Чи стане гідрат метану національним енергоресурсом Японії?

1. Що відрізняє гідрат метану від використовуваного нині природного газу?
2. Технологічні складності вилучення метану
3. На якому етапі розвиток знаходиться зараз?
4. Лише перший рівень розвитку

Першого квітня 2013 року Головне управління з питань морської політики Японії опублікувало проект нового Основного морського плану, що визначає морську політику на п'ять найближчих років. Одним з найбільш цікавих положень цього документа є питання освоєння гідрату метану. Гідрат метану знаходиться в центрі суспільної уваги в якості енергоресурсу, що є в розпорядженні Японія, з тих пір, як він був успішно здобутий з морського дна 12 березня в океані біля префектури Айті в районі розлому Нанкай.

Відповідно до Основного плану, протягом приблизно трьох років з 2013 фінансового року (починається з 1 квітня - прим. Перекл.), Поряд з розвідкою обсягів запасів, в тому числі з боку Японського моря, передбачено розробку технологій, покликаних зробити можливим комерційне використання цього ресурсу . У зв'язку з цим на гідрат метану стали покладати великі надії як на «національний океанський ресурс». У той же час частина експертів рішуче заявляє: «Гідрат метану ресурсом не є». Все це аж ніяк не сприяє розумінню реальної ситуації. У цій статті автор спробує оцінити потенціал гідрату метану в якості корисного ресурсу, виходячи із самостійно зібраної інформації.

Що відрізняє гідрат метану від використовуваного нині природного газу?

Для початку дозвольте коротко пояснити, що являє собою гідрат метану. Згідно з основною наукової теорії наших днів, так звані «колишні» загальнопоширені енергоресурси - нафту і природний газ - зобов'язані своїм походженням, головним чином, скупченню на морському дні органіки - планктону, водоростей і т. П. Опиняючись в силу тектонічних процесів в земній корі ( як на суші, так і на морському дні), під впливом високих температур і тиску вони зазнали хімічні зміни, утворивши копалини горючі речовини - нафта і газ. Гідрат метану імовірно утворюється з органічних речовин інакше - в умовах низької температури і високого тиску на морському дні або в придонному шарі грунту.

Зверніть увагу на наведену нижче схему. На ній виділена зона стабільного стану гідрату метану. Коли метан і вода виявляються в умовах, відповідних лівій нижній частині схеми, навколо кожної молекули метану утворюється оточення з молекул води, формуючи те, що називають гідратом, тобто з'єднання, в якому молекули води присутні у вигляді структурних одиниць. Метан в достатку утворюється як при розкладанні органіки анаеробними організмами, так і при високій температурі і тиску аналогічно «колишнім» копалиною енергетичних ресурсів - нафти і газу. Таким чином, оскільки вода є в наявності як в морі, так і в землі, якщо в будь-якій зоні, де присутні метан і вода, виникають умови для стабільного стану, ці два компоненти природним чином утворюють гідрат метану.

Наприклад, в море на глибині понад 500 метрів постійна досить низька температура - нижче п'яти градусів Цельсія - і умови рішуче не перешкоджають процесу освіти гідрату метану. Саме цей факт породив очікування вчених: «Цей ресурс повинен зустрічатися в великих обсягах, ніж попередні види енергоносіїв - нафта і природний газ, які утворюються тільки глибоко в землі». Тим часом, на суші є зовсім небагато місць з умовами для його стабільного існування. Гідрат метану вдалося виявити лише в незначних обсягах в зонах вічної мерзлоти в Росії і Канаді.

Оскільки передбачалося, що гідрату метану виявиться багато в водах поблизу Японії, вишукування тут почали вести раніше, ніж в інших місцях. Цілком ймовірно, що він буде виявлений по всій планеті в глибоководних зонах, прилеглих до континентального шельфу. Інакше кажучи, фактично очікування наявності в океанському дні навколо Японії створених органікою рясних запасів гідратів метану обумовлені розташуванням Японського архіпелагу на східному краю континентального шельфу величезною Євразії.

Проте, твердження про те, що «запасів в околицях Японії вистачить, щоб 100 років покривати потребу країни в природному газі», до цих пір активно мусовані в мас-медіа, будучи засновані на старих даних з наукової публікації 1996 року, не цілком достовірні. На даний момент офіційно оголошено лише про те, що в обстеженій морському районі розлому Тобу-Нанкай, де з дна був успішно витягнутий гідрат метану, є його запаси, які могли б покривати обсяги імпортованого Японією зрідженого природного газу (СПГ) протягом приблизно 11 років , якщо виходити з даних імпорту за 2011 рік.

