МОСКВА, 18 января. /ТАСС/. Российские математики создали модель для разработки залежей самого богатого источника природного газа на планете - газовых гидратов, концентрация которых высока в арктической зоне, а ученые Сколтеха предложили технологию добычи метана из гидратов. Эксперты рассказали ТАСС, как добыча такого метана поможет снизить парниковый эффект, в чем преимущества новых исследований, и есть ли перспективы у промышленной разработки газогидратов в России.

Против парникового эффекта

Газовые гидраты - это твердые кристаллические соединения льда и газа, их еще называют "горючий лед". В природе они встречаются в толще океанского дна и в вечномерзлых породах, поэтому добывать их очень сложно - на глубину в нескольких сотен метров нужно бурить скважины, а потом выделять природный газ из ледовых отложений и транспортировать его на поверхность. Сделать это удалось в Южно-Китайском море в 2017 году китайским нефтяникам, но для этого им пришлось углубиться в толщу морского дна на более чем 200 метров при том, что глубина в районе добычи превышала 1,2 км.

Исследователи считают газовые гидраты перспективным источником энергии, который может быть востребован, в частности, странами, ограниченными в других энергоресрусах, например, Японией и Южной Кореей. Оценки содержания метана, сжигание которого дает энергию, в газогидратах в мире разнятся: от 2,8 квадриллионов тонн по данным Минэнерго РФ до 5 квадриллионов тонн по данным Мирового энергетического агентства (МЭА). Даже минимальные оценки отражают огромные запасы: для сравнения, общемировой объем запасов нефти корпорация BP (British Petroleum) в 2015 году оценила в 240 млрд тонн.

"По оценкам некоторых организаций, прежде всего Газпром ВНИИГАЗ, ресурсы метана в газогидратах на территории РФ составляют от 100 до 1000 трлн кубометров, в арктической зоне, в том числе морях, - до 600-700 трлн кубометров, но это очень приблизительно", - рассказал ТАСС ведущий научный сотрудник Центра добычи углеводородов Сколковского института науки и технологий (Сколтеха) Евгений Чувилин.

Помимо собственно источника энергии, газогидраты могут стать спасением от парниковых газов, что позволит остановить глобальное потепление. Освободившиеся от метана пустоты можно заполнять углекислым газом.

"По оценкам исследователей, в гидратах метана содержится более 50% углерода от суммарных известных мировых запасов углеводородов. Это не только самый богатый на нашей планете источник углеводородного газа, но и возможное вместилище для углекислого газа, который считается парниковым. Можно убить двух зайцев - добыть метан, сжечь его для получения энергии и закачать на его место полученный при сжигании углекислый газ, который займет место метана в гидрате", - рассказал ТАСС замдиректора по научной работе Тюменского филиала Института теоретической и прикладной механики Сибирского отделения РАН Наиль Мусакаев.

В условиях вечной мерзлоты

На сегодня исследователи выделяют три основных перспективных способа добычи газовых гидратов.

"Прежде чем добыть газ из гидратов, требуется их разложить на составляющие - газ и воду или газ и лед. Можно выделить основные методы добычи газа - снижение давления на забое скважины, нагрев пласта с помощью горячей воды или пара, подача в пласт ингибиторов (веществ для разложения газогидратов - прим. ТАСС)", - пояснил Мусакаев.

Ученые из Тюмени и Стерлитамака создали математическую модель для добычи метана в вечной мерзлоте. Примечательна она тем, что учитывает процесс образования льда во время разработки месторождения.

"Образование льда имеет плюсы и минусы: он может закупорить оборудование, но, с другой стороны, разложение газогидрата на газ и лед требует в три раза меньше энергии, чем при разложении на газ и воду", - рассказал Мусакаев.

Преимущество математического моделирования - возможность спрогнозировать сценарий разработки газогидратных залежей, в том числе оценить экономическую эффективность способов добычи газа из таких месторождений. Результаты могут заинтересовать проектные организации, которые занимаются планированием и разведкой на газогидратных месторождениях, отметил ученый.

Сколтех также занимается разработкой технологий для добычи метана из гидратов. Совместно с коллегами из Университета Хериота-Уатта в Эдинбурге специалисты Сколтеха предложили извлекать метан из газогидратов путем закачки воздуха в пласт породы. "Этот метод - более экономичный по сравнению с существующими, и меньше влияет на окружающую среду", - пояснил Чувилин.

