Kolejna gazowa rewolucja? “Płonący lód” może przebić łupki

Naukowcy pracują nad technologiami, które umożliwią wykorzystanie tego źródła na skalę przemysłową. A zdaniem geologów, jest to źródło paliwa większe niż globalne zasoby ropy naftowej, gazu ziemnego i węgla razem wzięte. Hydraty metanu mogą wstrząsnąć światem bez porównania mocniej, niż łupki.

Czym są hydraty metanu? Mówiąc w skrócie, to metan uwięziony w wodzie pod wpływem wysokiego ciśnienia i niskiej temperatury. Wyglądem przypomina lód, bo to struktura krystaliczna, złożona z cząsteczek gazu umieszczonych w “klatce” złożonej z cząsteczek wody. Warto dodać, że w śladowych ilościach występują też hydraty propanu i hydraty etanu.

Gazohydraty powstają i występują w ściśle określonych warunkach: przy ciśnieniu rzędu 300-400 atmosfer oraz temperaturze co najmniej -0,8 st. Celsjusza. Gdy te warunki się zmieniają (spadek ciśnienia, wzrost temperatury), metan uwalnia się z hydratu w ciągu kilkudziesięciu minut. Dlatego w warunkach pokojowych topniejący lód z metanem płonie.

Na Ziemi warunki naturalne pozwalają na występowanie hydrometanu pod zmarzliną arktyczną, pod dnem morskim wzdłuż krawędzi szelfów kontynentalnych, pod wiecznym lodem Antarktydy oraz pod dnem śródlądowych mórz i jezior. W tym ostatnim wypadku są to osady położone bardzo głęboko (np. pod Bajkałem). W zdecydowanej większości przypadków, hydrometan znajduje się kilkaset metrów pod powierzchnią ziemi, aż 98 proc. zasobów leży pod dnem oceanów.

Dotychczas na całym świecie odkryto ponad 220 złoż gazohydratów. Największe stwierdzono przy południowej części Wschodniego Wybrzeża USA, w Zatoce Meksykańskiej, w Arktyce, w pobliżu Japonii, a także – co bardzo ważne – dość płytko pod dnem Morza Czarnego, u brzegów Ukrainy. Gazohydraty leżą też m.in. u wybrzeży Indii, Korei Południowej, Chin czy Chile.

Z jednego metra sześciennego hydratów metanu można pozyskać nawet 160 m sześciennych gazu. Ile jest tego w skali globalnej? To stwierdzić jest jeszcze trudniej, niż w przypadku łupków. Choć ocenia się, że paliwa z gazohydratów może być nawet 15 razy więcej, niż z łupków.

Rozpiętość szacunków jest ogromna: od 3 tys. bln m sześc. do ponad 140 tys. bln m sześc. Ale najczęściej wymienia się wielkość 20 tys. bln m sześc. - robi to m.in. Departament Energetyki USA. Dla porównania, dostępne zasoby konwencjonalnego gazu naturalnego i gazu z łupków to w sumie 640 bln m sześc. A w 2011 r. globalna konsumpcja gazu wyniosła ok. 3,4 bln m sześc.

Ale chodzi nie tylko o wielkość złóż, ale też ich wartość energetyczną. “Płonący lód” to największe na świecie źródło paliwa opartego na węglu. Według amerykańskich służb geologicznych, globalne zasoby hydratów metanu mogą zawierać nawet dwa razy więcej organicznego węgla niż zasoby węgla kamiennego, ropy i innych form gazu naturalnego razem wzięte.

Geologowie i koncerny energetyczne w szeregu krajów na świecie wiedzą o hydratach od dawna. Ale ostatnio zrobiło się o nich szczególnie głośno dzięki Japończykom. W marcu ogłosili, że jako pierwsi na świecie przez kilkanaście dni wydobywali gaz z podmorskiego złoża hydratów metanu w cieśninie Nankai, ok. 50 km od wybrzeży Honsiu.

Według państwowego koncernu JOGMEC, tylko to złoże (1,1 bln metrów sześciennych) może zaspokoić zużycie gazu w Japonii przez okres 11 lat. A całe szacowane zasoby hydratów metanu w wodach otaczających archipelag mogą zaspokoić zapotrzebowanie Kraju Kwitnącej Wiśni nawet przez 100 lat.

W prace nad eksploatacją tego źródła energii Tokio przez kilkanaście lat zainwestowało kilkaset milionów dolarów. Teraz ma nadzieję, że już za pięć lat zacznie pozyskiwanie gazu z “płonącego lodu” na skalę przemysłową. Taki scenariusz oznaczałby zupełną rewolucję: Japonia z kraju całkowicie uzależnionego od importu gazu i ropy, stałaby się samowystarczalna energetycznie.

Na podobne korzyści związane z “płonącym lodem” liczą inne kraje. Ale droga do hydrometanowej rewolucji jest usiana przeszkodami. Dwie najważniejsze to zagrożenia ekologiczne oraz – póki co - brak technologii czyniących eksploatację opłacalną.

Duża część stwierdzonych zasobów gazohydratów leży we wrażliwych ekologicznie obszarach: na szelfach kontynentalnych (w tym Antarktyda), w strefie wiecznej zimy. W przypadku awarii technologicznej konsekwencje dla środowiska naturalnego byłyby bolesne. Podwodne wiercenia grozić mogą osunięciami w dnie morskim i zaszkodzić lokalnej florze i faunie – ostrzegają ekolodzy.

