Hydrat gazu

Znane i podejrzewane złogi hydratu gazu w osadach i glebach wiecznej zmarzliny

Hydratów gazu znajdują się w stałych łącznie stan obecny związków inkluzyjnych , składający się z gazu - takie jak gazy szlachetne ( argon , krypton , ksenon ), chlor , brom , węglowodory aromatyczne lub alkany istnieć i woda -. Hydraty gazu ziemnego zawierają głównie gazy takie jak metan , dwutlenek węgla i siarkowodór . Formy, które w przeważającej mierze zawierają określoną cząsteczkę gazu, taką jak metan, są znane na przykład jako hydrat metanu .

fabuła

Hydraty gazu zostały po raz pierwszy znalezione w 1811 roku przez Humphry'ego Davy'ego w postaci chlorohydratu. Przez długi czas uważano je za ciekawostkę, aż do około 1930 roku odkryto, że substancja podobna do lodu zatyka rurociągi gazu ziemnego w zimnych regionach. W 1965 roku radziecki inżynier naftowy Jurij Makogon odkrył istnienie naturalnie występujących hydratów gazu w osadach pod złożem gazu ziemnego na Syberii.

Substancjami tymi był hydrat metanu, który powstał wraz z wodą w gazie ziemnym pod ciśnieniem rurociągu. Ten problem z transportem gazu ziemnego można ominąć, transportując z nim pewne chemikalia, inhibitory . Zmieniają one warunki niezbędne do powstania hydratów gazowych w taki sposób, aby przy temperaturach i ciśnieniach panujących w rurociągu powstawało jak najmniej hydratów gazu. Niemniej jednak coraz więcej hydratów gazu może tworzyć się lub gromadzić, zwłaszcza na zaworach i instrumentach.

Pochodzenie i występowanie

Hydrat gazu / hydrat metanu (biały) zmagazynowany w osadzie.

Najważniejszymi czynnikami, które prowadzą do powstania hydratów gazu ziemnego są ciśnienie , temperatura oraz wysokie stężenie gazu w otaczającym środowisku (wolny gaz rozpuszczony w osadzie lub w wodzie porowej). Przy wysokim ciśnieniu, niskiej temperaturze i odpowiednio wysokim stężeniu gazu, cząsteczki gazu w osadzie lub na dnie morza są „uwięzione” w siatce molekularnej złożonej z cząsteczek wody podczas tworzenia klatratu . Tworzy to klatkę złożoną z kilku cząsteczek wody, w której zamknięta jest cząsteczka gazu. Jeden metr sześcienny hydratu gazu zawiera około 164 m³ odpowiedniego gazu.

Powstawanie klatratów wypełnia przestrzeń porów osadu, a osady powstają w postaci mieszaniny osad-gaz-hydrat. Osad jest cementowany, a tym samym zestalany przez hydrat gazu, co ma ogromne znaczenie dla stabilności zboczy kontynentów. Hydrat gazu jest lżejszy od wody i jest w ten sposób utrzymywany przez cięższe osady na dnie morza. Wolny hydrat gazu w słupie wody szybko unosi się do góry. Po drodze rozkłada się i transportuje uwolniony gaz (prawdopodobnie gaz cieplarniany ) do słupa wody i ewentualnie bezpośrednio do atmosfery . W osadzie hydrat gazu jest stabilny do głębokości kilkuset metrów. Między innymi, ze względu na procesy sedymentacji w długich skalach czasowych, hydraty gazów powstające w pobliżu powierzchni osadu mogą znajdować się na większych głębokościach poniżej stabilnej warstwy przykrywającej. Na większych głębokościach osadów hydrat gazu staje się ponownie niestabilny z powodu przepływu ciepła z ziemi.

posługiwać się

Struktura bryły hydratu gazu

Podczas sekwestracji CO 2 proces tworzenia hydratów gazu ma na celu zapewnienie, że CO 2 z elektrowni będzie bezpiecznie odkładał się np. na dnie morskim, a tym samym nie może wydostać się do atmosfery. W sprzyjających warunkach CO 2 sztucznie wprowadzony do głębokich warstw osadów może zostać tam przekształcony w stałą strukturę hydratu i tym samym stabilnie składowany.

