توانایی های ناشناخته هیدرات های گاز طبیعی
كشف مقدار زيادي هيدرات گاز در دامنه شمالي آلاسكا و پايين خليج جنوب شرقي ايالات متحده امريكا،اين ايده را قوت مي بخشد كه هيدراتهاي گاز،منبع بسيار مهم انرژي در آينده محسوب ميشوند.گرچه،ابتدا مسائل بسيار مهم تكنيكي و فني بايد حل شود تا بتوان هيدرات هاي گاز را به عنوان يك منبع انرژي مهم در جهان،معرفي كرد.هيدرات هاي گاز به طور طبيعي به شكل مواد كريستالي كه از آب و گاز تشكيل شده،هستند.در هيدرات ها، يك شبكه جامد آب،ملكول هاي گاز را در يك ساختار قفس مانند در خود جاي مي دهند.هيدرات هاي گاز بيشتر در نواحي يخ زده و قطبي و زير دريا در لايه هاي رسوبي وجود دارند. در حالي كه،متان،پروپان و ديگر گازها مي توانند در ساختار قفس مانند محبوس شوند،اما احتمال تشكيل هيدرات متان بسيار بيشتر است.ميزان متان محبوس شده در هيدرات هاي گاز بسيار زياد است و تخمين ميزان آن بيشتر حدسي و فرضي است و محدوده آن از 000/100 تا 000/000/270 تريليون فوت مكعب است.به نظر مي رسد كه ميزان گاز در ذخاير هيدرات جهان بسيار بيشتر از حجم منابع ديگر انرژي است.گرچه تا به حال در مورد دسترسي و توليد اين هيدرات هاي گاز تحقيق و پژوهش بسياري صورت نگرفته است.هدف اوليه پژوهش هاي مربوط به هيدرات هاي گاز، بررسي پارامترهاي زمين شناختي است كه ايجاد هيدرات هاي گاز را در كنترل دارد.هدف ديگر، ارزيابي حجم گاز طبيعي ذخيره شده، درون انباشته هاي جهاني هيدراتهاي گاز است.اين مقاله نتايج آخرين ارزيابي ها در مورد منابع هيدرات گاز طبيعي را مطرح مي كند و سعي دارد توانايي توليد ذخاير هيدرات هاي گاز را ارزيابي كند و فناوري لازم براي توليد اقتصادي و به صرفه هيدرات هاي گاز در 20 تا 50 سال آينده را مورد بررسي قراردهد.در پايان،مروري بر برنامه هاي توليد گاز از منابع هيدرات در ژاپن و هندوستان خواهيم داشت.
مروري بر هيدرات هاي گاز
تحت شرايط مناسب دمايي و فشاري،هيدرات هاي گاز معمولاً يك ساختار كريستالي اوليه تحت عنوان ساختار 1 و ساختار 2 را تشكيل مي دهند.هر واحد سلولي ساختار 1 هيدرات گاز شامل 46 ملكول آب است كه دو فضاي تهي كوچك و 6 فضاي بزرگ تشكيل مي شود.ساختارهاي 1 هيدرات هاي گاز فقط مي توانند ملكول هاي كوچك گاز مثل متان و اتان،با قطر ملكولي كمتر از 2/5 آنگستروم را در خود جاي دهند.واحد سلولي ساختار 2 هيدرات هاي گاز شامل 16 dodecahedral (دودي كاهدرال) كوچك و 8 فضاي خالي بزرگ هگزاكايي دوكاهدرال است كه توسط 136 مولكول آب شكل مي گيرد.ساختار 2 هيدرات هاي گاز ممكن است داراي گازهايي با ابعاد ملكولي در محدوده 9/5 تا 9/6 آنگستروم مثل پروپان و ايزوبوتان باشد.در شرايط دما و فشار استاندارد (STP)،يك حجم از هيدرات اشباع شده متان (ساختار 1) داراي بيش از 164 حجم از گاز متان است. به علت اين ظرفيت عظيم ذخيره سازي گاز،اين هيدرات ها، منابع مهمي از گاز طبيعي محسوب مي شوند. در سطح ماكروسكوپي،بسياري از خواص مكانيكي هيدرات گاز مثل يخ است. چون هيدراتها داراي حداقل 85 درصد آب بر يك پايه ملكولي هستند.از همه جالب تر،خواص مرحله ي تعادل هيدرات هاي گاز است كه بيشتر توسط تناسب ملكول هاي ميهمان گاز، درون قفس هاي هيدرات آب كنترل مي شود. براي مثال اضافه كردن پروپان به يك هيدرات خالص متان،ساختار هيدرات را(از ساختار 1 به ساختار 2 ) تغيير مي هد.