Ale nie to budzi największe obawy. Metan należy do czołówki gazów wzmacniających efekt cieplarniany. A szacuje się, że w gazohydratach jest go nawet 3 tys. razy więcej niż w atmosferze. Nietrudno wyobrazić sobie skutki jego uwolnienia podczas eksploatacji złóż. Hydraty metanu zachowują chemiczną stabilność tylko w niskich temperaturach i przy wysokim ciśnieniu, na ogół na głębokości większej niż 500 m. Inaczej się rozpadają, a uwolniony z “lodowej klatki” metan wiąże się z tlenem, tworząc dwutlenek węgla i wzmacniając “efekt cieplarniany”.

Z drugiej jednak strony, hydraty metanu mogą też być czynnikiem ograniczającym skażenie środowiska. W porównaniu z innymi paliwami kopalnymi, gaz podczas spalania emituje najmniejszą ilość dwutlenku węgla. Szerokie zastosowanie gazowych elektrowni – dzięki dostępowi do gazohydratów – w takich krajach jak Chny czy Indie (obecnie w dużej mierze opierających się na węglu) mogłoby znacząco ograniczyć emisję dwutlenku węgla do światowej atmosfery.

Co ważne, jedna z wciąż opracowywanych metod pozyskania gazu z “płonącego lodu” także może przyczynić się do ograniczenia emisji dwutlenku węgla. Jak? “Wstrzykuje” się dwutlenek węgla w złoża hydratów, gdzie zastępuje on uwalniany metan. Wydobywca pozyskuje więc gaz, a jednocześnie “zamyka” w lodzie dwutlenek węgla (metoda wtrysku dwutlenku węgla). Jest to jednak póki co najmniej zaawansowana metoda eksploatacji gazohydratów, choć Japończycy i Amerykanie wspólnie zastosowali ją na początku 2012 r. na Alasce.

Popularniejsze są dwie inne metody. Jedna polega na rozbiciu hydratów poprzez podniesienie ich temperatury, co osiąga się wpompowując gorącą parę wodną w złoże (metoda wtrysku termicznego). Wreszcie metoda rozprężania: metan uwalnia się, zmniejszając ciśnienie w złożu (drąży się otwór w warstwie hydratów, którym uwolniony gaz trafia do zbiornika). Taką właśnie metodę zastosowali Japończycy.

Ale to dopiero początek drogi. Japończycy twierdzą, że wydobycie na skalę przemysłową rozpoczną w 2018 r. Amerykanie jednak uważają, że to jeszcze kwestia minimum 10-15 lat.

Gazohydraty odkryto naukowo już pod koniec XIX w. Ale dopiero w latach 40. XX w. sformułowano hipotezę o ich występowaniu w naturze – w strefie wiecznej zmarzliny. Pierwsze odkrycia gazohydratów w tej formie to lata 60. XX w. (dwie dekady później odkryto je pod dnem Bajkału). Zaleganie gigantycznych ilości hydratów metanu na szelfach kontynentalnych odkryto prawie pół wieku temu, ale dopiero w ostatnich dwóch dekadach prywatne firmy i rządy niektórych krajów zaczęły inwestować w opracowanie technologii pozwalających wydobyć gaz uwięziony w tej formie.

Japonia była pierwszym krajem, który uruchomił rządowy program hydratów metanu (1995). Indie poszły tą samą drogą dwa lata później. A potem Chiny i Korea Płd. W czołówce prac są jednak Amerykanie, choć to Rosjanie w 2009 r. ogłosili, że opracowali tani sposób eksploatacji gazohydratów. Nawet go opatentowali. Ale nic więcej o tym nie wiadomo. Być może zadziałał lobbing Gazpromu i władz państwowych. Przy stosunkowo małych szacunkowych zasobach rosyjskich gazohydratów, globalny rozwój pozyskiwania paliwa z tego źródła mógłby ostatecznie pogrzebać status Rosji jako światowej potęgi energetycznej.

Duże zainteresowanie gazohydratanu wykazują m.in. Brazylia, Chile, Australia i Nowa Zelandia. Natomiast Europa pozostaje w tyle tego wyścigu. Być może dlatego, że zasoby “płonącego lodu” w rejonie Starego Kontynentu do imponujących raczej nie należą (M. Barentsa, M. Norweskie, wschodnia część M. Śródziemnego oraz M. Czarne). A co z Polską?

- Bałtyk jest morzem płytkim, wewnątrzkontynentalnym, i chociaż jest obserwowana w wielu miejscach obecność gazów w osadach, to nie ma warunków do powstania gazohydratów w klasycznym znaczeniu – mówi portalowi tvn24.pl dr Regina Kramarska, dyrektor Oddziału Geologii Morza Państwowego Instytutu Geologicznego - Państwowego Instytutu Badawczego w Gdańsku.

Co nie oznacza, że w Bałtyku w ogóle nie ma metanu. - Z badań geochemicznych przeprowadzonych przez przedsiębiorstwo Petrobaltic i Państwowy Instytut Geologiczny - PIB w latach 2005-2008 wynika także, że pewna ilość gazu, który jest obserwowany w osadach bałtyckich, migruje do tych osadów i wód bałtyckich z istniejących w podłożu skał ropo- i gazonośnych – mówi dr Kramarska. A jak dodaje Mirosław Rutkowski z Państwowego Instytutu Geologicznego, “nie ma to żadnego znaczenia złożowego, natomiast może ułatwiać poszukiwanie złóż”.

Tak więc bezpośrednich korzyści z rozwoju wydobycia hydratów metanu Polska by nie miała. Nie ma ich u nas, w przeciwieństwie choćby do łupków. Potencjalna “gazohydratowa rewolucja” może mieć natomiast wpływ pośredni na naszą sytuację energetyczną – choćby poprzez możliwy spadek cen gazu na świecie i osłabienie pozycji naszego wciąż głównego dostawcy, Rosji.

Autor: Grzegorz Kuczyński / Źródło: tvn24.pl