Станет ли гидрат метана национальным энергоресурсом Японии?

Исикава Кэндзи [Об авторе]

[10.12.2015] Читать на другом языке : ENGLISH | 日本語 | 简体字 | 繁體字 | FRANÇAIS | ESPAÑOL |

В марте 2013 года в океанских водах у префектуры Айти впервые в мире со дна был успешно добыт гидрат метана. Может ли гидрат метана стать внутренним энергоресурсом для Японии? Давайте порассуждаем, исходя из текущей ситуации в его разработке.

Первого апреля 2013 года Главное управление по вопросам морской политики Японии опубликовало проект нового Основного морского плана, определяющего морскую политику на пять ближайших лет. Одним из наиболее любопытных положений этого документа является вопрос освоения гидрата метана. Гидрат метана находится в центре общественного внимания в качестве энергоресурса, которым располагает Япония, с тех пор, как он был успешно добыт с морского дна 12 марта в океане у префектуры Айти в районе разлома Нанкай.

Согласно Основному плану, на протяжении приблизительно трёх лет с 2013 финансового года (начинается с 1 апреля – прим. перев.), наряду с разведкой объёмов запасов, в том числе со стороны Японского моря, предусмотрена разработка технологий, призванных сделать возможным коммерческое использование этого ресурса. В связи с этим на гидрат метана стали возлагать большие надежды как на «национальный океанский ресурс». В то же время часть экспертов решительно заявляет: «Гидрат метана ресурсом не является». Всё это отнюдь не способствует пониманию реальной ситуации. В этой статье автор попытается оценить потенциал гидрата метана в качестве полезного ресурса, исходя из самостоятельно собранной информации.

Что отличает гидрат метана от используемого ныне природного газа?

Для начала позвольте вкратце объяснить, что представляет собой гидрат метана. Согласно основной научной теории наших дней, так называемые «прежние» общераспространенные энергоресурсы – нефть и природный газ – обязаны своим происхождением, главным образом, скоплению на морском дне органики – планктона, водорослей и т. п. Оказываясь в силу тектонических процессов в земной коре (как на суше, так и на морском дне), под воздействием высоких температур и давления они претерпели химические изменения, образовав ископаемые горючие вещества – нефть и газ. Гидрат метана предположительно образуется из органических веществ иначе – в условиях низкой температуры и высокого давления на морском дне либо в придонном слое грунта.

Обратите внимание на приведённую ниже схему. На ней выделена зона стабильного состояния гидрата метана. Когда метан и вода оказываются в условиях, соответствующих левой нижней части схемы, вокруг каждой молекулы метана образуется окружение из молекул воды, формируя то, что называют гидратом, то есть соединение, в котором молекулы воды присутствуют в виде структурных единиц. Метан в изобилии образуется как при разложении органики анаэробными организмами, так и при высокой температуре и давлении аналогично «прежним» ископаемым энергетическим ресурсам – нефти и газу. Таким образом, поскольку вода наличествует как в море, так и в земле, если в какой-либо зоне, где присутствуют метан и вода, возникают условия для стабильного состояния, эти два компонента естественным образом образуют гидрат метана.

К примеру, в море на глубине более 500 метров постоянна достаточно низкая температура – ниже пяти градусов Цельсия – и условия решительно не препятствуют процессу образования гидрата метана. Именно данный факт породил ожидания учёных: «Этот ресурс должен встречаться в больших объёмах, нежели прежние виды энергоносителей – нефть и природный газ, которые образуются только лишь глубоко в земле». Между тем, на суше имеется совсем немного мест с условиями для его стабильного существования. Гидрат метана удалось обнаружить лишь в незначительных объёмах в зонах вечной мерзлоты в России и Канаде.

Поскольку предполагалось, что гидрата метана окажется много в водах вблизи Японии, изыскания здесь начали вести раньше, чем в других местах. Вполне вероятно, что он будет обнаружен по всей планете в глубоководных зонах, примыкающих к континентальному шельфу. Иначе говоря, фактически ожидания наличия в океанском дне вокруг Японии созданных органикой обильных запасов гидратов метана обусловлены расположением Японского архипелага на восточном краю континентального шельфа огромной Евразии.

Тем не менее, утверждения о том, что «запасов в окрестностях Японии хватит, чтобы 100 лет покрывать потребность страны в природном газе», до сих пор активно муссируемые в масс-медиа, будучи основаны на старых данных из научной публикации 1996 года, не вполне достоверны. На данный момент официально объявлено лишь о том, что в обследованном морском районе разлома Тобу-Нанкай, где со дна был успешно извлечён гидрат метана, имеются его запасы, которые могли бы покрывать объёмы импортируемого Японией сжиженного природного газа (СПГ) в течение примерно 11 лет, если исходить из данных импорта за 2011 год.

