Skaityti PDF - Iliustruotasis mokslas

Požeminis ledaspritvinkęs energijosTyrimų stotis netoli Maliko,Šiaurės Kanadoje, yrapirmoji vieta, kurioje išmetano klatratų pavykoišgauti gamtinių dujų.USGSPo Arkties tundra ir žemynų šelfuose yra metano klatratų, kuriuose gamtinių dujųkiekis dvigubai viršija viso pasaulio anglių, naftos ir dujų išteklius. Vos keli procentaimetano klatratų galėtų mus ilgam aprūpinti energija.USGSKanados mokslininkai metano hidratųkernus išgręžia iš vieno kilometro gylio.gaunama iš metano hidratų, o šios pramonėsmetinė apyvarta sieks daugiau nei200 milijardų dolerių.“Metano hidratai, arba klatratai, yravandens kristale susitelkusios gamtinėsdujos. Metano klatratai susidaro iš dujųir vandens, esant aukštam slėgiui ir žemaitemperatūrai. Manoma, kad metanohidratų ištekliai pasaulyje yra dvigubaididesni nei visi naftos, anglių irdujų ištekliai kartu. Didžioji dalis metanoklatratų glūdi žemynų šelfuose,tačiau nemažai jų taip pat randamaamžinajame įšale arktinėje tundroje,Metanoledynasslepiasipalei krantąTeritorijos paleižemyninį šelfą sumilžiniškais metanohidrato ištekliaisBemaž trečdalį amžiaus naftos pramonėjedirbančio geologo ArthuroJohnsono vizija yra visiškaiaiški. Pernai tarptautinėje konferencijojeAustrijoje jis išdėstė savo optimistinęnuomonę: „Po poros dešimtmečių 10–15procentų pasaulio gamtinių dujų bus išsėdosekristalizuojasi, nors temperatūrayra aukščiau vandens užšalimo taško.Tris kartus mažiaukenksmingas aplinkai nei anglisMetano tankis hidratuose yra didelis –viename kubiniame metre klatrato yra164 kubiniai metrai gamtinių dujų.Nors apskritai metano klatratų ištekliaiyra milžiniški, kai kuriose jūros dugnovietose jų per mažai, kad būtų verta išgautidujas. Tačiau kai kur metano klatrataisudaro 20–40 procentų visų nuosėdų,tad tokie telkiniai gali būtikomerciškai įdomūs, juolab kad naftos,anglių ir gamtinių dujų išteklių mažėja.Metanas yra mažiausiai aplinkaikenksmingas iškastinis kuras. Degantmetano dujoms anglies dvideginio įatmosferą išsiskiria triskart mažiau neidegant anglims.Kol kas nėra tiksliai žinoma, kokieyra pasaulyje metano klatratų ištekliai.Specialistų vertinimu, jo kiekis svyruojanuo 10,5 iki 42 trilijonų kubiniųmet rų. Palyginkime – įprastų gamtiniųdujų ištekliai siekia 368 milijardus ku-pavyzdžiui, Kanadoje, Aliaskoje ir Sibire.Beveik kaip ir visos gamtinės dujos,metanas kaupiasi kelis tūkstantmečiusbakterijoms ardant organines sąnašas irišskiriant dujų.Metanas išsiskiria giliai po jūra,skverbiasi į viršų ir nusėda dugne. Metanoklatratai paprastai susiformuojapovandeniniuose žemynų pakraščiuose– šelfuose ir žemynų šlaituose. Aukštasslėgis susidaro dėl viršuje esančios vandensmasės, o temperatūra būna tokiapati kaip ir jūros dugne – 2 laipsniaišilumos. Dėl aukšto slėgio vanduo nuobiniųmetrų.Nors didžioji dalis metano hidratųišteklių glūdi jūros dugne, dujas lengviausiaišgauti iš amžinojo įšalo arktinėjetundroje ir vartotojams tiektivamzdynais. Viena iš daugiausia žadančiųvietų yra Maliko vietovė Kanadosšiaurės vakaruose, kur metano hidratųsluoksniai glūdi vieno kilometro gylyjepo įšalusios žemės paviršiumi.Kanados, Japonijos, Indijos, Vokietijosir JAV geologai neseniai sukūrė tokiądujų gavybos technologiją. Dujosišgaunamos iš ledo arba sumažinantslėgį telkinyje, arba jį šildant. Abiematvejais metano hidratas ima irti ir išskiriadujų. Bandymai buvo pradėti2002 metais. Geologai į metano hidratųsluoksnius pumpavo šiltą vandenį ir įpaviršių iškėlė 470 kubinių metrų metano.Bandymas laikytinas sėkmingujau vien todėl, kad pirmą kartą pavykoiš metano klatratų išgauti gamtiniųdujų. Vis dėlto vandeniui sušildyti buvoišeikvota per daug energijos.Todėl 2008 metais geologai atlikonaują, daug sudėtingesnį bandymą –sumažino slėgį metano hidrato telki-Metano hidratai primenaledą, tačiau yra degūs.