Hydraty metanu stanowią dziś wielokrotnie większe źródło pierwiastkowego węgla, niż światowe zasoby ropy, gazu ziemnego oraz węgli kamiennych i brunatnych – potraktowanych wspólnie. Tymczasem w ostatnich latach światowe zużycie energii zwiększyło się aż sześciokrotnie – i to przy nadal wzrastającej tendencji. Z tych względów hydraty te są obiektem intensywnych badań przez wszystkie wysoko rozwinięte kraje.

Japończycy zaplanowali ich przemysłową eksploatację od 2016 roku, a Rosja, USA i Kanada są również zainteresowane tym nośnikiem energii. Same tylko Niemcy realizują w tym obszarze aż cztery projekty badawcze, kosztem 2,7 milionów euro, w ramach programu „metan w bio/geosystemie”. W tych badaniach uczestniczą – między innymi – naukowcy z Instytutu Frauenhofera Uniwersytetu w Dortmundzie, Centrum Naukowego w Gottingen, Politechniki w Hamburg-Harburgu, Uniwersytetu w Kolonii oraz z wielu innych placówkach innowacyjno-badawczych. Badania te koncentrują się nie tylko nad procesami tworzenia się oraz rozkładu hydratów metanu, wyświetleniem parametrów wyzwalania się z nich CH4, ale nawet nad rozwiązaniami techniczno-technologicznymi ich przemysłowej eksploatacji (R. Sievers – Altermann; „Naturschutzblätter – Umwelt, Klima, Energie, Technologie” 24, 3, 2005 r.).

Hydraty metanu
Hydraty metanu są po prostu gazem zmrożonym wspólnie z wodą. Cząsteczki wody tworzą strukturę klatkową, w której zostają uwięzione molekuły gazu. Dotyczy to nie tylko metanu, ale również dwutlenku węgla i siarkowodoru. To właśnie tą technologią naukowcy zamierzają na dnach mórz oraz oceanów magazynować dwutlenek węgla ze spalania nieodnawialnych nośników energii.
Wytworzone układy wody i gazu są stabilne w niskich temperaturach i pod ciśnieniem – a optymalnymi parametrami ich trwałego istnienia to 5 st. C i 50 barów, co odpowiada głębokości 500 metrów w morzach oraz oceanach.
Metan w morzach i oceanach pochodzi z bakteryjnego, beztlenowego rozkładu substancji organicznych, pochodzących ze świata zwierzęcego oraz roślinnego. Morskie i oceaniczne brzegi kontynentów są obszarami wysokiej produktywności planktonu wraz z tworzeniem się warstw osadowych.

Wszystko to powstaje nie tylko na stromych brzegach kontynentów, przy których oceany osiągają głębokości nawet 3000 metrów, ale również w Morzu Czarnym, Morzu Kaspijskim, Morzu Śródziemnym, a nawet w Jeziorze Bajkał. Omawiane układy hydratów metanu występują również w stałych zmarzlinach gruntu na Syberii oraz Kanady.
Jeżeli hydraty metanu – wyglądem podobne do śniegu – oddziałują na skały osadowe jak cement, to dzięki temu tworzą się ich ogromne nawisy na stromych zboczach kontynentów i podmorskich skał.

Wyzwalanie się tsunami
Jeżeli w takich warunkach dojdzie do przypadkowego, lokalnego nagrzania się oceanu, czy morza, to z hydratów zacznie wydzielać się intensywnie metan, a w skałach osadowych tworzyć się zaczynają szybko dziury, jak w szwajcarskim serze. Zwiększające się objętości wyzwalającego się z hydratów gazu, wywierają w tworzących się dziurach rosnące ciśnienie na skały osadowe, które doprowadza szybko do katastrofy obrywania się ogromnego nawisu skał osadowych z hydratami z podmorskiego stromego pobocza, wywołując tsunami (ogromną falę morską).
Tego typu katastrofa wydarzyła się około 8000 lat temu między Islandią, a Norwegią. Obsunięcie się warstwy osadowej z hydratami metanu nastąpiło wzdłuż podmorskiej, pionowej skały na długości około 300 km, a objętość obsuniętych osadów wynosiła prawdopodobnie aż 3000 km sześc. – co wywołało tsunami, którego skutki są do dziś widoczne na obrzeżach północnej Anglii (G. Bohrman; „Naturschutzblätter – Umwelt, Klima, Energie, Technologie” 26, 3, 2005 r.).

Destabilizację nawisów hydratów metanu warstw osadowych na ścianach zboczy oraz stoków podmorskich mogą również wywołać zlodowaciałe robaki (Hesiocaeca methanicola). One bowiem żywią się bakteriami, które żyją na powierzchni hydratów metanu (patrz rys. 1). W bezpośrednim otoczeniu tych robaków dochodzi do: wydzielania się gazowego metanu, a przez to wzrostu ciśnienia w porach skał osadowych oraz do tego wszystkiego, co opisano wcześniej o tsunami.

Oczywiście niewielkie, powolne wydzielanie się metanu z jego hydratów nie jest groźne. Obecny w wodzie morskiej tlen przemienia go na drodze biologicznej w dwutlenek węgla i w wodę. Przy większych jednak masach wydzielającego się do atmosfery metanu – a nawet przy wypływie jego hydratów na powierzchnię mórz i oceanów – występują już skutki klimatyczne, powodowane gazem cieplarnianym. Na rysunku 2 ilustruje się spalanie metanu z hydratów, pływających na wodzie. Rysunek 3 natomiast ilustruje śnieżno-białe hydraty metanu z zanieczyszczeniem czarnego osadu skalnego.

Metan z hydratów
Badania nad techniką wydobywania metanu bezpośrednio z jego hydratów w morzach i oceanach obejmują wariantowe rozwiązania instalacyjne. Obecnie zachęcające wyniki prezentują naukowcy z Instytutu Frauenhofera Uniwersytetu w Dortmundzie. Stosują oni dwie współśrodkowe rury. Wewnętrzną przepływa (pompuje się) ciepła woda morska, a przestrzenią pomiędzy rurami płyną rozkładające się hydraty z bąbelkującym gazem. Niektóre elementy techniczno-procesowe tej technologii wydobywania metanu z jego hydratów są podobne do stosowanych na platformach wydobywania ropy spod dna morskiego (Ch. Beckervordersandforth; Naturschutzblätter – Umwelt, Klima, Energie, Technologie” 27, 3, 2005 r.).
Nasz kraj – mający pokaźne zasoby węgli kamiennego i brunatnego – nie będzie w bieżącym stuleciu zainteresowany pozyskiwaniem metanu z jego morskich hydratów, ale po tym czasie nie będzie już gazu ziemnego na naszej planecie i wtedy będziemy importować metan z hydratów, tak jak Niemcy oraz wiele innych krajów.

Dokończenie znajdziesz w wydaniu papierowym. Zamów prenumeratę miesięcznika ENERGIA GIGAWAT w cenie 108 zł za cały rok, 54 zł - za pół roku lub 27 zł - za kwartał. Możesz skorzystać z formularza, który znajdziesz tutaj

Zamów prenumeratę