В данном методе предполагается, что в пласт закачивается углекислый газ или азот, и газогидраты из-за разницы в давлении разлагаются на составляющие. "Мы пока проводим методические исследования по опробованию метода и его эффективности. До создания технологии еще далеко, пока мы создаем физико-химические основы этой технологии", - подчеркнул ученый.

По словам Чувилина, в России пока нет полностью готовых технологий для эффективной добычи метана из гидратов, так как нет целевых программ поддержки этого научного направления. Но разработки все равно ведутся. "Может быть, газовые гидраты не станут главным энергоресурсом будущего, но их использование наверняка потребует развития новых знаний", - добавил Мусакаев.

Экономическая целесообразность

Разведку и разработку газогидратных месторождений учитывает в числе долгосрочных перспектив газодобычи прогноз развития топливно-энергетического комплекса России на период до 2035 года. В документе отмечается, что газогидраты могут стать "фактором в мировой энергетике только через 30-40 лет", но при этом не исключается прорывной сценарий. В любом случае разработка гидратов повлечет глобальный передел на мировом рынке топливных ресурсов - цены на газ будут снижаться, и сохранить доходы добывающие корпорации смогут только захватывая новые рынки и увеличивая объем продаж. Для массовой разработки таких месторождений надо создавать новые технологии, улучшать и удешевлять существующие, отмечается в стратегии.

Учитывая труднодоступность гидратов и сложность их добычи, эксперты называют их перспективным источником энергии, но отмечают, что это не тенденция ближайших лет - для гидратов нужны новые технологии, которые пока только разрабатываются. А в условиях налаженной добычи природного газа метан из гидратов находится в не самом выигрышном положении. В дальнейшем все будет зависеть от конъюнктуры рынка энергоносителей.

Заместитель директора Центра добычи углеводородов Сколтеха Алексей Черемисин считает, что метан из гидратов начнут добывать нескоро как раз из-за имеющихся запасов традиционного газа.

"Сроки промышленной добычи зависят как от экономически доступной технологии поиска, локализации и добычи газа, так и от рыночных факторов. Газодобывающие компании имеют достаточное количество запасов традиционного газа, поэтому рассматривают технологии добычи газа из газогидратов как задел на долгосрочную перспективу. По моей оценке, промышленная добыча в РФ начнется не ранее чем через 10 лет", - сказал эксперт.

По мнению Чувилина, в России есть месторождения, на которых метан из газогидратов могут начать добывать в ближайшие 10 лет, и это будет достаточно перспективно. "На некоторых газовых промыслах севера Западной Сибири при истощении традиционных газовых коллекторов возможна разработка вышележащих горизонтов, где газ может находиться и в гидратной форме. Это возможно в ближайшем десятилетии, все будет зависеть от стоимости энергоносителей", - резюмировал собеседник агентства.

Газовые гидраты, “горючий лед” – кристаллические соединения углеводородных газов, чаще всего – метана, и воды переменного состава. Выглядят как снег или лед и имеют сходные с ними физические свойства. Один кубический метр гидрата природного газа эквивалентен 160 кубическим метрам природного газа в газообразном состоянии.

Гидрат природного газа. Газовый гидрат. Образование:

Гидрат природного газа, “горючий лед” – довольно новый, однако потенциально обширный источник природного газа, способный обеспечить потребности растущих мировых экономик.

Газовые гидраты, “горючий лед” – кристаллические соединения углеводородных газов, чаще всего – метана , и воды переменного состава. Выглядят как снег или лед и имеют сходные с ними физические свойства. Образуются они при контакте газа и воды в определённых термобарических условиях, причём чем холоднее климат, тем чаще встречаются такие условия. Гидрат природного газа, например, образуется при 0 по Цельсию и при давлении 25 атмосфер. Если температура выше, то для образования газогидрата необходимо увеличение давления воды .

Основным элементом газогидрата является кристаллическая ячейка из молекул воды, внутри которой размещена молекула горючего газа. При этом кристаллическая решетка воды, характерная для льда, расширена и содержит полости, заполненные молекулами природного газа. Ячейки образуют плотную кристаллическую решетку, похожую на лед.

Гидрат природного газа – одна из форм существования природного газа в недрах .

В наиболее распространённом в земной коре гидрате метана соотношение между газом и водой примерно 1 к 6. При этом удельное газосодержание гидрата метана достигает 164 куб. метров газа на 1 куб. метр гидрата.

