Китай добыл «топливо будущего» . Что такое «горючий лед»

Китай стал первой в мире страной, начавшей с морского шельфа добычу гидрата природного газа – который рассматривается в качестве нового энергетического источника и со временем сможет стать достойным конкурентом нефти и природному газу.

Не смотря на то, что себестоимость добычи нового топлива еще достаточно высока, можно не сомневаться, что мы наблюдаем очередной виток энергетической диверсификации, который, подобно сланцевым нефти и газу, скоро даст о себе знать.

Что такое газогидрат?

Это кристаллическое соединение, которое образуется из воды и газа при необходимой температуре и давлении. По виду похож на обычный лед. На ощупь – гладкий и холодный. Не имеет запаха. Горит желтовато-синим пламенем.

В одном кубическом метре газогидрата содержится намного больше энергии, чем в кубометре природного газа. Один кубометр «горючего льда» равен 164 кубометрам природного газа в газообразном состоянии.

На 1 литре газогидрата автомобиль может проехать около 500 километров, в то время как на 1 литре природного газа автомобиль проезжает лишь 3 километра.

Неисчерпаемое хранилище энергии

Результаты геологических исследований говорят о том, что мировые запасы газогидратов составляют от 12 до 20 тыс. гигатонн. Прогнозные запасы углеводородов в дальнейшем могут вырасти, поскольку исследованы далеко не все участки, потенциально богатые на «горючий лед».

Крупные запасы гидрата природного газа залегают на морских глубинах от 500 до 2500 метров. Много «горючего льда» находится также и в арктических недрах.

По оценкам геологов, запасы газогидрата превышают по своему объемы все известные на планете источники энергии. Еще нет полной картины того, сколько гидрата природного газа содержится в земных недрах, но даже по заниженным приблизительным оценкам можно уверенно говорить о том, что это самый большой энергетический резерв, на данный момент доступный человечеству.

Энергетический потенциал метангидрата больше, чем у нефти, угля, сланца и торфа вместе взятых. Если будут найдены приемлемые технологии для недорогой и экологически-безопасной добычи, этого топлива должно хватить на многие столетия.

По оценкам геологов, в арктических широтах Сибири и Северной Америки в месторождениях гидрата концентрация газа составляет от 60 до 80%, что намного больше, чем на морских месторождениях, где наполняемость газом, как правило, не превышает 20%. При этом морские залежи значительно крупнее арктических континентальных.

Месторождения газогидратов уже обнаружены у берегов США , Канады, Мексики, Японии, Южной Кореи, Индии, Китая, в Средиземном, Черном, Каспийском и Южно-Китайском морях. В шельфовой зоне возле Украины также присутствуют запасы метангидрата.

Геологи предполагают, что залежи гидрата природного газа расположены на значительно больших площадях, чем те, что известны уже сейчас.

Остается нерешенным вопрос, как снизить себестоимость добычи, и как использовать эти богатства, не нарушив экологическое равновесие в окружающей среде?

Гонка за «горючим льдом» началась

Многие развитые страны уже сейчас серьезно рассматривают гидрат природного газа как очень перспективное направление для энергетики ближайшего будущего.

Первая промышленная добыча метана из гидратов была налажена в Сибири. На Мессоякском газовом поле в России уже много лет природный газ получают из метангидрата. От месторождения проложен газопровод до Норильска.

Не смотря на лидерство в добыче углеводородов из сланцевых пород, США серьезно интересуются добычей газогидратов. Конгресс выделил первые 50 млн долларов на разработку программы включения нового топлива в энергетический баланс страны. По оценкам американских экспертов, потребность страны в энергии в ближайшие пять лет увеличится на 30%, поэтому любые новые варианты получения топлива будут очень кстати.

Активно осваивают новый вид топлива японцы. В Японии нет нефти и газа, весь объем приходится импортировать, но зато эта страна обладает большими запасами метана, который находится на морском дне. Японцы ставят перед собой цель выйти на уровень коммерческой, промышленной добычи газогидрата, получив новый, почти неисчерпаемый источник энергии. Чтобы как можно быстрее выйти на нужный результат, Япония одновременно отрабатывает технологии добычи как с морского дна, так и в арктических широтах.

