Methanhydrat (formel CH 4 5.75H 2 O eller 4CH 4 23H 2 O), eller methanhydrat er en supramolekylær forbindelse af methan med vand , stabil ved lave temperaturer og forhøjede tryk. Dette er det mest udbredte gashydrat i naturen - dets reserver anslås til 10 16 kg, hvilket er to størrelsesordener højere end verdens oliereserver [1] .
I 1940'erne antog sovjetiske videnskabsmænd ( Strizhov , Mokhnatkin, Chersky ) tilstedeværelsen af gashydrataflejringer i permafrostzonen . I 1960'erne blev de første forekomster af gashydrater opdaget i den nordlige del af USSR . Siden da er gashydrater blevet betragtet som en potentiel brændstofkilde . Efterhånden blev deres brede udbredelse i havene og ustabilitet med stigende temperaturer tydelige.
Nu tiltrækker naturgashydrater særlig opmærksomhed som en mulig kilde til fossile brændstoffer, såvel som en bidragyder til klimaændringer (se hypotese om metanhydratpistol ).
Gashydrater ligner komprimeret sne , de kan brænde, let nedbrydes til vand og gas, når temperaturen stiger. På grund af sin clathratstruktur kan et gashydrat med et volumen på 1 m³ indeholde op til 160-180 Nm³ ren gas. Denne indikator er sammenlignelig med nogle lovende typer af volumetriske detonerende sprængstoffer.
De fleste naturgasser ( CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , CO 2 , N 2 , H 2 S , isobutan osv.) danner hydrater , der eksisterer under visse termobariske forhold. Området for deres eksistens er begrænset til havbundsedimenter og områder med permafrost . De overvejende naturgashydrater er metan og kuldioxidhydrater .
Fasediagram og stabilitetsfelt for metanhydrat i havene og på kontinenterne . I havet er stabilitetsområdet for metanhydrat bestemt af vandtemperaturen i bundlaget og den geotermiske gradient . Bundvandstemperaturen i det nordlige hav er +4 °C. Nedenfor, i sedimentære bjergarter, vokser det i overensstemmelse med den geotermiske gradient; ved en vis temperatur bliver metanhydrat ustabilt og nedbrydes til vand og metan. Et lignende billede observeres på kontinenterne, men dybden af hydratnedbrydning på dem afhænger af dybden af permafrostens udvikling .
Som det fremgår af fasediagrammet for methanhydrat, kræver dets dannelse lave temperaturer og relativt højt tryk, og jo højere tryk, desto højere temperatur er methanhydrat stabilt ved. Så ved 0 °C er det stabilt ved tryk i størrelsesordenen 25 bar og derover. Et sådant tryk nås for eksempel i havet i en dybde på omkring 250 m. Ved atmosfærisk tryk kræver stabiliteten af metanhydrat en temperatur på omkring -80 °C. Methanhydrater kan dog stadig eksistere i ret lang tid ved lave tryk og ved højere temperatur, men nødvendigvis negative - i dette tilfælde er de i en metastabil tilstand , deres eksistens giver effekten af selvopretholdelse - under nedbrydning, metanhydrater er dækket af en isskorpe, som forhindrer yderligere nedbrydning.
Med en stigning i tykkelsen af nedbør i havet og indsynkning eller et fald i tykkelsen af permafrost, vil metanhydrat nedbrydes, og der dannes et gasreservoir i lav dybde, hvorfra gas kan bryde igennem til overfladen. Sådanne emissioner observeres faktisk i tundraen og nogle gange i havene.
Det katastrofale henfald af metanhydrat menes at være årsagen til det sene palæocæn termiske maksimum , en geologisk begivenhed ved grænsen mellem palæocæn og eocæn , der førte til udryddelsen af mange dyrearter, klimaændringer og sedimentation .
Processen med metangennembrud fra offshore gashydrataflejringer er blevet påberåbt for at forklare skibe forsvinden i Bermuda-trekanten og nogle andre steder. Hypotesen er, at når metan stiger til overfladen, er vandet mættet med gasbobler, og massefylden af blandingen falder kraftigt, som følge heraf mister skibet sin opdrift og synker. Der er en antagelse om, at metan stiger op i luften også kan forårsage flystyrt - for eksempel på grund af et fald i lufttætheden, hvilket fører til et fald i løft og forvrængning af højdemåleraflæsninger . Desuden kan metan i luften få motorer til at gå i stå eller eksplodere.
Eksperimentelt blev muligheden for en ret hurtig (inden for ti sekunder) oversvømmelse af et fartøj, der var på grænsen af et gasudslip, faktisk bekræftet, hvis gassen frigives i én boble, hvis størrelse er større end eller lig med fartøjets længde. Spørgsmålet om sådanne gasemissioner er dog stadig åbent. Derudover findes metanhydrat også andre steder i verdenshavene, hvor der ikke er registreret massetilfælde af forsvundne skibe.
I august 2006 blev det annonceret, at kinesiske forretningsmænd ville investere 800 millioner yuan (100 millioner dollars) over de næste 10 år for at undersøge muligheden for at udvinde gas fra hydratforekomster [2] . Universitetet i Bergen (Norge) har udviklet en teknik til at inkorporere CO 2 i hydrataflejringer med efterfølgende genvinding af CH 4 . Den 12. marts 2013 annoncerede ConocoPhillips sammen med Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC) den vellykkede anvendelse af denne metode nær Japan [3] [4] .
I maj 2017 annoncerede Japan og Kina et gennembrud i spørgsmålet om gasproduktion fra hydratforekomster [5] . Olie- og gasindustriens konsensus er dog, at der vil gå år før kommerciel produktion af hydrater [6] .
Under udvinding og transport af naturgas i gasform kan der dannes hydrater i brøndboringer, feltkommunikation og hovedgasrørledninger . Ved at blive aflejret på rørvæggene reducerer hydrater kraftigt deres gennemstrømning. For at bekæmpe dannelsen af hydrater i gasfelter indføres forskellige inhibitorer i brønde og rørledninger ( methylalkohol , glycoler , 30% CaCl 2 opløsning ), og temperaturen af gasstrømmen holdes over temperaturen for hydratdannelse ved hjælp af varmeapparater, termisk isolering af rørledninger og valg af driftstilstand, der giver den maksimale temperatur af gasstrømmen. For at forhindre hydratdannelse i hovedgasrørledninger er gasdehydrering den mest effektive - gasrensning fra vanddamp.