Ученые нашли новый способ извлечения метана из вечной мерзлоты

Обширные пространства, покрытые вечной мерзлотой, содержат большие запасы метана – сильного парникового газа и одновременно ценного углеводородного топлива. Эффективный способ извлечения его из мерзлого слоя почвы и пород предложила группа российских и шотландских исследователей в статье, опубликованной в научном издании Scientific Reports. Новый метод предполагает замещение метана в мерзлотной массе продуктами сжигания различных видов топлива: так называемыми дымовыми газами.

Залежи газа в мерзлоте

Метан входит в состав природного и попутного нефтяного газа, содержится в продуктах вулканических извержений. На Земле существует также метан биологического происхождения, который синтезируется в процессах жизнедеятельности особых микроорганизмов. В условиях вечной мерзлоты метан консервируется в форме газового гидрата – соединения с водой. В метангидрате молекулы метана заключены в кристаллической решетке льда. Такие соединения называют клатратами.

Метан обладает мощными парниковыми свойствами, поэтому его высвобождение из клатрата при таянии мерзлоты чревато негативными климатическими последствиями. С другой стороны, этот газ представляет ценность в качестве топлива. Широкая распространенность гидратной формы метана привлекает к ней большое внимание ученых и инженеров как к перспективному топливному ресурсу.

Пригодятся дымовые газы

Многолетняя мерзлота имеет сложную структуру, и скопления метангидрата, напоминающего по внешнему виду спрессованный снег, являются ее неотъемлемой частью. Поэтому при промышленном извлечении газа нужно учитывать необходимость его замещения другим веществом с целью сохранения структуры мерзлого слоя.

Сотрудники Сколковского института науки и технологий совместно с коллегами из Эдинбургского Университета Гериота-Уатта предложили в качестве заместителя использовать дымовые газы. Эта смесь летучих веществ образуется при сгорании угля и других горючих веществ, например, на тепловых электростанциях или предприятиях металлургии.

Дымовые газы содержат большое количество углекислоты, которая также образует газовые гидраты. Это дает возможность ее захоронения в газогидратных пластах, из которых при закачивании дымового газа будет вытесняться метан. В своей работе исследователи привели расчет условий, оптимальных для процесса внедрения газов в метангидратный слой и их сохранения в мерзлоте. Кроме того, ученые оценили степень эффективности вытеснения метана в зависимости от состава замещающей газовой смеси. Один из авторов исследования, Евгений Чувилин из Сколковского института, отметил:

Наш подход позволит решить сразу две задачи: поможет извлечь метан и избежать его свободного попадания в атмосферу, а также снизить выбросы в атмосферу углекислого газа. Можно сказать, что наша разработка имеет двойную пользу для экологии.

Авторы работы надеются, что предложенный ими способ будет опробован в ближайшее время, а в дальнейшем найдет применение в практике добычи газа в полярных регионах.