Пробное бурение в канадской Арктике показало, что добытый лед заполнен газом на 80%. Полномасштабную разработку месторождения, которое находится в 70 километрах от японского побережья, планируется начать уже в 2018 году.

По оценке JOGMEC , с имеющимися запасами метангидратов на шельфе страны, Япония может покрыть свои потребности в природном газе на 100 лет вперед.

О своих успехах в вопросе выхода на промышленную добычу гидратов заявили и китайцы. Китаю первому удалось поднять «горючий лед» с морского дна. Месторождение расположено на дне Южно-Китайского моря в 285 километрах от Гонконга. С мая текущего года с месторождения ежедневно добывается 16 тысяч кубометров природного газа из гидратов.

Обладающая большими запасами энергетических ресурсов Канада также работает над освоением промышленной технологии добычи метангидрата, как самостоятельно, так и совместно с японцами.

Для добычи «горючего льда» нужны новые технологии

Ни одна страна в мире пока не смогла выйти на отлаженную промышленную технологию добычи нового топлива. Сложность добычи газогидрата состоит в том, что, по предположению исследователей, под слоем метанового льда находятся огромные газовые пузыри.

Разгерметизация такого пузыря и попадание большого объема метана в атмосферу может привести к экологической катастрофе большого масштаба. Поэтому идет поиск технологии, которая даст возможность добывать газ, не допуская его утечки в атмосферу.

Вопрос выхода технологий на коммерческий уровень – это лишь вопрос времени. Вначале нефть и газ из сланцевых пород из-за их высокой себестоимости также не могли конкурировать с традиционной добычей.

Но за два десятилетия американцы настолько продвинулись вперед, что стоимость добычи из сланцевых пород снизилась до уровня традиционной. Это дало возможность сланцевым углеводородам стать успешным конкурентом на мировом энергетическом рынке.

Появление газогидрата свидетельствует об одной важной тенденции – газ становится важнейшим энергетическим ресурсом. Прежде всего, потому, что его много. Запасы метангидрата превышают существующие объемы традиционного и сланцевого газа в 50 раз, этого хватит не на одно столетие активной эксплуатации.

Газ метан в перспективе заменит собой традиционные нефтепродукты, и уже сейчас пришло время создавать новые двигатели и оборудование, которые будут работать на метане. Успехи японских и китайских геологов могут сигнализировать о скором наступлении новой энергетической эпохи.

Сергей Савенко

МОСКВА, 18 января. /ТАСС/. Российские математики создали модель для разработки залежей самого богатого источника природного газа на планете - газовых гидратов, концентрация которых высока в арктической зоне, а ученые Сколтеха предложили технологию добычи метана из гидратов. Эксперты рассказали ТАСС, как добыча такого метана поможет снизить парниковый эффект, в чем преимущества новых исследований, и есть ли перспективы у промышленной разработки газогидратов в России.

Против парникового эффекта

Газовые гидраты - это твердые кристаллические соединения льда и газа, их еще называют "горючий лед". В природе они встречаются в толще океанского дна и в вечномерзлых породах, поэтому добывать их очень сложно - на глубину в нескольких сотен метров нужно бурить скважины, а потом выделять природный газ из ледовых отложений и транспортировать его на поверхность. Сделать это удалось в Южно-Китайском море в 2017 году китайским нефтяникам, но для этого им пришлось углубиться в толщу морского дна на более чем 200 метров при том, что глубина в районе добычи превышала 1,2 км.

Исследователи считают газовые гидраты перспективным источником энергии, который может быть востребован, в частности, странами, ограниченными в других энергоресрусах, например, Японией и Южной Кореей. Оценки содержания метана, сжигание которого дает энергию, в газогидратах в мире разнятся: от 2,8 квадриллионов тонн по данным Минэнерго РФ до 5 квадриллионов тонн по данным Мирового энергетического агентства (МЭА). Даже минимальные оценки отражают огромные запасы: для сравнения, общемировой объем запасов нефти корпорация BP (British Petroleum) в 2015 году оценила в 240 млрд тонн.

"По оценкам некоторых организаций, прежде всего Газпром ВНИИГАЗ, ресурсы метана в газогидратах на территории РФ составляют от 100 до 1000 трлн кубометров, в арктической зоне, в том числе морях, - до 600-700 трлн кубометров, но это очень приблизительно", - рассказал ТАСС ведущий научный сотрудник Центра добычи углеводородов Сколковского института науки и технологий (Сколтеха) Евгений Чувилин.

