Топливо будущего: газовые гидраты

Согласно многим современным оценкам, запасы газовых гидратов во всем мире превышают запасы обычного газа в несколько раз. Но каковы его перспективы стать основным источником топлива на планете? И насколько нуждается Россия в принятии национальной программы по их изучению? На эти и подобные вопросы отвечает Анатолий Нестеров, доктор химических наук, г.н.с. Института криосферы земли.

Нынешний интерес к газовым гидратам обусловлен, прежде всего, наличием значительных ресурсов газа, который находится в недрах Земли в газогидратной форме. Объем запасов этого вида топлива в несколько раз выше ресурсов обычного газа, что и позволяет считать гидраты одним из наиболее перспективных источников нетрадиционных углеводородов. Основная проблема заключается в том, что большая часть газовых гидратов (около 98%) сосредоточена на дне мирового океана, причем на глубинах, превышающих 500 метров.

Еще одна сложность - при достаточно небольших изменениях давления и температуры газовые гидраты быстро разлагаются на газ и воду, при этом происходит неконтролируемый выброс этого газа в атмосферу.

Анатолий Нестеров утверждает, что процесс гидратообразования является своего рода геохимическим барьером, стоящим на пути выброса газа в атмосферу, однако в случае увеличения температуры метан может подниматься на поверхность. Именно поэтому места больших скоплений газовых гидратов должны обязательно учитываться в прогнозах, касающихся изменения глобального климата планеты.

В то же время свойство газовых гидратов разрушаться при относительно небольшом целенаправленном внешнем воздействии может быть успешно использовано при их коммерческой эксплуатации. Недавно специалисты США, Японии и Канады провели успешные эксперименты, связанные с получением природного газа из газогидратной залежи, расположенной в подмерзлотных породах месторождения Малик (Канада). На территории Японии эти работы проводятся на подводном желобе Нанкаи, расположенном в Японском море.

Первые газовые гидраты удалось получить в 1811 году, однако на протяжении длительного времени они оставались объектом лабораторных исследований. В 1934 году американец Гаммершмидт установил, что газовые гидраты иногда образовываются в газопроводах, что приводит к их закупорке. Наличие гидратов в природных условиях впервые было обнаружено советскими учеными - Ю. Макогоном, А. Трофимуком, Ф. Требиным и В. Васильевым в 1969 году. До своего распада СССР занимал лидирующие позиции по изучению газовых гидратов. Однако после развала империи исследования в этом направлении на постсоветском пространстве были окончательно свернуты.

А в мире в настоящее время отмечен газогидратный «бум». Япония сегодня 97% газа импортирует, поэтому изучение газовых гидратов в качестве потенциального источника альтернативного топлива является для Японии приоритетной задачей. Японцам принадлежит первенство в разработке технологии транспортировки природного газа в лед-газогидратных таблетках. Сегодня эта технология только отрабатывается, но в перспективе ее можно будет применять для транспортировки газа.

Программы по исследованию газовых гидратов имеются в США, Великобритании, Канаде, Индии.

У нас в стране такой единой программы на госуровне не существует. В 2003 году в Новосибирске на базе Института неорганической химии состоялась вторая конференция под названием «Газовые гидраты в земной экосистеме», где была подчеркнута первостепенная важность создания национальной программы в области исследований газовых гидратов. К сожалению, дальше этого заявления дело не продвинулось. Есть еще проект, связанный с изучением газовых гидратов на Байкале и отдельные программы по линии РАН, в числе которых программа фундаментальных исследований СО РАН «Природные газовые гидраты».

Безусловно, актуальность использования газовых гидратов в качестве топлива у нас пока небольшая, поскольку Россия обладает третьей частью мировых запасов газа. Но гидратный газ может стать основным источником топлива, когда запасы обычного газа иссякнут.

«Вопрос, когда кончится традиционный газ, является одним из наиболее обсуждаемых, - комментирует Анатолий Нестеров. – Во времена моей учебы в школе учебники говорили, что запасов углеводородов хватит на пятьдесят лет. Однако наука сегодня развивается стремительно, постоянно появляются новые технологии. Раньше газ добывали с глубин порядка 1000–1500 метров. Сейчас разработка ачимовских отложений происходит на глубине 3500 метров. Точные запасы газа неизвестны, имеются только разведанные. Огромные запасы традиционного газа имеются в Арктике. Запасов угля хватит на тысячу лет, если кончится газ».

Газовые гидраты смогут стать основным источником топлива только тогда, когда добыча их будет дешевле обычного газа. «В основном проблема заключается в экономике, - говорит ученый. - Большая часть газовых гидратов находится на океанском дне, в связи с чем, не только сама добыча, но и доставка, а также получение газа из газовых гидратов – весьма дорогостоящий процесс. Однако стоимость нефти сегодня уже достигла уровня 150 долларов за баррель и возможен дальнейший рост, поэтому добыча альтернативных источник может из невыгодной стать рентабельной».

Есть и некоторые другие аспекты. При добыче газа в стволах скважин, магистральных газопроводах могут образовываться гидраты. Отлагаясь на стенках труб, они значительно уменьшают пропускную способность. Это существенная проблема – 20% стоимости добычи уходит на борьбу с газогидратными пробками. Для этого закачивают разные ингибиторы (гликоли, метиловый спирт, растворы солей), поддерживают температуру газа, превышающей температуру гидратообразования. В магистральных газопроводах для этих целей используется газоосушка, то есть очистка газа от водяных паров.

Разработка газогидратных технологий требует проведения масштабных исследований. Несмотря на более полутысячи выданных авторских патентов по этому вопросу, реальных сдвигов пока нет. Коллектив российских ученых готовит сейчас коллективную монографию, в которой будут обобщены результаты исследований в области газовых гидратов. Главная цель работы - ознакомление отечественного бизнес-сообщества с перспективами и нынешним состоянием газогидратных исследований, подготовка соответствующих научных кадров.

В Институте криосферы Земли разработан проект по газовым гидратам, в рамках которого сотрудники института работают над изучением условий разрушений газовых гидратов, исследование добавок, влияющих на процессы гидратообразования. Эти разработки могут быть интересными для нефтегазовой промышленности, могут оказать помощь в деле предупреждения гидратообразования, в решении некоторых технических проблем бурения скважин и их эксплуатации в мерзлых породах. Сейчас эти исследования направлены главным в основном на изучение фундаментальных проблем, но, по словам Анатолия Нестерова, ученые готовы начать и прикладные исследования.

СОСТАВ ГАЗА В ГИДРАТЕ, % ОБ.