Hydraty metanu – gazowe eldorado czy „metanowy pistolet”?

Od dziesiątek lat na całym świecie eksploatowane są złoża gazu ziemnego. Gaz – w praktyce jest to metan, najprostszy węglowodór – od dawna wydobywany był z typowych pułapek geologicznych, w których zbierał się migrując poprzez skały. Rewolucję wywołało dopiero opanowanie technologii wydobywania gazu ze złóż nazwanych niekonwencjonalnymi – łupków gazonośnych. Stało się wtedy jasne, że światowe zasoby wydobywalne gazu są znacznie większe niż szacowano. Okazuje się jednak, że gaz występuje w jeszcze innej formie – hydratu metanu. I mogą to być ilości porównywalne z innymi typami złóż.

Hydrat metanu nie bez racji zwany jest czasem metanowym lodem. W uproszczeniu to w większości wodny lód, w który „wmrożone” są cząsteczki metanu. Metan znajduje się w swego rodzaju lodowej klatce, dlatego tego typu krystaliczne struktury nazywa się klatratami.

Kłopotliwy lód

Hydrat metanu ma dość skomplikowaną, acz dobrze zdefiniowaną strukturę. Masowo zawiera 85 proc. wody i 15 proc. metanu. Wyglądem przypomina zwykły wodny lód. Hydrat ma jednak dość kłopotliwe właściwości termodynamiczne. Substancja ta w temperaturze pokojowej i przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym rozkłada się na wodę i metan, gdy ją podpalić, płonie charakterystycznym czerwonym płomieniem, a pozostałością jest kałuża wody. Z metra sześciennego metanowego lodu wyzwala się 170 metrów sześciennych metanu pod normalnym ciśnieniem.

Hydraty metanu są stabilne w niskiej temperaturze i wysokim ciśnieniu. Substancję tą w dużych ilościach odkryto na dnach mórz na odpowiednio dużej głębokości – tym większej im morze cieplejsze. Hydraty występują również pod wieczną zmarzliną, gdzie obok ciśnienia warstw skały temperatura jest odpowiednio niska. W przybliżeniu hydraty metanu są stabilne na głębokości od 300 metrów w wodach arktycznych oraz od 150 do 200 metrów poniżej wiecznej zmarzliny^I)https://pl.wikipedia.org/wiki/Klatrat_metanu#Wydobycie_i_zastosowanie.

Według niektórych ocen w formie hydratu znajdować się może nawet piętnaście razy tyle metanu co w łupkach. Inne szacunki wskazują, że gaz, zamknięty w klatratach może stanowić nawet połowę paliw kopalnych dostępnych na Ziemi^II)http://ulicaekologiczna.pl/technologie/hydraty-metanu-i-po-klimacie.

Hipoteza pistoletu metanowego

Metan jest gazem o bardzo silnym działaniu cieplarnianym, pod tym względem jest 25 razy silniejszy od dwutlenku węgla. W świecie naukowym funkcjonuje teoria „pistoletu metanowego”, zgodnie z którą wzrost temperatury mórz lub obniżenie się ich poziomu może poskutkować szybkim rozkładem hydratów i uwolnieniem do atmosfery gigantycznych ilości metanu, co efekt cieplarniany jeszcze bardziej spotęguje, na zasadzie sprzężenia zwrotnego. Proces raz uruchomiony, podobnie jak wystrzał z pistoletu, nie może być już zatrzymany.

Mechanizm pistoletu metanowego prawdopodobnie wystąpił podczas wymierania permskiego, gdy wyginęło około 90 proc. gatunków morskich, 60 proc. gadów i płazów, 30 proc. owadów oraz drzewiaste skrzypy i paprocie. Ze względu na skalę tego wymierania okres ten zwany jest „matką wszystkich wymierań^III)https://pl.wikipedia.org/wiki/Wymieranie_permskie”. Ze zjawiskiem tym wiąże się również paleoceńsko-eoceńskie maksimum termiczne, które wiązało się ze wzrostem średniej temperatury na Ziemi o 6 stopni. W wyniku zmian klimatycznych doszło do gwałtownego rozwoju ssaków lądowych.

Historia ta wskazuje, że złoża hydratów metanu są potencjalnie jednym z największych zagrożeń klimatycznych na ziemi.

Wydobycie

Hydraty to jednak również potencjalnie przebogate złoża gazu. Czasami mówi się o nich nawet „paliwo przyszłości”, a pokłady gazonośnych klatratów bada kilka krajów. Przede wszystkim pozbawiona własnych surowców energetycznych Japonia, która widzi szansę w złożach, zalegających pod dnem Pacyfiku.

Eksploatacja nastręcza jednak tyle problemów technicznych, że trudno dziś mówić o sprawdzonej, niezawodnej, a przede wszystkim bezpiecznej technologii. Nie bardzo wiemy, jak – po dowierceniu się do pokładu hydratu – zmusić go do rozkładu w odpowiednim tempie. Niektórzy sceptycy są nawet zdania, że raz uruchomiony proces ruszy w bardzo szybkim tempie, powodując rozkład całego złoża i niekontrolowane uwolnienie całości zawartego w nim metanu. Dowodów na to na razie nie ma, ale samo niebezpieczeństwo zaistnienia takiego scenariusza skutecznie hamuje próby eksploatacji bez dokładniejszego zbadania zachowania wytrąconych z równowagi złóż hydratów. Dlatego o metanowym lodzie jako paliwie na razie możemy mówić jedynie w czasie przyszłym.