Помимо собственно источника энергии, газогидраты могут стать спасением от парниковых газов, что позволит остановить глобальное потепление. Освободившиеся от метана пустоты можно заполнять углекислым газом.

"По оценкам исследователей, в гидратах метана содержится более 50% углерода от суммарных известных мировых запасов углеводородов. Это не только самый богатый на нашей планете источник углеводородного газа, но и возможное вместилище для углекислого газа, который считается парниковым. Можно убить двух зайцев - добыть метан, сжечь его для получения энергии и закачать на его место полученный при сжигании углекислый газ, который займет место метана в гидрате", - рассказал ТАСС замдиректора по научной работе Тюменского филиала Института теоретической и прикладной механики Сибирского отделения РАН Наиль Мусакаев.

В условиях вечной мерзлоты

На сегодня исследователи выделяют три основных перспективных способа добычи газовых гидратов.

"Прежде чем добыть газ из гидратов, требуется их разложить на составляющие - газ и воду или газ и лед. Можно выделить основные методы добычи газа - снижение давления на забое скважины, нагрев пласта с помощью горячей воды или пара, подача в пласт ингибиторов (веществ для разложения газогидратов - прим. ТАСС)", - пояснил Мусакаев.

Ученые из Тюмени и Стерлитамака создали математическую модель для добычи метана в вечной мерзлоте. Примечательна она тем, что учитывает процесс образования льда во время разработки месторождения.

"Образование льда имеет плюсы и минусы: он может закупорить оборудование, но, с другой стороны, разложение газогидрата на газ и лед требует в три раза меньше энергии, чем при разложении на газ и воду", - рассказал Мусакаев.

Преимущество математического моделирования - возможность спрогнозировать сценарий разработки газогидратных залежей, в том числе оценить экономическую эффективность способов добычи газа из таких месторождений. Результаты могут заинтересовать проектные организации, которые занимаются планированием и разведкой на газогидратных месторождениях, отметил ученый.

Сколтех также занимается разработкой технологий для добычи метана из гидратов. Совместно с коллегами из Университета Хериота-Уатта в Эдинбурге специалисты Сколтеха предложили извлекать метан из газогидратов путем закачки воздуха в пласт породы. "Этот метод - более экономичный по сравнению с существующими, и меньше влияет на окружающую среду", - пояснил Чувилин.

В данном методе предполагается, что в пласт закачивается углекислый газ или азот, и газогидраты из-за разницы в давлении разлагаются на составляющие. "Мы пока проводим методические исследования по опробованию метода и его эффективности. До создания технологии еще далеко, пока мы создаем физико-химические основы этой технологии", - подчеркнул ученый.

По словам Чувилина, в России пока нет полностью готовых технологий для эффективной добычи метана из гидратов, так как нет целевых программ поддержки этого научного направления. Но разработки все равно ведутся. "Может быть, газовые гидраты не станут главным энергоресурсом будущего, но их использование наверняка потребует развития новых знаний", - добавил Мусакаев.

Экономическая целесообразность

Разведку и разработку газогидратных месторождений учитывает в числе долгосрочных перспектив газодобычи прогноз развития топливно-энергетического комплекса России на период до 2035 года. В документе отмечается, что газогидраты могут стать "фактором в мировой энергетике только через 30-40 лет", но при этом не исключается прорывной сценарий. В любом случае разработка гидратов повлечет глобальный передел на мировом рынке топливных ресурсов - цены на газ будут снижаться, и сохранить доходы добывающие корпорации смогут только захватывая новые рынки и увеличивая объем продаж. Для массовой разработки таких месторождений надо создавать новые технологии, улучшать и удешевлять существующие, отмечается в стратегии.

Учитывая труднодоступность гидратов и сложность их добычи, эксперты называют их перспективным источником энергии, но отмечают, что это не тенденция ближайших лет - для гидратов нужны новые технологии, которые пока только разрабатываются. А в условиях налаженной добычи природного газа метан из гидратов находится в не самом выигрышном положении. В дальнейшем все будет зависеть от конъюнктуры рынка энергоносителей.