هيدرات هاي گاز نواحي يخ زده و قطبي
به نظر مي رسد كه هيدرات هاي گاز ،در حوزه غرب سيبري وجود دارند و تصور مي شود كه در ديگر نواحي قطبي شمال روسيه،مثل ايالت تيمان-پچورا،كراتن شرق سيبري و شمال شرقي سيبري و نواحي كامچاتكا نيز وجود داشته باشند.هيدرات هاي گازدر نواحي قطبي شمال آلاسكا و ايالت هاي شمالي آمريكا نيز وجود دارند. از شواهد غير مستقيمي كه نتيجه حفاري چاه در اين نواحي بود به وجود هيدرات هاي گاز در دامنه شمالي آلاسكا پي برده شد و احتمال حضور لايه هاي متعدد هيدرات هاي گاز در ناحيه خليج پرودهو (Prudhoo) و حوزه هاي نفتي رودخانه كوپاروك را تأ ئيد مي كند.در يك پنجم از چاه هاي حفاري شده در ناحيه ي دلتاي مكنذي وجود هيدرات هاي گاز تأييد شده است و بررسي چاه هاي جزاير قطبي نشان مي دهد كه در نواحي قطبي، هيداراتهاي گاز در اعماق 130 تا 2000 متر وجود دارند.
هيدراتهاي گاز دريايي
وجود هيدراتهاي گاز در نواحي دريايي، عمدتاً نتيجه بازتاب غيرعادي لرزهاي است كه از محدوده منطقه ويژه مرزي هيدراتهاي گاز ميآيد.اين بازتابها عمدتاً به نام بازتاب تحريكي انتهايي ياBSR خوانده ميشوند.BSR ها در اعماق 100 تا 1100 متري از سطح دريا، نقشهبرداري شدهاند.هيدراتهاي گاز در لايههاي رسوبي خليج مكزيك،بخش دريايي حوزه رودخانه Eel در كاليفرنيا،درياي سياه،درياي خزر و درياي Okhotsk پيدا شدهاند.همچنين،هيدراتهاي گاز در اعماق بيشتر زير سطحي در خليج جنوب شرقي امريكا، Black Kidge در خليج مكزيك،حوزه كاسكاديا نزديك اوريگان،كانال امريكاي مركزي،درياي پروودرنواحي شرقي و غربي ژاپن نيز كشف شدهاند.