Технологические сложности извлечения метана

Даже при наличии больших объёмов гидрата метана, его использование в качестве энергоресурса – иначе говоря, извлечение собственно метана из гидрата – не такая уж простая задача. Именно по этой причине разработка данного природного ресурса столь существенно отстала от потребляемого ныне природного газа. Между тем, и природный газ, и ставший актуальным ресурсом в последнее время сланцевый газ состоят, главным образом, из метана, и в случае успешного извлечения метана из гидрата его можно было бы использовать в качестве топлива совершенно аналогично двум первым ископаемым видам.

Структура гидрата метана. Зелёный – метан, красный – вода (изображение предоставлено Консорциумом исследований и разработки ресурсов гидрата метана)

Одна из причин заявлений о сложности использования гидрата метана в качестве энергоресурса состояла в том, что люди не знали эффективного способа извлечения газа из «клетки», образуемой молекулами воды вокруг каждой молекулы метана. Как и следует предположить из приведённой схемы 1, вывести гидрат метана из стабильного состояния можно либо нагрев его, либо подвергнув пониженному давлению. Но при скромных масштабах осуществления этой реакции незначительным окажется и объём извлекаемого метана. В рамках первой фазы японского плана разработки гидрата метана, реализация которой осуществлялась с 2001 по 2008 финансовый год, экспериментальное производство газа создавали на суше. Поскольку вести работы на суше гораздо проще, чем на морском дне, местом осуществления этой фазы избрали зону вечной мерзлоты в Канаде.

Сначала в 2001 году был опробован метод нагрева путём закачивания тёплой воды. Но поскольку разложение гидрата метана – реакция эндотермичная, требующая больших расходов тепловой энергии, и зона возможной добычи была соответственно ограничена, план потерпел неудачу. После этого подход пересмотрели, и начиная с 2007 года предприняли вторую попытку экспериментального производства, на этот раз – с использованием метода воздействия пониженным давлением. В ходе этой попытки удалось успешно непрерывно производить метан на протяжении шести суток подряд. Так впервые был проложен путь к практическому освоению гидрата метана в качестве природного ресурса. При этом, хотя экспериментальное производство продлилось всего шесть суток, непосредственно участвовавшие в этой работе технические специалисты вполне убедились в возможности длительного процесса производства.

Тем не менее, пока только предстоит преодолеть многочисленные трудности. Вторая причина, по которой получение метана из гидрата представлялось затруднительным, состоит в том, что обильно содержащие этот ресурс слои залегают между донными слоями песка и ила. План подразумевал внедрять в слой гидрата метана полые сваи-колодцы и создавать в них пониженное давление для извлечения метана. Однако это сопряжено с возможностью блокирования метана попадающим внутрь песком и илом, а также допрессовывания и разрушения подвергаемого декомпрессии слоя гидрата метана лежащими выше слоями. В рамках второй фазы проекта, которая началась в 2009 финансовом году, велись разнообразные технологические разработки, ориентированные на решение этих проблем. Наконец, в марте 2013 года состоялась долгожданная экспериментальная выработка газа на морском дне. Сейчас, после этого успеха, можно полагать, что процесс находится на этапе, когда самые большие трудности уже преодолены.

  • [10.12.2015]

Журналист, писатель, редактор. Родился в 1958 году. Окончил Факультет естественных наук Токийского университета естественных наук. Работал журналистом еженедельника, после чего стал независимым писателем и редактором. Помимо журнальных статей, документальных и художественных книг, на протяжении почти 30 лет ведёт сбор материалов о предприятиях и пишет обзорно-аналитические статьи. В числе основных публикаций: «Ресурсы морского дна. Скрытое достояние Японии, океанского государства» (Кайтэй сигэн кайёкоку Ниппон но оокина какуси дзайсан, Омуся, 2012), «Революция ископаемого топлива. Новая стратегия эпохи "неистощимости"» (Касэки нэнрё какумэй "кокацу" наки дзидай но синсэнряку, Никкан когё симбунся, 2012), «Технологии памяти – понимать лучше всех» (Мэмори гидзюцу га итибан вакару, Гидзюцу хёронся, 2012), «Путеводитель по Вселенной в комиксах» (The Manga Guide to the Universe, No Starch Press, 2011), «Потенциал и пределы возможностей природных энергоресурсов» (Сидзэн энеруги но каносэй то гэнкай, Омуся, 2010) и др.

Статьи по теме
Последние статьи

Популярные статьи

Хроники Все статьи

Видео в фокусе

Последние серии

バナーエリア2
  • Колонки
  • Новости