научная статья по теме АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ЭНЕРГОНОСИТЕЛИ В ВИДЕ ГРАНУЛ МЕТАНА (КЛАТРАТА) И СЕРОВОДОРОДА Комплексное изучение отдельных стран и регионов

Текст научной статьи на тему «АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ЭНЕРГОНОСИТЕЛИ В ВИДЕ ГРАНУЛ МЕТАНА (КЛАТРАТА) И СЕРОВОДОРОДА»

УДК 661.9

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ЭНЕРГОНОСИТЕЛИ В ВИДЕ ГРАНУЛ МЕТАНА

(КЛАТРАТА) И СЕРОВОДОРОДА

11 2 А.И. Яковлев , С.В. Губин , А.Р. Щекин

Национальный аэрокосмический университет "ХАИ" им. Н.Е. Жуковского, г. Харьков, 61070, ул. Чкалова 17, тел./факс 057 788 43 40, www.khai.edu 2Институт возобновляемой энергетики НАНУ 02094 Украина, Киев, ул. Красногвардейская, д. 20А Тел./факс: +38044 206-28-09, e-mail: renewable@ukr.net, http://www.ive.org.ua

Заключение совета рецензентов 11.03.13 Заключение совета экспертов 14.03.13 Принято к публикации 18.03.13

В статье затронуты вопросы, связанные с альтернативными энергоносителями на основе газогидратов метана (клатратов) и сероводорода Черного моря. Приведены прогнозные запасы этих энергоносителей в мире и Украине.

Ключевые слова: альтернативные энергоносители, газогидраты, клатраты, метан, сероводород, Черное море, прогнозные запасы

ALTERNATIVE ENERGY BEARERS IN PELLET FORM OF METHANE (CLATHRATES) AND HYDROGEN SULFIDE

1 1 2 A.I. Yakovlev , S.V. Gubyn , A.R. Schekin

1National aerospace university "KHAI" named by N.E. Zhukovsky, Kharkov, 61070, Chkalova street, 17, tel./fax 057 788 43 40, www.khai.edu 2Institute of Renewable Energy of NASU, 20A Krasnogvardeyskaya St., Kiev, 20294, Ukraine Tel/fax +38044 206-28-09, e-mail: renewable@ukr.net, http://www.ive.org.ua

Referred 11.03.13 Expertise 14.03.13 Accepted 18.03.13

The article discusses issues related to alternative energy sources on the basis of methane hydrates (clathrates) and the Black Sea hydrogen sulphide. Projected reserves of energy in the World and Ukraine are presented.

Keywords: alternative energy, gas hydrates, clathrates, methane, hydrogen sulfide, the Black Sea, expected reserves.

Сведения об авторе: Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского "ХАИ", кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры ракетно-космических двигателей и энергоустановок

Образование: Харьковский авиационный институт.

Область научных интересов: диагностика химических источников тока

Сергей Викторович Губин

Статья поступила в редакцию 07.03.13. Ред. рег. № 1570

The article has entered in publishing office 07.03.13. Ed. reg. No. 1570

Введение

Историческая справка. В ночь с 11-го на 12 сентября 1927 г. произошло крымское землетрясение, которое показало наличие гигантского газового потенциала Черного моря. Судя по историческим описаниям, во время толчков 63 г. до н.э., ставших катастрофическими для Пантикапея,

море буквально кипело от горящих газов. А дворец Митридата был разрушен именно в момент одного из мощных взрывов. В 1902 г. такой же огненный выброс наблюдали напротив Балчика (Болгария) [1, 2]. Газовые "фонтаны", бьющие со дна Черного моря, упоминали еще древнеримские авторы. Ученые Института геологических наук АН УССР

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 03 (121) 2013 <1 С4

© Научно-технический центр «TATA», 2013 Iwl

(ИГН) начали охоту за этими фонтанами (газовыми факелами).

В акватории Черного моря выявлено до 4000 таких факелов, нередко составляющих группы до 5, 10, 12 струй, а то и целые их "леса" на глубинах 50700 м. Высота их обычно не превышает 200 м, поэтому подавляющее большинство факелов не достигает поверхности, "распыляясь" в воде. По данным авторов работ [1, 2], в "устьях" газовых струй были обнаружены своего рода наросты из карбонатных трубок с помощью радиоуглеродного метода. Оказалось, что им более 9000 лет. Это значит, что газ, в основном метан, "фонтанировал" как минимум столько же лет, и суммарный объем его выбросов превышает 30 млрд. м3 в год - это фактически половина нынешнего годового потребления Украины. Причем не весь метан выходит на поверхность моря.

Триллионы кубометров метана попросту "консервируются" и "складируются" на дне в виде необычных кристаллических соединений, образующиеся при определенных термобарических условиях из воды и газа. Единичный объем такого газового гидрата (клатрата) может содержать до 160180 объемов чистого метана, то есть при переходе из кристаллического состояния, из гидрата высвобождается количество газа, по своему объему в 166 раз превышающее размер первичного кристалла. При повышении температуры или понижении давления газогидрат разлагается на газ и воду. Следовательно, при относительно низких температурах и высоких давлениях газ, испускаемый в воде, может "самоконсервироваться" в кристаллическое состояние. И такие условия консервации соответствуют температурам и давлениям глубоководной части Черного моря.