Įkalintas vandensnarveMetano hidratas yra į ledą panašuspaprasto metano ir vandensdarinys. Metano molekulėsužpildo kristalo gardelės struktūrą,sudarytą iš vandens molekulių,tačiau nėra susijęs sujomis jokiu cheminiu ryšiu.Metano hidratų susidaro ir sausumoje,ir jūroje – kur temperatūražema, o slėgis aukštas. Temperatūraipakilus arbasumažėjus slėgiui, metano ledasgreitai suyra ir išsiskiria metanodujų.Vandens kristalinės gardelėstuštumose susikaupia metanomolekulių.54 Parengė Rolf Haugaard Nielsen. Iliustracijos Mikkel Juul JensenIliustruotasis mokslas 2009/9 (24) Iliustruotasis mokslas 2009/9 (24)55USGSDeguonisVandenilisMetano dujos (CH 4 )

Nankai įdubaRasta metano hidratoJAPONIJAJaponijojegausumetano hidratoJaponija importuoja 99 procentusšalyje suvartojamosnaftos ir gamtinių dujų, todėlenergijos ištekliai ilgą laikąbuvo opus klausimas šaliespolitikams. 1995 metais japonaiėmė tyrinėti jūros dugneaptiktus gausius metanohidratų išteklius, o pastaraisiaismetais valstybė patvirtinoplaną iki 2020 metų pradėtikomercinę metano energijosgavybą.Didžiausi metano telkiniairasti netoli pietinės JaponijosRamiojo vandenyno pakrantės,Nankai įduboje, kurios gylissiekia daugiau nei 500 metrų.Pastaraisiais metais tyrinėdamišią teritoriją japonai išgręžė 30ledo kernų ir nustatė, kadžemyniniuose šelfuose metanohidratai sudaro maždaug 20procentų ledo sluoksnio, jametaip pat yra smėlio ir žvyro. Taireiškia, kad metano hidratųvien iš Nankai įdubos užtektųaprūpinti šalį gamtinėmisdujomis visą šimtmetį.Japonai planuoja dujasišgauti iš metano klatratų,mažindami slėgį telkiniuose.Kol kas nėra nuspręsta, kaipdujos bus gabenamos į sausumą.Taip gaunamaenergijaMetano dujas iš metanohidratų galima išgautidviem būdais. Kad išsiskirtųdujos, galima metanohidratus šildyti arbamažinti slėgį metanohidratų telkiniuose.Šiltas vanduoVeikiant šiluma1. Į metano hidratų sluoksnįpumpuojama šilto vandens irhidratų struktūra suyra.nyje. Slėgis metano ledo sluoksniuosebuvo sumažintas siurbliais siurbiantpožeminį vandenį. Eksperimentas pavyko– per šešias dienas iš metano klatratųbuvo išgauta 13 tūkst. kubiniųmetrų metano dujų. Geologai padarėišvadą, kad slėgio mažinimas yra efektyviausiasgavybos būdas.Klimato būklė gali pagerėtiDaugelyje vietų po metano klatratųsluoksniu kaupiasi paprastosios gamtinėsdujos, nes šiluma, sklindanti iš Žemėsvidaus, neleidžia vandeniui uolienųporose kristalizuotis, nors slėgis iraukštas. Tai svarbus atradimas. Metanoklatratų slėgis gali būti sumažinamasištuštinant po jais esančių paprastųgamtinių dujų telkinius. Taip metanohidratas yra iš apačios, išsiskiria dujų irjas galima siurbti į paviršių.Jeigu pavyktų sukurti efektyvų pramoninįbūdą, kaip iš metano hidratųišgauti dujų, kitas iššūkis būtų šių dujųtransportavimas iki vartotojų. Jūrosdug ne galima būtų pakloti vamzdynus,tačiau tai brangu ir rizikinga. Jeiguyrantys metano klatratai sukeltų dide-METANO HIDRATASĮPRASTOSIOS GAMTINĖS DUJOSDujos iš metano hidrato2. Išgaunama dujų pavidalometano.les dumblo griūtis nuo stačių žemyniniųšlaitų, jos galėtų sugadinti brangiusdujų vamzdžius.Todėl mokslininkai ėmė ieškoti daugiaualternatyvų. Viena iš galimybiųyra dujų perdirbimo gamyklos ant platformų.Jose iš metano būtų gaminamasskystasis kuras ir plukdomas tanklaiviais.Metanas perdirbamas – deginamastol, kol išsiskiria vandenilio ir angliesmonoksido – vadinamosiossintezės – dujų, o šios vėliau paverčiamosskystuoju sintezės kuru. Šio metodotrūkumas yra tas, kad proceso metuprarandamas trečdalis gamtinių dujųenergijos.Teksaso „A&M“ universiteto mokslininkasRogeris Sassenas iškėlė labaidrąsią idėją – iš kieto metano hidratopašalinti smėlį ir žvyrą dar jūroje. Metanohidratai išsivalo savaime tokiamegylyje, kuriame slėgis gana aukštas, ovandens temperatūra gana žema. Išvalytasmetano hidratas būtų kraunamasį 300 metrų ilgio povandeniniusdirižab lius, juose šaldymo įranga palaikytųžemą kieto metano temperatūrą,o šias milžiniškas talpyklas kranto linktemptų povandeniniai laivai.Vis dėlto realiausias ir ekologiškiausiasgavybos būdas yra vamzdynai. Didžiausiapasaulyje gamtinių dujų gamintoja„Gazprom“ Rusijoje planuojapumpuoti skystą anglies dvideginį išjėgainių į jūrų dugną ir šitaip išgautidujas iš metano hidrato. Jei pavyktųtokį projektą įgyvendinti, atsirastų galimybėteigiamai paveikti klimato kaitą.Keliose jūros dugno vietoseyra atviro metano hidrato,todėl dujų burbuliukaitiesiog kyla į viršų.Iš jūros kyla metano burbuliukųMetano hidratai jūros dugne ne tik kaupiasi,bet ir „garuoja“. Po kelių dešimtmečiųdėl šitokio metano išsiskyrimogali smarkiai padidėti šiltnamio efektasir atsirasti susirūpinimą keliančių klimatopokyčių. Jeigu vandens temperatūrajūros dugne virš nuosėdų sluoksnio,kuriame yra ir metano hidratų, pakilsnors keliais laipsniais, nestabiliausiosemetano klatratų telkinių vietose gali išsiskirtidaug šiltnamio dujų.Gali būti, kad šis procesas jau prasidėjo.2008 metais tarptautinės Sibirošelfų tyrinėjimų ekspedicijos mokslininkairusų moksliniu laivu „Jacob Smirnitskyi“plaukė palei visą Sibiro krantą irmatavo metano koncentraciją ore viršjūros.Rezultatai parodė, kad jūros mikroorganizmainespėja dalies metano paverstianglies dvideginiu ir jis iš jūrosdugno patenka tiesiai į atmosferą. Taiverčia susirūpinti, nes metanas yra 20kartų aktyvesnės šiltnamio dujos neiang lies dvideginis.Nors iš jūros dugno į paviršių iškylantysdujų burbuliukai veikiausiai nesusijęsu žmogaus sukurtu šiltnamioefektu, mokslininkai vieningai laikosinuomonės, kad šį procesą reikia akylaistebėti. Metano ledas yra ne tik daug žadantisenergijos šaltinis, jis taip pat keliadidelę grėsmę klimatui, todėl negalimeleisti, kad daugėtų į atmosferą laisvaiišsiskiriančių metano dujų.56 Iliustruotasis mokslas 2009/9 (24) Iliustruotasis mokslas 2009/9 (24)57Ian R. MacDonaldMažinant slėgį1. Po metano hidratųsluoksniu slūgso paprastųjųgamtinių dujų klodas.Išgaunant šias gamtinesdujas, slėgis metanohidratų sluoksnyje mažėja.Įprastosios gamtinės dujos2. Sumažėjus slėgiuimetano hidratai imatirpti ir išsiskiria dujų,jos į viršų iškeliamoskaip ir paprastosiosgamtinės dujos.Dujos iš metano hidratoMetanas gabenamas į sausumąPOPULIARUS SPRENDIMASDujos iš platformos į sausumą patenkavamzdžiais, nutiestais jūros dugne.PRANAŠUMAI Technologija įsisavinta,naudojama gamtinių dujų gavyboje.TRŪKUMAI Dumblo griūtys šlaituosegali sugadinti vamzdžius.LANKSTUS SPRENDIMASPlūdriosiose gamyklose metanas paverčiamasskysčiu, ir gabenamas laivais.PRANAŠUMAI Ištekliams išsekus, įrenginysgali būti pastatomas kitoje vietoje.TRŪKUMAI Perdirbimo proceso metuprarandama daug energijos.ATEITIES SPRENDIMASMetano hidratai į sausumą gabenamidideliais povandeniniais dirižabliais.PRANAŠUMAI Optimalus sprendimas,nes išsaugoma visa metano energija.TRŪKUMAI Tam reikalingos technologijosdar nėra pakankamai ištobulintos.www.iliustruotasismokslas.lt