Технологічні складності вилучення метану

Навіть при наявності великих обсягів гідрату метану, його використання в якості енергоресурсу - інакше кажучи, витяг власне метану з гідрату - не така вже й проста задача. Саме з цієї причини розробка даного природного ресурсу настільки істотно відстала від споживаного нині природного газу. Тим часом, і природний газ, і став актуальним ресурсом останнім часом сланцевий газ складаються, головним чином, з метану, і в разі успішного вилучення метану з гідрату його можна було б використовувати в якості палива абсолютно аналогічно двом першим викопним видам.

Структура гідрату метану. Зелений - метан, червоний - вода (зображення надано Консорціумом досліджень і розробки ресурсів гідрату метану)

Одна з причин заяв про складність використання гідрату метану в якості енергоресурсу полягала в тому, що люди не знали ефективного способу вилучення газу з «клітки», утвореною молекулами води навколо кожної молекули метану. Як і слід припустити з наведеної схеми 1, вивести гідрат метану з стабільного стану можна або нагрів його, або піддавши зниженого тиску. Але при скромних масштабах здійснення цієї реакції незначним виявиться і обсяг витягується метану. В рамках першої фази японського плану розробки гідрату метану, реалізація якої здійснювалася з 2001 по 2008 фінансовий рік, експериментальне виробництво газу створювали на суші. Оскільки вести роботи на суші набагато простіше, ніж на морському дні, місцем здійснення цієї фази обрали зону вічної мерзлоти в Канаді.

Спочатку в 2001 році був випробуваний метод нагріву шляхом закачування теплої води. Але оскільки розкладання гідрату метану - реакція ендотермічну, що вимагає великих витрат теплової енергії, і зона можливого видобутку була відповідно обмежена, план зазнав невдачі. Після цього підхід переглянули, і починаючи з 2007 року зробили другу спробу експериментального виробництва, на цей раз - з використанням методу впливу зниженим тиском. В ході цієї спроби вдалося успішно безперервно виробляти метан протягом шести діб поспіль. Так вперше був прокладений шлях до практичного освоєння гідрату метану в якості природного ресурсу. При цьому, хоча експериментальне виробництво тривало всього шість діб, які безпосередньо брали участь в цій роботі технічні фахівці цілком переконалися в можливості тривалого процесу виробництва.

Проте, поки тільки належить подолати численні труднощі. Друга причина, по якій отримання метану з гідрату уявлялося скрутним, полягає в тому, що рясно містять цей ресурс шари залягають між донними шарами піску та мулу. План мав на меті впроваджувати в шар гідрату метану порожнисті палі-колодязі і створювати в них знижений тиск для вилучення метану. Однак це пов'язано з можливістю блокування метану потрапляють всередину піском і мулом, а також допрессовиванія і руйнування піддається декомпресії шару гідрату метану лежать вище шарами. В рамках другої фази проекту, яка почалася в 2009 фінансовому році, велися різноманітні технологічні розробки, орієнтовані на вирішення цих проблем. Нарешті, в березні 2013 року відбулася довгоочікувана експериментальна вироблення газу на морському дні. Зараз, після цього успіху, можна вважати, що процес знаходиться на етапі, коли найбільші труднощі вже подолані.

На якому етапі розвиток знаходиться зараз?

З критикою щодо всіх цих планів розробки виступив почесний професор Токійського університету, колишній директор Національного центру досліджень навколишнього середовища Ісіі Есінорі. Його негативні заяви привернули увагу хоча б тому, що саме він очолював відповідний науковий комітет в першій половині 1990-х років, коли Японія всерйоз зайнялася пошуками і дослідженнями, пов'язаними з гідратом метану. Як вказував Ісіі, спочатку передбачалося, що в шарах гідрату метану на морському дні є вільний метан, який утворюється за рахунок геотермальної енергії. Його-то і передбачалося добувати. Однак потім було встановлено, що метан фактично є лише в формі гідрату. В результаті Ісіі прийшов до думки, що гідрат метану не може служити корисним ресурсом, оскільки витяг з нього метану - занадто витратний процес.

Аналогічної думки дотримувалися до недавнього часу і багато інших фахівців. Тим часом, дослідницькій групі вдалося просунутися по шляху технологічних інновацій далі, ніж очікувалося. Крім успіху досвідченого процесу безперервного виробництва, що сприяють фактором став вихід на ринок викопного палива з високим рівнем виробничих витрат - такого як сланцевий газ, сланцева нафта, нафтоносні піски, а також нафту і газ з донних родовищ на надвеликих глибинах. Шістнадцятикратний зростання цін на нафту за період з 1999 по 2008 рік не міг не спричинити за собою переосмислення цінності енергоресурсів. У зв'язку з цим не слід повністю виключати можливість комерційного освоєння гідрату метану, нехай і з високими витратами.

