Газовые гидраты, или газогидраты — это кристаллы льда с расширенными полостями, заполненными газом. На вид они напоминают снег или рыхлый лед. К образованию гидратов способны многие газы, но с практической точки зрения важнее всего гидраты метана. Ведь метан — основной компонент природного газа.
В природе газовые гидраты образуются под морским дном на окраинах континентов. Откуда там берется метан — отдельный вопрос. Источником может быть органика, накопленная в осадочных породах. Под действием микроорганизмов или подземного тепла она разлагается с выделением метана. Некоторые геологи отстаивают идею, что метан приходит из мантии Земли. Так или иначе, в прохладе морского дна и под большим давлением метан соединяется с водой, образуя залежи газогидратов.
Газированный лед
Мировые запасы газа в форме гидратов составляют, по разным оценкам, от десятков триллионов до многих квадриллионов кубометров. Оптимистичные цифры, по-видимому, ближе к истине. В последние годы залежи газогидратов обнаруживаются по всему миру, от Мексиканского залива до Филиппин. По некоторым оценкам, только в России запасы газогидратов составляют не менее 100 трлн м3 метана.
Для сравнения: в 2022 году во мире было добыто около 4 трлн м3 газа. То есть при нынешних темпах добычи газогидраты, даже без учета других источников, могут обеспечивать человечество газом сотни или тысячи лет.
Добыть газ из гидратных залежей можно разными способами, но каждый из них имеет недостатки. Самый простой путь — понизить давление в скважине, откачав из нее часть воды. При этом гидраты будут разлагаться на метан и воду. Правда, эта вода будет очень холодной и может повторно замерзнуть уже в трубах, закупорив их.
Другой способ — подводить к скважине тепло, например, пар или горячую воду. Нагрев тоже разрушает газогидраты и высвобождает метан. Однако он требует много энергии, так что выгода от добычи становится неочевидной. К тому же до глубоких пластов теплоноситель доберется уже изрядно остывшим.
Наконец, можно вводить в пласт специальные вещества, разрушающие связь метана со льдом. Но, во-первых, эта химическая реакция происходит медленно. Во-вторых, подобные реагенты могут представлять экологическую опасность.
В целом, пока не существует рентабельной технологии добычи газогидратов. По сравнению с традиционным природным газом такой метан обходится в полтора-два раза дороже.
Трудно сказать, когда разработка газогидратных месторождений станет выгодной. В СМИ регулярно появляются громкие заявления в духе «природного газа в традиционных месторождениях осталось на 50 лет». Конечно, можно взять доказанные запасы газа — 210 трлн м3 на 2022 год — разделить на ежегодную добычу и получить 50 лет. Но смысла в подобном арифметическом упражнении немного.
Профессионалы делят запасы углеводородов на несколько видов: достоверные, установленные, оцениваемые и предполагаемые. В зависимости от категории цифры запасов могут отличаться на несколько порядков. Разведка месторождений идет своим чередом, и сегодняшние оцениваемые запасы могут завтра стать установленными, а послезавтра достоверными. Кроме того, есть категории балансовых, извлекаемых, промышленных и других запасов. Цифры в них зависят не только от разведки, но и от технологий добычи, конъюнктуры рынка и других факторов, которые не остаются постоянными.
К тому же газогидраты — не единственный альтернативный источник природного газа. Достаточно вспомнить сланцевый бум десятилетней давности. Кроме того, есть попутный нефтяной газ, метан угольных пластов и так далее. В целом, «газогидратную революцию» предрекают уже несколько десятилетий, что, конечно, добавляет скепсиса критикам.
Между тем планы по разработке газогидратов серьезно беспокоят экологов и климатологов. Газогидраты — нестойкие соединения. Все технологии добычи основаны на том, чтобы разрушить хрупкое равновесие между льдом и метаном. Скорее всего, оно будет нарушено не только «под трубой», но и в окрестностях. Это чревато выделением огромных пузырей метана, особенно в нештатных ситуациях.
Метан, всплывший на поверхность воды, смешается с воздухом и образует пожаро- и взрывоопасную смесь. Кроме того, метан — куда более мощный парниковый газ, чем CO2. Масштабная добыча газогидратов может подорвать усилия по борьбе с глобальным потеплением, результаты которых и без того не слишком впечатляют.
Доставка «метанового мороженого»
Пока одни ученые спорят, стоит ли доставать газогидраты со дна морей, другие получают их искусственно из обычного природного газа. В газовой промышленности с гидратированием принято бороться, поскольку некстати образовавшиеся гидраты мешают работе оборудования. Но в последние годы эксперты все чаще говорят о перевозке природного газа в виде гидратов.
Конечно, для транспортировки газа нет ничего лучше трубопровода — если трубопровод есть. А если его нет, приходится перевозить газ либо в сжиженном состоянии при температуре минус 160°C, либо в сжатом под давлением 200–270 атмосфер. То и другое дорого и не слишком безопасно. Потому-то бытовой баллонный газ — это не метан, а более дорогой пропан, побочный продукт нефтепереработки.
Газогидрат можно рассматривать как бюджетный «метановый баллон». Например, технология, представленная в 2020 году сингапурскими учеными, позволяет хранить в 1 м3 газогидрата до 90 м3 метана. При этом продукт остается стабильным при атмосферном давлении и температуре минус 5°C, выше, чем в бытовой морозилке.
Пока эта технология не встала на промышленные рельсы. Ученые ищут баланс между экономичностью упаковки метана, удобством хранения, скоростью заморозки и токсичностью используемых присадок. В принципе, гидратация может уменьшить объем газа до 165 раз. Для сравнения: сжижение уменьшает объем метана в 600 раз. Так что трансокеанские газовозы едва ли перейдут со сжиженного природного газа на газогидраты. А вот на последней миле мы вполне можем вскоре увидеть легкие рефрижераторы с «газированным льдом».