1 m³ hidrat de metan poate produce 164 m³ gaz metan

Această simplă propoziție este explicația celei de-a treia părți din titlul articolului. În condiții de presiune și temperatură standard (STP), descompunerea (topirea) unui metru cub de hidrat va produce teoretic 164 m³ de gaz metan și 0,8 m³ de apă. După cum am scris în primul articol al acestei serii, United States Geological Survey estimează că rezervele totale de gaz metan stocat în hidrați sunt în domeniul (2,8 – 141) x 10^15 metri cubi și adaugă faptul că numai limita de jos reprezintă de peste 4.000 de ori consumul de gaz al SUA din 2010. În plus, cifra indicată este cu aproape două ordine de magnitudine mai mare decît resursele recuperabile de gaz natural convențional[1]. De la aceste cifre (și altele asemănătoare) pornește ideea de bonanză energetică reprezentată de hidrații de metan.

Prin urmare, hidrații de metan se profilează ca o sursă de energie importantă în secolul al XXI-lea. Țări care tradițional s-au bazat pe importuri de petrol și gaze pentru nevoile lor energetice (Japonia, India, Coreea de Sud, China, Malaiezia și altele) și-ar putea satisface o mare parte din aceste nevoi prin exploatarea vastelor rezerve de hidrați de metan aflate în pantele lor continentale. La fel, America de Nord nu are motive de îngrijorare legate de energie pentru că hidrații vor putea înlocui resursele convenționale și, de ce nu, și gazele de șist.

O varietate de metode au demonstrat prezența unor largi concentrații de hidrați solizi și de gaz liber asociat, situate în apropierea unor zone populate și/sau unor piețe de desfacere. Acestea includ Blake Ridge (SUA), unde se estimează că o zonă groasă de 200 m conține circa 1, 5 miliarde m³ de gaz per km², Hydrate Ridge (Cascadia Margin, SUA) cu 467 milioane m³ de gaz per km²,[2] și Nankai Trough (Japonia), cu rezerve de gaz suficiente să acopere nevoile energetice ale țării pe 100 de ani.[3] În plus, multe alte zone, atât continentale cât și marine, au probabil volume uriașe de metan sub formă de hidrați: India, China, Guatemala ș.a.[4]

Tehnologiile de extragere a metanului din hidrați

Practic, există patru tehnologii propuse pentru exploatarea eficientă a depozitelor de hidrați de metan: stimularea termică, de-presurizarea, injecția de inhibitori și schimbul de gaze. Fiecare din aceste metode are avantaje și dezavantaje.

Stimularea termică presupune injectarea în rocă a unui flux termic sub formă de apă fierbinte, abur, căldură electrică sau microunde. Dezavantajele metodei sunt legate de eficiență (apa sau aburul se răcesc pe drumul de la suprafață până la stratul cu hidrați) sau de dificultăți tehnice (introducerea unei surse de căldură electrică/microunde).

În anul 1998, pe când lucram la Universitatea Oklahoma, am inventat o metodă de stimulare termică in situ a hidraților, prin care eficiența stimulării poate crește de 4 – 7 ori. Metoda este patent pending, cu University of Oklahoma deținând 65% din dividende. Versiunea fără detalii tehnice a metodei mele a fost prezentată în mai multe țări, trezind interesul unor reprezentanți guvernamentali (Canada, Norvegia) și a unor mari companii, precum BP sau ConocoPhillips.[5] Ultima citare a metodei mele a fost făcută anul acesta de doi cercetători polonezi, care au sintetizat corect avantajele tehnologiei inventate de mine în 1998[6].

De-presurizarea implică eliberarea controlată a gazului liber aflat sub zona de hidrați solizi în scopul destabilizării acestora. Metoda a fost folosită pentru prima dată în mod experimental ca o parte a cercetărilor efectuate cu ocazia săpării sondei Mallik în permafrostul din nordul Canadei în 2002[7]. Deși de-presurizarea este aparent mai eficientă în comparație cu celelalte metode, am demonstrat că procedeul nu poate fi aplicat pe perioade lungi de timp, fiind endotermic. Cu alte cuvinte, de-presurizarea consumă energie din mediul adiacent depozitelor de hidrați și poate re-întoarce sedimentele în starea lor originală de „gheață care arde”.[8]

Injecția de inhibitori exploatează faptul că stabilitatea hidraților de metan este inhibată în prezența unor compuși organici (e.g., etanol, glicol, metanol) sau ionici (apă de mare sau saramuri). Apa de mare sau alți inhibitori ar putea fi necesari în timpul unor stagii de producție a gazului din hidrați, dar nu poate reprezenta metoda primară de disociere a hidraților sau nu poate fi folosită pe suprafețe mari și în perioade extinse.[9]

Schimbul de gaze implică introducereadioxidului de carbon în depozitele de clatrați (aka hidrați) în formă gazoasă sau lichidă. Metanul ocupă spațiile mici și mari din structura clatratică, dar CO2 ocupă numai spațiile largi , forțând metanul să iasă afară. Se estimează că în acest mod, fără a se dezintegra structura depozitelor de clatrați, circa 64% din metanul prezent în roci poate fi extras. În primăvara lui 2011, Department of Energy, Japonia și ConocoPhillips au efectuat o încercare reușită de extragere a metanului prin această metodă.[10] Metoda schimbului de gaze are un dublu avantaj: extragerea gazului metan și sechestrarea dioxidului de carbon.