Заместитель директора Центра добычи углеводородов Сколтеха Алексей Черемисин считает, что метан из гидратов начнут добывать нескоро как раз из-за имеющихся запасов традиционного газа.

"Сроки промышленной добычи зависят как от экономически доступной технологии поиска, локализации и добычи газа, так и от рыночных факторов. Газодобывающие компании имеют достаточное количество запасов традиционного газа, поэтому рассматривают технологии добычи газа из газогидратов как задел на долгосрочную перспективу. По моей оценке, промышленная добыча в РФ начнется не ранее чем через 10 лет", - сказал эксперт.

По мнению Чувилина, в России есть месторождения, на которых метан из газогидратов могут начать добывать в ближайшие 10 лет, и это будет достаточно перспективно. "На некоторых газовых промыслах севера Западной Сибири при истощении традиционных газовых коллекторов возможна разработка вышележащих горизонтов, где газ может находиться и в гидратной форме. Это возможно в ближайшем десятилетии, все будет зависеть от стоимости энергоносителей", - резюмировал собеседник агентства.

Как известно, вода имеет достаточно сложную структуру. Вода является универсальным растворителем, одним из двух главных универсальных растворителей, известных химикам. Вода способна смешиваться почти с любыми веществами и тем более с метаном. При растворении метана в воде образуются такие кластеры, структуры которых при обычной комнатной температуре и при атмосферном давлении являются жидкостью, но эти кластеры при температуре порядка 4°C и давления несколько сот атмосфер в отличие от воды становятся твердыми и образуют так называемые газовые гидраты. Гидраты образуются не только с метаном, они могут образовываться также с другими углеводородными и неуглеводородными газами. Это достаточно распространенное явление.

Если эти газовые гидраты оказываются в условиях, когда они стабильны, то они накапливаются. Многие бактерии, которые живут в толще морской воды, выделяют метан. Этот метан связывается с водой и опускается на дно, потому что газовые гидраты оказываются тяжелее воды. И на дне накапливаются залежи газовых гидратов. Во всех глубоких океанских впадинах есть эти гидраты. В России существуют целые месторождения газовых гидратов на суше. Это газы, которые находятся в смеси с водой и в твердом состоянии. Вечная мерзлота имеет температуру от 0 до -3 °C, в этих условиях даже при атмосферном давлении могут образовываться гидраты.

Новости о том, что Китай добыл со дна моря «горючий лед» ничего не значат, это утверждение на уровне того, что Россия - родина слонов. Это может быть утверждением некомпетентного человека на не слишком широко известную тему или утверждение компетентного человека, который хочет обмануть некомпетентных людей. Ничего нового они не открыли.

О существовании газовых гидратов на дне глубоких океанских впадин известно более полувека. В 70-е годы было доказано, что такие гидраты существуют и на суше, их обнаружили в зоне вечной мерзлоты в Якутии. Тогда советские ученые получили диплом на открытие. Как вы знаете, получить патент на изобретение несложно, а вот дипломов в год выдают всего несколько во всем мире. Но даже этому открытию полвека. А что касается газовых гидратов, которые называют «горючим льдом», то об этом давно всем известно. Япония в течение нескольких десятилетий пытается реализовать программу добычи этих газовых гидратов со дна впадин. Технически это легко реализуемо и можно драгой набрать сколько угодно гранул, но дело в том, что при подъеме их на поверхность они начинают сразу же распадаться на воду и метан, который уходит в атмосферу. Кстати говоря, метан является самым сильным агентом по сохранению парникового эффекта, он в этом смысле превосходит даже углекислый газ. Это прямой вред для экологии.

А что касается того, чтобы использовать газовые гидраты в качестве топлива, это техническая проблема, нужно сначала поднять его на поверхность, потом создавать условия, чтобы гидрат не распадался. Нужно обеспечить низкие температуры, около 4°C и давление в несколько сот атмосфер. Гидрат хранится в таком виде и при необходимости делится на воду и газ, после чего газ используется в качестве топлива. Только это оказывается экономически нецелесообразно, потому что поддерживать давление можно лишь за счет расходования топлива. В результате получается, что вы больше тратите, чем получаете. Китайцы, как и японцы, пытаются решить эту техническую задачу, потому что у них энергетический баланс отрицателен, они вынуждены завозить дополнительную энергию из других стран, в основном из России.