По общему мнению нефтегазовых геологов, природные газовые гидраты содержат основной объём природного газа в литосфере. По разным оценкам, в природных гидратах содержится от 2000 до 5000 трлн куб. метров газа . Значительная часть этих газовых ресурсов расположена в арктических широтах, так как именно наличие мощного (более 300 м) слоя вечной мерзлоты создаёт необходимые условия для гидратообразования, а в океане холодная вода позволяет образовываться газогидратам уже с глубины 250-300 м.

По ранее сделанным российским оценкам, в недрах арктических широт России может содержаться до 1000 трлн куб. м газа в гидратном состоянии. Однако далеко не весь этот объём можно добыть на современном уровне развития технологий . Но если хотя бы 10% этого объёма можно будет добыть, то это в значительной степени обеспечит энергоснабжение страны на многие десятилетия.

Впервые газогидраты были обнаружены в середине 70-х годов двадцатого века канадскими рыбаками. Нередко при поднятии с глубин тралов с рыбой в них оказывались крупные куски похожего на снег испачканного донным илом вещества. Кому-то пришло в голову поджечь этот глубоководный «снег». И он загорелся!

Преимущества использования гидрата природного газа:

Один кубический метр гидрата природного газа эквивалентен 160 кубическим метрам природного газа в газообразном состоянии. На 100 литрах газа

Как известно, вода имеет достаточно сложную структуру. Вода является универсальным растворителем, одним из двух главных универсальных растворителей, известных химикам. Вода способна смешиваться почти с любыми веществами и тем более с метаном. При растворении метана в воде образуются такие кластеры, структуры которых при обычной комнатной температуре и при атмосферном давлении являются жидкостью, но эти кластеры при температуре порядка 4°C и давления несколько сот атмосфер в отличие от воды становятся твердыми и образуют так называемые газовые гидраты. Гидраты образуются не только с метаном, они могут образовываться также с другими углеводородными и неуглеводородными газами. Это достаточно распространенное явление.

Если эти газовые гидраты оказываются в условиях, когда они стабильны, то они накапливаются. Многие бактерии, которые живут в толще морской воды, выделяют метан. Этот метан связывается с водой и опускается на дно, потому что газовые гидраты оказываются тяжелее воды. И на дне накапливаются залежи газовых гидратов. Во всех глубоких океанских впадинах есть эти гидраты. В России существуют целые месторождения газовых гидратов на суше. Это газы, которые находятся в смеси с водой и в твердом состоянии. Вечная мерзлота имеет температуру от 0 до -3 °C, в этих условиях даже при атмосферном давлении могут образовываться гидраты.

Новости о том, что Китай добыл со дна моря «горючий лед» ничего не значат, это утверждение на уровне того, что Россия - родина слонов. Это может быть утверждением некомпетентного человека на не слишком широко известную тему или утверждение компетентного человека, который хочет обмануть некомпетентных людей. Ничего нового они не открыли.

О существовании газовых гидратов на дне глубоких океанских впадин известно более полувека. В 70-е годы было доказано, что такие гидраты существуют и на суше, их обнаружили в зоне вечной мерзлоты в Якутии. Тогда советские ученые получили диплом на открытие. Как вы знаете, получить патент на изобретение несложно, а вот дипломов в год выдают всего несколько во всем мире. Но даже этому открытию полвека. А что касается газовых гидратов, которые называют «горючим льдом», то об этом давно всем известно. Япония в течение нескольких десятилетий пытается реализовать программу добычи этих газовых гидратов со дна впадин. Технически это легко реализуемо и можно драгой набрать сколько угодно гранул, но дело в том, что при подъеме их на поверхность они начинают сразу же распадаться на воду и метан, который уходит в атмосферу. Кстати говоря, метан является самым сильным агентом по сохранению парникового эффекта, он в этом смысле превосходит даже углекислый газ. Это прямой вред для экологии.

А что касается того, чтобы использовать газовые гидраты в качестве топлива, это техническая проблема, нужно сначала поднять его на поверхность, потом создавать условия, чтобы гидрат не распадался. Нужно обеспечить низкие температуры, около 4°C и давление в несколько сот атмосфер. Гидрат хранится в таком виде и при необходимости делится на воду и газ, после чего газ используется в качестве топлива. Только это оказывается экономически нецелесообразно, потому что поддерживать давление можно лишь за счет расходования топлива. В результате получается, что вы больше тратите, чем получаете. Китайцы, как и японцы, пытаются решить эту техническую задачу, потому что у них энергетический баланс отрицателен, они вынуждены завозить дополнительную энергию из других стран, в основном из России.