Prima exploatare comercială a metanului din depozitele de hidrați

Pe 12 martie 2013, Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC) a anunțat că efectuat cu succes primul test de exploatare comercială a depozitelor de hidrați de metan din Nankin Trough (Oceanul Pacific, vezi foto)[11]. Metoda folosită a fost de-presurizarea. Testul a durat 6 zile și s-au produs 120.000 m³ de gaz metan. Această realizare a specialiștilor japonezi vine și ca o urmare a numeroaselor lor participări la proiecte comune cu SUA și Canada. Eu însumi am avut lungi discuții cu doi reprezentanți JOGMEC, care au venit la Universitatea Oklahoma pentru a studia patentul invenției mele și pentru a negocia eventuala lui cumpărare.

Flacără de gaz metan arzând în timpul testului de exploatare a hidraților de metan făcut de Japonia în Oceanul Pacific, 12 martie 2013. (Sursa)

Japonia importă circa 84% din energia de care are nevoie. După dezastrul de la Fukushima și regândirea opțiunii nucleare, această cifră ar putea fi mai mare. De aceea, știrea primei exploatări comerciale de gaz din hidrații marini a stârnit reacții admirative sau de îngrijorare pentru viitorul climei planetare.

România, hidrații de metan și o experiență (personală) tristă

(NOTĂ: Informațiile de mai jos sunt făcute publice pentru prima oară și reprezintă contribuția mea la istoria hidraților de metan din România)

La începutul anului 1998 lucram ca director adjunct al Institutului de Explorare și Științele Dezvoltării din cadrul Sarkey’s Energy Center al Universității Oklahoma. Directorul științific al Centrului de Energie era Marlan Downey, fost CEO al companiei Shell, fost președinte al American Association of Petroleum Geologists, Fellow of the American Associates for the Advancement of Science, Senior Fellow of the Institute for the study of Earth and Man at Southern Methodist University și Fellow of the Geological Society of the United Kingdom, într-un cuvânt un expert mondial în găsirea și exploatarea unor noi resurse de hidrocarburi.

Într-o dimineață, Marlan m-a invitat în biroul lui și m-a întrebat ce pot să-i spun despre zăcămintele de hidrați de metan din Marea Neagră, în special cele din zona litoralului românesc și bulgăresc. I-am spus că România și Bulgaria nu au efectuat nici un studiu al hidraților de metan, dar geologii și geofizicienii ruși, cu începere din anul 1991, au studiat problema în Marea Neagră, cu precădere în zonele adiacente peninsulei Crimeea. „Care sunt rezervele in situ estimate de ruși?”, m-a întrebat el în continuare. I-am răspuns că rușii cred că întregul bazin al Mării Negre ar putea conține între 20.000 – 25.000 miliarde m³ de gaz metan[12]. „OK”, a replicat Marlan. „Ce metodă de exploatare crezi că ar merge cel mai bine în Marea Neagră? Cercetează-le pe cele existente și fă-mi o recomandare.”

Studiind intens în următoarele 3-4 luni avantajele și dezavantajele metodelor descrise în literatura de specialitate, am avut momentul meu de ”Evrica! Am descoperit!”. Am conceput o variantă mai eficientă de stimulare termică a depozitelor de hidrați pe care am numit-o „In situ thermal stimulation of gas hydrates”. Când i-am prezentat-o, Marlan a fost încântat și mi-a indicat să protejez imediat secretul invenției mele cu o cerere de patent pe care a formulat-o legal Universitatea Oklahoma (eu eram pe atunci doar Visiting Scientist, cu cetățenie română). După care mi-a spus că are un plan pentru hidrații de metan din vestul Mării Negre:

Extragerea metanului din depozitele de hidrați implică costuri mai ridicate decât în cazul exploatărilor convenționale. De aceea, devine foarte important să dovedim fie că ratele de producție din hidrați sunt mai mari decât cele convenționale (ceea ce este probabil imposibil), fie să localizăm zăcăminte de hidrați de metan în apropierea unor piețe energetice mari care nu pot fi alimentate cu gazul necesar din alte surse (d. ex., prin import de gaz natural lichefiat, GNL). Astfel de piețe pot fi alimentate cu gaz de la distanțe mari și pot, de asemenea, să aibă infrastructura necesară (rețele de conducte, compresoare etc.) deja funcțională.

Citeste intreg articolul si comenteaza pe Contributors.ro