Эта тема не очень интересна и довольно объемна информационно. В той или иной мере этой тематикой занимаются у нас, в какой-то степени в США. Это не экзотика, вовсе не открытие и не новость. Да, китайцы поставили платформу, они вышли на уровень полупромышленного применения. Все хорошо, одно плохо - экономика этого технологического процесса отрицательна. Пока что денег туда уходит больше, чем возвращается. Поэтому считать газовые гидраты конкурентами обычных видов энергоносителей никак нельзя. Если бы это было возможно, японцы уже давно избавились бы от газовой зависимости и перестали быть главным импортером газа в мире.

Китай объявил об успешном извлечении метана из «горючего льда» и грядущей в связи с этим энергетической революции. Несколькими годами ранее с аналогичным заявлением выступали Япония, США, а также консорциум, разрабатывавший газовые гидраты в Канаде. Подобные работы велись и в России. Во всех случаях вывод однозначен: извлечь метан можно, но заработать на этом - нет. Полагаем, что и в данном случае об энергетической революции говорить не приходится.

«Горючий лед» или «снежный газ» - это самый распространенный в природе газогидрат, то есть нечто наподобие клетки из молекул воды, в которой заключена молекула метана. Метангидраты действительно похожи на очень рыхлый лед. Это соединение легко разрушается - стоит только понизить давление и увеличить температуру. Здесь и заключаются сложности в извлечении такого газа.

Метана в виде газовых гидратов, по существующим оценкам, в мире чудовищно много - до 7 квдрлн куб. м. Для сравнения: доказанные запасы традиционного природного газа в 37 раз меньше, а годовое потребление метана в мире меньше в 2 тыс. раз. Предполагается, что только в нашей стране в газовых гидратах, находящихся в многолетних мерзлых породах и на шельфе, содержится порядка 1,1 квдрлн куб. м метана.

Большим плюсом газовых гидратов является небольшая глубина залегания. Так, в многолетних мерзлых породах их можно обнаружить на глубине всего 250–300 м. Обратите внимание, что и китайские специалисты извлекли «горючий лед» на глубине около 200 м от дна моря (но до самого дна от поверхности 1 км). Стоит ли удивляться, что такие невероятно большие и неглубоко залегающие запасы газа привлекают пристальное внимание крупных потребителей?

Отечественные специалисты исследуют метангидраты с середины прошлого века. В последние 20 лет полигоном для изучения газовых гидратов стало озеро Байкал, где проводили исследования Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук и «Газпром ВНИИГАЗ». В 2003 году «Газпром» инициировал программу прикладных исследований по теме. На данный момент, насколько нам известно, результаты признаны интересными, но при требуемом уровне затрат и на фоне существующих традиционных запасов газа вовлекать в производство метан из газовых гидратов оказалось неразумно.

В 2000-х годах наиболее развитым международным проектом в области «снежного газа» был полигон на месторождении в дельте канадской реки Маккензи. Свой вклад в него внесли Канада, США, Германия, Индия и Япония. Интересно, что, хотя проект и вышел на стадию опытно-промышленной эксплуатации и якобы показал хорошую себестоимость, дальнейшего развития он не получил. В противном случае сегодня газогидраты гремели бы столь же громко, как сланцевый газ.

Этот проект был для каждой из участвовавших стран своего рода интересным опытом, которым можно воспользоваться на своей территории. США провели самостоятельные исследования в Мексиканском заливе. А Япония - в собственных прибрежных водах. В марте 2013 года министерство экономики, торговли и промышленности Японии объявило, что передовым японским специалистам впервые в мире удалось добыть природный газ из гидрата метана со дна океана. О возможной себестоимости благоразумно не говорилось. Но на эффективность этого проекта прозрачно намекает отсутствие дальнейшего развития.

Новость об успехе и грядущей энергетической революции из Китая живо напоминает японские новости четырехлетней давности. Рискнем предположить, что и здесь до полномасштабной добычи дело не дойдет: работа с нетрадиционным источником газа на море - это априори чрезвычайно дорого. Против этого проекта играют и низкие цены на углеводороды.