Проте, з огляду на те, що тривалість останнього експерименту з видобутку з морського дна довелося скоротити через попадання в колодязь зниженого тиску піску і мулу, а також той факт, що розкладання гідрату метану вдалося підтвердити лише в радіусі близько 20 метрів від колодязя, схоже, ще тільки належить вирішити багато завдань. Причому, навіть при успішному результаті, промисловий видобуток так і не почнеться, якщо не вдасться забезпечити перевагу з точки зору витрат перед такими ринковими конкурентами, як сланцевий газ або природний газ з глибоководних родовищ.

Згідно з планом, в рамках другої фази проекту, до 2015 фінансового року, планувалося провести ще одну експериментальну видобуток з морського дна, після чого в рамках третьої фази - з 2016 по 2018 фінансовий рік - дати остаточну оцінку можливості комерційної експлуатації цього ресурсу. Згаданий на початку статті новий основний план слід в цьому руслі, припускаючи:

- підготовку технологічної бази для реалізації комерційного видобутку орієнтовно в 2018 фінансовому році;

- продовження технологічного розвитку та вивчення міжнародної ситуації з тим, щоб почати реалізацію проектів, спрямованих на комерційне освоєння силами, головним чином, приватних підприємств, протягом п'яти років з 2023 року.

Незважаючи на те, що все це ясно викладається в плані, в своїх новинах засоби масової інформації по не цілком зрозумілих причин часто відкидали другий пункт, кажучи про те, що план «в числі іншого передбачає мета забезпечити комерційне освоєння гідрату метану орієнтовно в 2018 фінансовому році »(мовна корпорація NHK, News Web, 5 квітня 2013). Таким чином, багато публікацій створювали враження про те, що вже через п'ять років почнеться повномасштабне освоєння в якості промислового ресурсу. Ймовірно, це було викликано бажанням привернути увагу аудиторії помітними формулюваннями, але по суті журналісти поквапилися, будучи не надто знайомі з нюансами непростої справи освоєння природних ресурсів.

Лише перший рівень розвитку

Перш ніж розкрити свій ринковий потенціал, не лише енергоносій, але будь-який товар проходить певні рівні розвитку. Як приклад можна привести автомобілі з гібридною силовою установкою, довгий час перебували на нульовому рівні, перш ніж фірми Toyota і Honda не вивели їх на нинішній, третій рівень. Причому, оскільки займана гібридними моделями частка світового авторинку залишається незначною, виходу на четвертий рівень поки не відбувається:

Рівень 0: Повна відсутність цінності як товар;

Рівень 1: Наукова можливість виробництва (експериментальне виробництво);

Рівень 2: Технологічна можливість виробництва (дослідно-практичне виробництво);

Рівень 3: Можливість економічно обґрунтованого виробництва (комерційне виробництво);

Рівень 4: Наявність товарного потенціалу, достатнього для зміни життя суспільства.

Гідрат метану, якого, на думку професора Ісіі, судилося вічно перебувати на нульовому рівні, завдяки експериментальному виробництву на суші вийшов на рівень 1, а в даний час цілком можна вважати, що розробка ведеться з метою виходу на рівень 2. Таким чином, хоча ситуацію не варто оцінювати занадто песимістично, абсолютно недоречним видається і ажіотаж в дусі «це стане вирішенням всіх енергетичних проблем Японії». Необхідно розуміти, що на даному етапі завданням є перш за все забезпечити технологічну можливість стійкого тривалого виробництва, перш ніж перейти до наступного етапу комерційної експлуатації ресурсу.

На закінчення необхідно відзначити, що частка природного газу серед усіх первинних енергоносіїв, що споживаються Японією, навіть збільшившись, становить не більше 20%, не перевищуючи і половини тієї частки, яка припадає на нафту. При цьому забезпечити в сучасній ситуації стабільне використання природного газу в якості палива для автомобілів представляється скрутним, а повна заміна нафти - неможливою. Отже, навіть при наявності рясних запасів гідрату метану в безпосередній близькості від Японії і успішному освоєнні цього ресурсу, він здатний лише частково забезпечувати задоволення потреб нашої країни в енергоносіях. У цьому сенсі також є важливим спостерігати за подальшим розвитком подій, не втрачаючи спокою.

Фотографія до заголовку: Горіння штучно створеного зразка гідрату метану (фотографія надана Консорціумом досліджень і розробки ресурсів гідрату метану)