Эта тема не очень интересна и довольно объемна информационно. В той или иной мере этой тематикой занимаются у нас, в какой-то степени в США. Это не экзотика, вовсе не открытие и не новость. Да, китайцы поставили платформу, они вышли на уровень полупромышленного применения. Все хорошо, одно плохо - экономика этого технологического процесса отрицательна. Пока что денег туда уходит больше, чем возвращается. Поэтому считать газовые гидраты конкурентами обычных видов энергоносителей никак нельзя. Если бы это было возможно, японцы уже давно избавились бы от газовой зависимости и перестали быть главным импортером газа в мире.

Газовые гидраты могут изменить весь глобальный энергетический сектор и стать основным источником энергии в грядущие годы.

Китай впервые извлек газ из отложений гидратов метана на дне Южно-Китайского моря - это событие может стать поворотным для будущего энергетики во всем мире.

Китайские власти сразу же провозгласили, что это серьезное достижение.

Гидраты метана, известные так же под названием "горючий лед", содержат огромные запасы природного газа.

Многие страны, в том числе США и Япония, работают над решением проблемы эксплуатации отложений газовых гидратов, но их добыча и извлечение из них газа - сложная задача.

Что такое "горючий лед"?

Броское словосочетание описывает то, что является в реальности кристаллическим соединением воды и газа.

"Он напоминает кристаллы льда, но если рассматривать его на молекулярном уровне, то оказывается, что молекулы метана включены в решетку их молекул воды", - говорит профессор Правин Линга с кафедры химической и биомолекулярной технологии Национального университета Сингапура.

Официальное название субстанции - клатраты метана или гидраты метана, они формируются под высоким давлением и при низких температурах в слоях вечной мерзлоты или на дне морей.

Несмотря на свою низкую температуру, эти гидраты легко воспламеняются. Если поднести зажигалку, то газ, заключенный в замерзшей воде, начинает гореть. Вследствие этого гидраты и получили название "горючий лед".

При уменьшении давления и повышении температуры гидраты распадаются на воду и метан - очень большое количество метана. Один кубометр соединения выделяет до 160 кубометров метана, что делает его высококонцентрированным топливным ресурсом.

Image captionКристаллы гидрата метана, извлеченные американскими геологами в Мексиканском заливе

Однако загвоздка в том, что процесс извлечения из газовых гидратов горючего газа чрезвычайно сложен и дорогостоящ.

Газовые гидраты были впервые обнаружены на севере России в 60-х годах прошлого столетия. Однако исследования в области добычи гидратов из донных отложений начались всего 10-15 лет назад.

Ведущие позиции в этих исследованиях занимает Япония как страна, которая не имеет запасов ископаемых источников энергии. Подобные исследования активно ведутся в Индии и Южной Корее, у которых тоже нет запасов нефти.

Исследования в США и Канаде имеют свою специфику: они в основном изучают возможность добычи гидратов в районах вечной мерзлоты - на севере Канады и на Аляске.

В России ведутся исследования возможности добычи газа из огромных залежей метангидратов в зонах вечной мерзлоты в Западной Сибири. Они финансируются государственной корпорацией "Газпром".

Почему китайское достижение так важно?

Газовые гидраты могут изменить весь глобальный энергетический сектор и стать основным источником энергии в грядущие годы.

Огромные отложения гидратов существуют на дне всех океанов, особенно на краях континентальных плит. Разные страны ищут способы сделать добычу "горючего газа" безопасной и прибыльной.

Китай утверждает, что совершил прорыв в этой области и профессор Линга согласен с ним.

"По сравнению с результатами японских исследований китайские ученые добились впечатляющего успеха, сумев получить гораздо больше метана при экстракции, - объясняет он. - Это действительно значительное достижение".

Считается, что отложения газовых гидратов содержат в 10 раз больше газа, чем сланцевые месторождения. "И это только по самым осторожным оценкам", - говорит ученый.

Китай обнаружил "горючий лед" на дне Южно-Китайского моря в 2007 году. На многие районы в акватории этого моря одновременно претендуют КНР, Вьетнам и Филиппины, и территориальные споры обостряются наличием там огромных энергоресурсов.