ارزيابي منابع هيدرات گاز
از آنجا كه هيدراتهاي گاز در نواحي قطبي و در لايههاي رسوبي دريايي وجود دارند،ميتوانند يك منبع انرژي بالقوه محسوب شوند.پيشبينيهاي جهاني براي ميزان گاز طبيعي موجود در لايههاي هيدرات گاز از 1020/5 تا 1062/1 تريليون فوت مكعب براي نواحي قطبي و از 1051/1 تا 1087/2 تريليون فوت مكعب براي لايههاي رسوبي اقيانوسي است.پيشبينيهاي انتشار يافته در مورد منابع هيدراتهاي گاز نشاندهنده نوسانات قابل ملاحظهاي است. آخرين پيشبينيها از ميزان متان در انباشتههاي جهاني هيدراتهاي گاز حدود 1057 تريليون فوت مكعب است اما به نظر ميرسد كه لايههاي رسوبي اقيانوسي داراي منابع بيشتر و بزرگتري از گاز طبيعي هستند تا لايههاي رسوبي قارهاي.هدف اصلي كار ارزشيابي و تخمين در مؤسسه پژوهشي زمين شناختي امريكا،تخمين زدن منابع هيدرات گاز در امريكا هم در نواحي ساحلي و هم در نواحي دريايي است.ارزيابي هيدراتهاي گاز براساس يك برنامه تجزيه و تحليلي، ايالت به ايالت انجام ميشود.ما تمامي هيدراتهاي گاز را بدون توجه به مسائل فني آنها،تعريف،توصيف و ارزيابي ميكنيم.بنابراين،اين ارزيابي،تنها با حجم منابع هيدراتهاي گاز موجود مربوط است،يعني ميزان گازي كه درون هيدراتهاي گاز بدون در نظر گرفتن بازيافت آن وجود دارد.در يك روش تجزيه و تحليلي،انباشتههاي بالقوه هيدروكربن، براساس خصوصيات زمين شناختيشان گروهبندي ميشوند سپس شرايط زمينشناختي بروز هيدروكربنها الگوبرداري ميشود. در اين روش ارزشيابي،زمين شناسان، در مورد عوامل زمين شناختي لازم براي تشكيل انباشتههاي هيدروكربن و عوامل زمين شناختي تعيين كننده اندازه آنها،بحث ميكنند.در يك ارزيابي،11 حوزه هيدرات گاز،در 4 ايالت نفتي دريايي و ساحلي كشف و براي هر حوزه ميزان هيدراتهاي گاز تخمينزده شد.پيشبينيهاي انجام شده براي هر كدام از اين 11 حوزه جمعآوري شدند تا كل منابع هيدرات گاز در ايالات متحده آمريكا تخمين زده شود.منابع موجود گاز درون هيدراتها در ايالات متحده امريكا بين 765/112 تا 110/676 تريليون فوت مكعب گاز البته با سطح احتمال 05/0 تا 95/0 است. گرچه اين آمار،همراه با درصد بالايي از شك و ترديد است،اما نشان دهنده ميزان بسيار زيادي گاز ذخيره شد در هيدراتهاي گاز هستند.ارزش كلي هيدراتهاي گاز محاسبه شد ه در امريكا حدود 222 تا 320 تريليون فوت مكعب گاز است.لازم به ذكر است كه حفاريهاي پژوهشي دريايي كه اخيراً درون منطقه ويژه اقتصادي امريكا در امتداد ناحيه شرقي اين كشور انجام شده است،وجود مقادير قابل توجهي از متان ذخيره شده را به عنوان هيدرات گاز جامد و گاز آزاد حبس شده زير هيدراتهاي گاز،تأييد ميكند.