Najnowsze badania sejsmiczne wskazują, że ilość metanu uwodnionych osadów na dnie oceanu jest bardzo znacząca. Mogą zatem być ważnym źródłem energii , nawet jeśli bezstratna degradacja może okazać się dość trudna, ponieważ metan jako gaz cieplarniany nie może przedostawać się do atmosfery w dużych ilościach. Całkowita ilość gazów cieplarnianych z paliw kopalnych powinna być mniejsza niż ilość gazów cieplarnianych, które mogłyby zostać uwolnione ze złóż hydratów gazu. Zarówno dwutlenek węgla, jak i metan są gazami cieplarnianymi. Szacunki wahają się od łącznie ponad 1000 Giga węgla z beczek, który jest przechowywany w różnych rodzajach hydratów gazowych.

Ale hydraty gazowe są interesujące nie tylko jako źródło energii. Zapewniają również stabilność dna morskiego w niektórych miejscach. Nagłe różnice temperatur lub ciśnień i związane z tym zniszczenie lub destabilizacja warstwy hydratu gazu mogą spowodować zsuwanie się dna morskiego ze zboczy kontynentalnych ( Storegga ), co może skutkować tsunami .

Hydraty gazowe mogą uprościć transport gazu ziemnego na statkach. Podczas transportu konieczna byłaby tylko temperatura przechowywania -10 ° C, w przeciwieństwie do temperatury przechowywania skroplonego gazu ziemnego -162 ° C.

W odniesieniu do globalnego ocieplenia hydrat gazu należy rozpatrywać z trzech perspektyw:

  • Jego stosowanie budzi kontrowersje nie tylko ze względu na możliwe wypadki podczas wydobycia, ale przede wszystkim ze względu na to, że jest to kolejne paliwo kopalne, które wielokrotnie zwiększałoby potencjał antropogenicznej emisji CO 2 .
  • Postępujące ocieplenie ziemi wpływa na osady hydratów w morzu, których rozmrażanie dodatkowo znacznie przyspieszyłoby ocieplenie. Efekt cieplarniany metanu jest około 30 razy większy niż dwutlenku węgla. Nauka zakłada, że ​​zwiększonej emisji metanu można się spodziewać za dwieście do trzystu lat.
  • Gdy metan jest wydobywany z hydratu gazu, gaz w strukturze klatki mógłby zostać zastąpiony przez CO 2 - z jednej strony byłby wydobywany cenny gaz ziemny, az drugiej dwutlenek węgla byłby wtłaczany do dna morskiego. Naukowcy badają to podejście w projekcie SUGAR finansowanym przez Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań Naukowych oraz Federalne Ministerstwo Gospodarki i Energii .

linki internetowe

Commons : Hydraty gazowe  - Zbiór zdjęć, filmów i plików audio

literatura

  • Keith A. Kvenvolden, Thomas D. Lorenson: Hydraty gazu ziemnego: występowanie, dystrybucja i wykrywanie . Wyd.: Charles K. Paull, William P. Dillon. American Geophysical Union, Waszyngton, DC 2001, ISBN 978-1-118-66841-2 , doi : 10.1029 / gm124p0003 .

Indywidualne dowody

  1. ↑ Spektrum.de: Gashydrate im Lexikon der Biologie , dostęp 24 maja 2017 r.
  2. ^ Wpis o klatratach. W: Rompp Online . Georg Thieme Verlag, dostęp 24 maja 2017 r.
  3. ↑ Ulrike Flach i in.: Propozycja: Ściśle zintegrować badania nad hydratami gazu z badaniami nad „Systemem Ziemi” i „Nowymi technologiami” . 29 września 2004. Dr BT 15/3814
  4. ↑ Kevin Bullis: Łatwy transport gazu ziemnego. W: Przegląd Technologii . 9 września 2010 . Źródło 28 lipca 2017 .
  5. ↑ Dieter Lohmann i Nadja Podbregar: W centrum uwagi: Zasoby naturalne. Poszukuje surowców. Springer, Berlin, Heidelberg 2012, ISBN 978-3-642-22611-3 , s. 5-6.
  6. ↑ Marie Heidenreich: Hydrat gazu może doprowadzić do światowej rewolucji energetycznej. W: Badania na rzecz Zrównoważonego Rozwoju (FONA) . 14 sierpnia 2017 . Źródło 17 sierpnia 2017 .