Это не первый опыт работы китайских компаний с нетрадиционными источниками газа. В КНР добываются угольный метан и сланцевый газ. Изначально прогнозировалось, что уже к 2015 году Поднебесная доведет добычу из сланцев до 50 млрд куб. м, а к 2020-му - до 120 млрд куб. м в год. Но планы пришлось сократить: к 2020 году на весь огромный Китай будет добываться 30 млрд куб. м сланцевого газа. Хотя при нынешних ценах и этот показатель может оказаться недостижимым.

Но предположим на минуту, что КНР действительно смогла разработать перспективную технологию добычи газа из метангидратов. Притом условимся, что широкое распространение она сможет получить только в самом Китае. Как, к примеру, сланцевый газ, который, по сути, так и остался заметной величиной только в США.

Если Китай начнет наращивать производство собственного голубого топлива из нетрадиционных источников на шельфе, то широкое распространение оно получит в южных и юго-восточных регионах. В такой ситуации первыми пострадают СПГ-проекты, которые активно развиваются в Китае, а также импорт угля, ведь у Китая появится дополнительный стимул переводить электрогенерацию с угля на газ. В этом случае стоит беспокоиться Катару и Австралии. В северные и северо-западные районы никто голубое топливо из «горючего льда» не повезет. Соответственно, поставкам из Средней Азии и потенциальному импорту из России ничто не угрожает.

Впрочем, это не более чем фантазия. При существующих ценах на энергоносители у метангидратов практически нет шансов. И это хорошо, ведь через десятки лет наступит период, когда традиционных запасов голубого топлива станет так мало, что человечеству придется обратиться к гигантским запасам углеводородов в газовых гидратах.

Энергия – это «наше все» в масштабах человечества. Точнее, энергоресурсы. За них ведутся войны, их обвиняют в усугублении глобальных экологических проблем, без них не может существовать современное общество. Поэтому поиск альтернативных источников энергии находится на вершине повестки дня во многих странах. Так, Китай на этой неделе потряс мир официальным сообщением о том, что впервые удалось добыть с океанического дна гидрат природного газа, или «горючий лед».

Это достижение уже приравнивается по значению к открытию технологии добычи сланцевого газа некогда в США, а новому энергоресурсу приписывается роль катализатора мировой энергетической революции. По заверениям китайских исследователей, в мире этого уникального топлива в разы больше, чем нефти, газа и угля вместе взятых. А значит, с помощью «горючего льда» можно будет решить проблему невозобновляемости ресурсов. Более того, на сайте правительства Китая сказано, что именно «гидрат природного газа – это богатейший альтернативный источник энергии, который сыграет в будущем стратегическую роль».

За последнюю неделю из скважины, расположенной в Южно-Китайском море, на глубине 1200 м, уже было добыто более 120 куб. м «горючего льда» – соединения воды и газа, напоминающего рыхлый снежный ком. И пока одни рассуждают, заменит ли в будущем этот энергоресурс все традиционные топливные источники, другие не спешат призывать всех к энергетической революции.

Кстати, исследования этого ресурса уже давно известны науке. Свои предположения о существовании на дне Мирового океана «горючего льда» высказывали советские ученые, а в последние годы попытки организовать разведку газового гидрата были не только у Китая, но также у США и Японии. Но, как мы видим, преуспел именно первый.

Экспертное мнение

Дмитрий Николаевич Редька, кандидат технических наук, ассистент к афедры квантовой электроники и оптико-электронных приборов СПбГЭТУ ʺЛЭТИʺ

«По сути «горючий лед» представляет собой кристаллическое соединение, сформированное из воды и природного газа. То есть это все тот же привычный, знакомый нам газ, но в другой «упаковке». Поэтому надо понимать, что мы видим не принципиально новый энергоресурс, а нестандартную химическую форму. И прежде чем говорить о его революционности, необходимо ответить на ряд вопросов. Во-первых, неизвестно, в каких объемах можно в перспективе добывать этот «горючий лед». Далее, какие можно осуществлять модификации с ним? Каким способом можно оптимально его добывать и транспортировать? Насколько это все окажется экономически оправдано и рентабельно? Ответы тут могут быть неоднозначные. Тем не менее, попытка найти новый энергоресурс или более эффективный и безопасный способ получения природного газа может быть встречена только положительно».