توليد گاز از هيدراتهاي گاز
روشهاي پيشنهاد شده بازيافت گاز از هيدراتها معمولاً شامل تفكيك كردن يا ذوب كردن هيدراتهاي گاز به روشهاي زير است:1)گرم كردن مخزن براي دماي تشكيل هيدرات 2)كاهش فشار مخزن زير موازنه هيدارت 3)تزريق يك مهاركننده مثل متانول يا گليكول درون مخزن براي كاهش شرايط تثبيت هيدرات.البته در حال حاضر، بازيافت گاز از هيدراتها به تعويق انداخته ميشود چون هيدراتها معمولاً در نواحي خشن قطبي و نواحي عميق دريايي گسترده شدهاند.اخيراً از يك سري مدلهاي تحريك گرمايي ساده هم براي ارزيابي توليد هيدرات گاز از آب گرم و جريانهاي بخاري استفاده شده است كه نشان ميدهد،گاز را ميتوان از هيدراتها به ميزان كافي توليد كرد به صورتي كه هيدراتهاي گاز به يك منبع قابل بازيافت تكنيكي تبديل شوند،گرچه هزينه زياد اين تكنيكهاي بازيافت پيشرفته گاز،جلوي بازيافت را ميگيرد. استفاده از مهاركنندههاي هيدرات گاز براي توليد گاز از هيدراتها از لحاظ فيزيكي امكان پذير است،گرچه،استفاده از حجمهاي زياد مواد شيميايي مثل متانول هزينه اقتصادي و زيست محيطي بالايي دارد.از ميان تكنيكهاي مختلف توليد گاز طبيعي از هيدراتها،اقتصاديترين و به صرفهترين روش،طرح فشار زدايي است.حوزه گازي Messoyakha در بخش شمالي حوزه غرب سيبري اغلب به عنوان يك مثال از توليد گاز از انباشتههاي هيدروكربن مورد استفاده قرار ميگيرد. از تمامي اطلاعات زمين شناختي براي تأييد حضور هيدراتهاي گاز در قسمت بالايي اين حوزه استفاده شده است.پيشينه توليد گاز از هيدراتهاي اين حوزه نشان ميدهد كه هيدراتهاي گاز يك منبع توليدي فوري از گاز طبيعي هستند و توليد را ميتوان با روشهاي هميشگي شروع و حفظ كرد. توليد طولاني مدت از بخش هيدراتگاز حوزه Messoyakha با برنامه ساده فشارزدايي قابل دسترسي است.توليد از بخش پاييني گاز آزاد اين حوزه در سال 1969 آغاز شد.گرچه در سال 1971،فشار مخزن از ميزان مورد انتظار انحراف پيدا كرد.اين انحراف به آزادسازي گاز آزاد از هيدراتهاي تفكيك يافته گاز نسبت داده ميشود.از اين حوزه تا به حال حدود 36 درصد (حدود 183 ميليارد فوت مكعب) گاز برداشت شده است.گرچه برخي محققان معتقدند كه گاز توليد شده از هيدراتها نبوده است.
فعاليتهاي پژوهشي بين المللي
در دو سال گذشته،مؤسسات دولتي در ژاپن،هند و كره جنوبي شروع به توسعه برنامههاي پژوهش براي بازيافت گاز از هيدراتهاي اقيانوسي كردهاند.يكي از مهمترين پروژههاي هيدرات گاز كه در ژاپن در حال انجام است،يك پروژه 5 ساله براي ارزيابي منابع داخلي هيدراتهاي بالقوه گاز طبيعي است.در مقالاتي كه منتشر شده است: مؤسسه مجري طرح، اعلام كرده است كه هيدراتهاي متان ميتواند نسل آينده منبع انرژي قابل توليد داخلي باشد.در سال 1996 اين برنامه تحقيقاتي زمين شناختي و لرزهشناسي بر روي نواحي قارهاي شمالي و جنوبشرقي ژاپن انجام شده است.براساس تحقيقات صورت گرفته،كاشف به عمل آمده است كه حدود 1800 تريليون فوت مكعب گاز درون هيدراتهاي گاز ناحيه نانكاي ذخيره شده است.هندوستان نيز مانند ژاپن به علت پرداخت هزينهاي بالا براي واردات LNG ،مطالعات پژوهشي چندي را مبني بر حضور و امكان بازيافت گاز از هيدراتهاي گاز در اين كشور آغاز كرده است.پژوهشها نشان ميدهند كه بين هند و ميانمار،در درياي آندامان منبع عظيمي از هيدراتهاي گاز وجود دارد كه حدس زده ميشود،داراي 211 تريليون فوت مكعب گازباشد.دولت هندوستان اعلام كرده است كه اين مسئله براي تأمين نيازهاي فزاينده انرژي اين كشور از اهميت بسياري برخوردار است.با اينكه اطلاعات ما در مورد هيدراتهاي نهفته گاز بسيار اندك است،اما ميتوان انتظار داشت با توسعه فناوريهاي جديد بتوان به هيدراتها به عنوان نسل آينده منبع انرژي نگاه كرد.