Что будет теперь?

Как считает профессор Линга, успех Китая является только первым шагом на долгом пути к освоению нового ресурса.

"Впервые перспективы добычи гидратов выглядят обещающими, - говорит он. - Но полагаю, что только к 2025 году (самое раннее) мы сможем увидеть реальное коммерческое использование гидратов".

Как сообщают китайские СМИ, в районе Шенху в Южно-Китайском море удалось достичь уровня добычи в 16 тысяч кубометров в сутки газа высокой чистоты.

Однако профессор Линга предупреждает, что эксплуатация запасов газовых гидратов должна сопровождаться строжайшими мерами экологической безопасности.

Самым крупным риском в этой области является неуправляемый выброс в атмосферу огромных количеств метана, что может резко ускорить глобальное потепление. Метан является гораздо более эффективным парниковым газом, чем углекислый газ.

Поэтому задача состоит в том, чтобы добыть газ и не дать ему при этом вырваться на свободу.

Китай объявил об энергетическом прорыве. Специалисты добыли со дна Южнокорейского моря — "горючий лёд". Речь идет о соединении воды и природного газа. Советские ученые открыли его еще более полувека назад. Тем временем, в Поднебесной уверяют, что в будущем весь мир перейдет на добычу этого вещества, а их прорыв значит больше, чем "сланцевая революция". Сможет ли новый вид топлива затмить нефть и газ?

Это первые кадры того, что в Китае назвали историческим прорывом. КНР к этому шла 20 лет. Сплав воды и метана. Топливо будущего. Так его называют в мире. Его больше, чем всей нефти, газа и угля на планете. Хватит на века.

"Это будет , которую возглавит Китай, следующая после прорыва США в сфере добычи сланцевого газа. Она повлияет на развитие всей мировой энергетики. Таких залежей газогидратов по всему миру — сотни. От Тихого океана до Черного моря и Байкала", — заявил Ли Цзиньфа, заместитель руководителя китайской геологической службы.

Газогидраты обычно скрываются под морским дном у берега и под вечной мерзлотой. То есть для их образования нужны два фактора — холод и высокое давление.

Горючий лед — это тот же природный газ, только в иной форме. Из-за низких температур и высокого давления он кристаллизуется и больше похож на рыхлый снег или лед. При таянии выделяется вода и метан. В одном кубическом метре такого льда — 164 кубических метра природного газа.

Первыми предположили, что такое топливо есть в природе и открыли первую залежь ученые из СССР — еще в 60е. Исследованиями занимались в Институте имени Губкина. С тех пор многие страны проводили эксперименты. Но до добычи из-за высокой цены и нерентабельности дело мало где доходило. Больше всех преуспела Япония.

Но Китай уверяет — это он первым извлек горючий лед и в таких объемах с морского дна. И что операция прошла на его оборудовании. Технологии тоже все родные. Но правда ли, что лед тронулся?

"Ничего такого фантастического здесь нет. Просто технически это, можно сказать, экспериментальная технология. Здесь на самом деле, никакое это не новое топливо, это обычный природный газ метан, который мы добываем в классических месторождениях. А так как у них своих классических месторождений нет, они начинают изобретать какие-то новые способы извлечения. Так что здесь каждый пытается испробовать собственную технологию, чтобы у него тоже было месторождение газа", — пояснил Игорь Юшков, ведущий аналитик Фонда национальной энергетической безопасности.

Конечно, ни о какой добыче в промышленных объемах речи пока нет. Китай такую цель ставит себе к 2030 году. Но некоторые китайские же эксперты предлагают раньше 2050 года ничего не ждать.

Насколько все это вообще выгодно — пока вопрос. Японцы подсчитали — тысяча кубометров газа из горючего льда обойдется от 400 до 1300 долларов. В 2-3 раза выше, чем природный.

"Самое главное, что они не публикуют данные, а сколько стоило достать этот метан? То есть здесь можно за топливом и на Луну летать, другой вопрос сколько вы денег потратите за это. И вопрос действительно — коммерческая технология будет разработана или не будет", — отметил Игорь Юшков.

Сколько газа из разведанных или предполагаемых запасов можно извлечь тоже пока не понятно. Между первой коммерческой скважиной в сланцевых пластах в США до его промышленной добычи прошло почти 200 лет.