Новое исследование Техасского университета в Остине показывает, что закачка воздуха и углекислого газа в залежи метанового льда, погребенные под Мексиканским заливом, может высвободить огромные энергетические ресурсы природного газа, одновременно помогая бороться с изменением климата, задерживая углекислый газ под землей.
В исследовании, опубликованном 27 июня в журнале Water Resources Research, использовались компьютерные модели для моделирования того, что происходит, когда смесь углекислого газа и воздуха вводят в месторождения гидрата метана, похожего на лед, богатого водой химического соединения. который естественным образом образуется в среде с высоким давлением и низкой температурой, например, глубоко в Мексиканском заливе и под вечной мерзлотой Арктики.
Ведущий автор Крис Дарнелл, недавний выпускник докторской школы UT Jackson School of Geosciences, сказал, что исследование является следующим шагом в решении двух серьезных глобальных проблем: энергетической безопасности и хранения углерода.
«Наше исследование показывает, что вы можете хранить углекислый газ в гидратах и одновременно производить энергию», - сказал Дарнелл, чьи исследования финансировались Институтом геофизики Техасского университета (UTIG).
При этом азот в закачиваемом воздухе уносит метан в сторону добывающей скважины и позволяет углекислому газу занять свое место, говорят исследователи. Прелесть этого подхода в том, что он извлекает природный газ из месторождений гидрата метана и в то же время хранит углекислый газ, парниковый газ, в глубокой среде, где он вряд ли будет выброшен в атмосферу, где он может способствовать изменению климата.
Это не первый случай, когда залежи гидратов предлагаются для хранения углекислого газа. Предыдущие попытки либо не увенчались успехом, либо дали слабые результаты. Новое исследование разбирает физику процесса, чтобы показать, почему предыдущие попытки не увенчались успехом и как все исправить.
Следующим шагом, по словам Дарнелла, будет проверка полученных результатов в лаборатории. Школа Джексона и Хильдебрандское отделение инженерии нефти и геосистем UT в настоящее время тестируют метод на специализированном объекте в школе Джексона, который является одним из немногих в мире, где можно хранить и тестировать гидрат метана. Эту работу возглавляют Питер Флемингс, профессор школы Джексона и старший научный сотрудник UTIG, и Дэвид ДиКарло, профессор кафедры Хильдебранда. Оба являются соавторами статьи.
«Две вещи действительно крутые. Во-первых, мы можем добывать природный газ для выработки энергии и улавливать CO2», - сказал Флемингс. «Во-вторых, заменяя гидрат метана гидратом CO2, мы меньше нарушаем (геологическую) формацию, снижая воздействие на окружающую среду, и делаем процесс энергетически более эффективным.
Если можно показать, что процесс работает в полевых условиях в промышленных масштабах, он имеет огромный потенциал.
Гидрат метана является одним из группы химических соединений, известных как газовые гидраты, в которых молекулы газа захватываются внутри клеток молекул водяного льда, а не химически связываются с ними. UT и Министерство энергетики США (DOE) работают вместе над изучением образующихся естественным путем гидратов метана с целью выяснить их потенциал в качестве энергетического ресурса. Это важно, поскольку оценки показывают, что только метан, добытый из гидратных залежей, обнаруженных под Мексиканским заливом, мог бы питать страну в течение сотен лет.
В статье авторы показали, что процесс, в котором один тип молекул, попавших в гидрат, заменяется другим (называемый обменом молекул-гостей), является двухстадийным процессом, а не одновременным процессом, как это ранее считалось.
Во-первых, азот разрушает гидрат метана. Во-вторых, углекислый газ кристаллизуется в медленно движущуюся волну гидрата углекислого газа за выходящим газом метаном.
Компьютерное моделирование показывает, что процесс может повторяться с увеличением концентрации углекислого газа до тех пор, пока резервуар не станет насыщенным. Авторы говорят, что в отличие от некоторых методов хранения углерода, это дает промышленности готовый стимул начать хранение углекислого газа, основного фактора изменения климата.
«Теперь мы открыто приглашаем все научное сообщество выйти и использовать то, что мы изучаем, чтобы продвинуться вперед», - сказал Флемингс.
Исследование, которое привело к публикации, было поддержано Министерством энергетики США.