Газогидраты при таких условиях распространены и в Мировом океане напротив дельт проявления грязевого вулканизма. Подобные грязевые вулканы обнаружены не только в Черном море, но и на суше, особенно на Керченском и Таманском полуостровах.

По наблюдениям специалистов [2], подводные вулканы, как и наземные, большую часть своей жизни спокойны. Однако в 2002 и 2003 гг. наблюдалось пробуждение вулкана Двуреченского и были обнаружены фонтаны газа диаметром 300 м и высотой 800-850 м, как и во время крымского землетрясения 1927 г. Объем извергнутого газа за один выброс составляет до 100 млн. м3. Причем он консервируется вокруг вулкана в виде гранул метана и газогидратов.

Во всех странах, расположенных на берегах морей и океанов (США, Японии, Канаде, Индии, Южной Корее, Германии), разработаны приоритетные программы изучения газогидратов метана. Еще в 1999 г. конгресс США принял "Акт о широкомасштабных поисках и разработке гидратов на суше и в море"; в 1993 г. и украинский Кабмин принял постановление "Про пошуки газопдратно!

сировини в Чорному морi i створення ефективних технологш И видобутку та переробки".

Правительство Японии, например, создало мощнейшую государственную компанию для разработки газогидратов и начало опытную добычу газогидратов в 2007 г., а к 2017 г. планирует стать страной-экспортером сырья. Румынские геофизики уже обнаружили газогидратные залежи на площади 2 км2 в морском продолжении дельты Дуная, а российские коллеги открыли месторождение в Туапсинской впадине. Болгарские геологи оценили перспективность изученных районов Черного моря объемом газа в 42-49 трлн. м3.

По прогнозам ученых, представленных в работах [1, 2], запасы газогидратного газа только в осадках в украинской части черноморского дна составляют 710 трлн. м3. Этого при нынешнем уровне потребления хватит лет на сто. Следовательно, будущее цивилизации - за газогидратами.

Кроме этих вопросов существуют оценки, согласно которым около 50% всего имеющегося на Земле углерода содержится в этих гидратах [1].

Флора и фауна в условиях существования гидратов метана

В самых различных районах мирового океана геофизики изучают придонную флору и фауну, обитателей морского дна, которые могут быть, своего рода, индикаторами, указывающими на наличие в недрах месторождения метана. По данным Исследовательского центра "веошаг" [3], между известковыми глыбами, возникшими на дне в результате геохимических и тектонических процессов, происходит истечение

метаносодержащих жидкостей, которые являются основой для существования определенного вида моллюсков. Наличие этих моллюсков и является для нас верным признаком выделения метана из недр. Конечно, моллюски не могут питаться метаном как таковым - он для них так же ядовит, как и для человека. Здесь мы имеем дело с типичным примером симбиоза: метаносодержащая жидкость усваивается особыми бактериями, живущими в мантии моллюсков. А сами моллюски питаются отходами жизнедеятельности этих бактерий, что и позволяет им существовать на такой глубине, куда солнечный свет практически не проникает. Естественно, моллюски стремятся поселиться как можно ближе к источнику продовольствия, то есть к тем трещинам и щелям в известковых отложениях, из которых и происходит истечение метаносодержащих жидкостей. В свою очередь, эти моллюски служат пищей для некоторых других видов морской фауны. То есть те места, в которых, по нашим оценкам, существуют условия для образования газогидратов, являются своего рода оазисами в "пустыне" морских глубин.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 03 (121) 2013

© Scientific Technical Centre «TATA», 2013

Высокое содержание изотопа углерода С12 позволило сделать вывод о том, что моллюски действительно питались за счет жидкостей, омывающих газогидратные месторождения. Например, Охотское море более девяти месяцев в году покрыто льдом, и поднимающийся со дна метан удерживается этим ледяным покровом. Весной, когда лед начинает таять, в атмосферу в считанные недели уходят огромные массы метана.

Влияние газогидратов на климат

Следует принять во внимание, что из 1 м3 гидрата выделяется примерно 164 м3 газообразного метана! То есть речь идет, с одной стороны, о скрытом в гидратах метана колоссальном энергетическом потенциале, а с другой стороны, об огромной опасности, которую эти гидраты могут представлять для климата планеты. При этом запасы газогидратов геологи оценивают в 10 тыс. млрд. т. Расчеты показали, что метан, поднятый со дна моря, не может конкурировать с природным газом, добываемым традиционными методами.

Энергетические проблемы при использовании газообразного метана

Для получения газа из твердых газогидратов их нужно предварительно расплавить, то есть нагреть. С этой целью специальный трубопровод с платформы, расположенной на поверхности моря, опускают и устанавливают на глубине залежей газогидратов на морском дне. Трубопровод состоит из коаксиальных труб с двойной стенкой. По внутренней трубе непосредственно к месторождению газогидратов подается морская вода, нагретая до 30.. ,40°С.

Газогидраты плавятся, при этом из них выделяются пузырьки газообразного метана, которые вместе с водой поднимаются по внешней трубе наверх, к платформе. Там метан отделяется от воды с помощью дегазации и подается в цистерны или в магистральный трубопровод, а теплая вода снова закачивается вниз к залежам газогидратов. Метан - один из газов, оказывающих наиболее вредное влияние на климат. Все парниковые газы сравнивают, как правило, с углекислым газом. Если степень во

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком