen glikol, dan kadang-kadang larutan klorida (terutama garam meja atau kalsium klorida murah) digunakan. Atau mereka hanya menggunakan pemanasan, mencegah gas mendingin ke suhu awal pembentukan hidrat.

Mengingat cadangan gas hidrat yang sangat besar, minat terhadapnya saat ini sangat tinggi - lagipula, terlepas dari zona ekonomi 200 mil, lautan adalah wilayah netral dan negara mana pun dapat mulai mengekstraksi gas alam dari sumber daya alam jenis ini . Oleh karena itu, kemungkinan besar gas alam dari gas hidrat adalah bahan bakar dalam waktu dekat, jika dapat dikembangkan cara yang hemat biaya untuk mengekstraknya.

Namun, ekstraksi gas alam dari hidrat adalah tugas yang lebih sulit daripada ekstraksi shale gas, yang didasarkan pada rekah hidrolik oil shale. Tidak mungkin mengekstrak hidrat gasnya dalam pengertian tradisional: lapisan hidrat terletak di dasar laut, dan mengebor sumur saja tidak cukup. Perlu untuk memecah hidrat.

Ini dapat dilakukan baik dengan menurunkan tekanan dengan cara tertentu (metode pertama), atau dengan memanaskan batu dengan sesuatu (metode kedua). Metode ketiga melibatkan kombinasi dari kedua tindakan. Setelah itu, perlu untuk mengumpulkan gas yang dilepaskan. Juga tidak dapat diterima untuk metana memasuki atmosfer, karena metana adalah gas rumah kaca yang kuat, bertindak sekitar 20 kali lebih kuat daripada karbon dioksida. Secara teoritis, adalah mungkin untuk menggunakan inhibitor (yang sama yang digunakan dalam pipa gas), tetapi pada kenyataannya biaya inhibitor terlalu tinggi untuk penggunaan praktisnya.

Daya tarik produksi gas hidrat untuk Jepang adalah, menurut studi ultrasonik, cadangan hidrat gas di laut dekat Jepang diperkirakan berkisar antara 4 hingga 20 triliun meter kubik. Terdapat banyak endapan hidrat di wilayah laut lainnya. Secara khusus, ada cadangan hidrat yang sangat besar di dasar Laut Hitam (menurut perkiraan perkiraan, 30 triliun meter kubik) dan bahkan di dasar Danau Baikal.

Pelopor dalam mengekstraksi gas alam dari hidrat perusahaan Jepang Japan Oil, Gas and Metal National Corporarion berbicara. Jepang adalah negara yang sangat maju, tetapi sangat miskin sumber daya alam, dan merupakan importir gas alam terbesar di dunia, permintaan yang hanya meningkat sejak kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir Fukushima.

Untuk produksi eksperimental hidrat metana menggunakan kapal pengeboran, spesialis Jepang pilih opsi pengurangan tekanan (dekompresi) . Uji produksi gas alam dari hidrat telah berhasil dilakukan sekitar 80 km selatan Semenanjung Atsumi, di mana kedalaman laut sekitar satu kilometer. Kapal penelitian Jepang Chikyu telah mengebor tiga sumur uji hingga kedalaman 260 meter (tidak termasuk kedalaman laut) selama sekitar satu tahun (sejak Februari 2012). Dengan bantuan teknologi depressurization khusus, hidrat gas terurai.

Meskipun produksi uji coba hanya berlangsung 6 hari (dari 12 hingga 18 Maret 2013), terlepas dari kenyataan bahwa produksi dua minggu direncanakan (cuaca buruk mengganggu), 120 ribu meter kubik gas alam diproduksi (rata-rata 20 ribu meter kubik per hari). Kementerian Ekonomi, Perdagangan dan Industri Jepang menggambarkan hasil produksi sebagai "mengesankan", output jauh melebihi harapan spesialis Jepang.

Pengembangan industri skala penuh di lapangan direncanakan akan dimulai pada 2018-2019 setelah "pengembangan teknologi tepat guna". Apakah teknologi ini akan menguntungkan dan apakah mereka akan muncul - waktu akan memberi tahu. Terlalu banyak masalah teknologi yang perlu dipecahkan. Selain produksi gas, juga itu perlu dikompresi atau dicairkan, yang akan membutuhkan kompresor yang kuat di kapal atau pabrik kriogenik. Oleh karena itu, produksi gas hidrat kemungkinan akan lebih mahal daripada shale gas, yang biaya produksinya adalah $120-150 per seribu meter kubik.Sebagai perbandingan: biaya gas tradisional dari ladang tradisional tidak melebihi $50 per seribu meter kubik.

Nikolai Blinkov