¿Qué departamento está desarrollando hielo inflamable?

Hielo combustible

Introducción

La fórmula química es CH4·8H2O

El "hielo combustible" es una nueva fuente de energía limpia en el futuro. Sus componentes principales son moléculas de metano y moléculas de agua. Su formación es similar y está estrechamente relacionada con el proceso de formación de petróleo y gas natural submarinos. Una gran cantidad de materia orgánica enterrada en las profundidades del fondo marino se encuentra en un ambiente con deficiencia de oxígeno. Las bacterias anaeróbicas descomponen la materia orgánica y finalmente forman petróleo y gas natural (gas de petróleo). Muchos de estos gases naturales están encapsulados en moléculas de agua y forman "hielo inflamable" bajo la baja temperatura y presión del fondo marino. Esto se debe a que el gas natural tiene una propiedad especial: él y el agua pueden cristalizar a una temperatura de 2 a 5 grados centígrados. Esta cristalización es "hielo combustible". Debido a que el componente principal es el metano, a menudo se le llama "hidrato de metano". Se descompondrá en agua y metano a temperatura y presión normales. El "hielo combustible" puede considerarse gas natural sólido altamente comprimido. El "hielo combustible" parece escarcha por fuera. Desde una perspectiva microscópica, su estructura molecular es como una "jaula". Una jaula está compuesta por varias moléculas de agua y cada jaula "cierra" una molécula de gas. En la actualidad, el hielo combustible se distribuye principalmente en el Océano Pacífico oriental y occidental y en el borde occidental del Océano Atlántico. Es una nueva fuente de energía con gran potencial de desarrollo. Sin embargo, debido a la dificultad de la extracción, aún se conserva el hielo combustible del fondo marino. intactos en el fondo marino y el permafrost.

El descubrimiento del hielo combustible

Ya en 1778, el químico británico Pudestry comenzó a estudiar la temperatura y la presión de los hidratos de gas generados por el gas. En 1934, se descubrió la obstrucción de sólidos helados, ya sea hielo o lo que la gente ahora llama hielo inflamable, en oleoductos y gasoductos y equipos de procesamiento. En 1965, los científicos soviéticos predijeron que podrían existir hidratos de gas natural en la capa superficial del fondo del océano. Más tarde, finalmente se descubrió por primera vez una gran cantidad de hielo inflamable en el fondo marino del Ártico.

Formación y almacenamiento

El hielo combustible se forma por el movimiento de las placas oceánicas. A medida que las placas oceánicas se hunden, la corteza más antigua del fondo marino se hunde hacia el interior de la Tierra, y el petróleo y el gas natural del fondo marino suben a la superficie a lo largo de los bordes de las placas. Cuando se expone al agua de mar fría y bajo la presión de las profundidades marinas, el gas natural reacciona químicamente con el agua de mar para formar hidratos. Los científicos estiman que el rango de distribución del hielo combustible en el fondo marino representa aproximadamente el 10% del área total del océano, equivalente a 40 millones de kilómetros cuadrados. Es, con diferencia, el recurso mineral más valioso del fondo marino. para uso humano durante 1.000 años.

Hay tres condiciones básicas para la formación de "hielo combustible": en primer lugar, la temperatura no puede ser demasiado alta. Puede formarse por encima de cero, 0-10°C es apropiado y el límite máximo es. unos 20°C por encima de eso, se descompondrá. La segunda presión debería ser suficiente, pero no demasiado alta. A cero grados, se puede generar una presión de más de 30 atmósferas. En tercer lugar, debe haber una fuente de aire bajo tierra. Porque sólo el permafrost de Siberia tiene las condiciones para formar y mantener un estado sólido estable en la tierra, mientras que los sedimentos a 300-500 metros de profundidad en el océano pueden tener condiciones de baja temperatura y alta presión. Por tanto, la relación tierra-mar de su distribución es 1:100.

Los lugares con gas natural no necesariamente tienen "hielo combustible", porque además de la presión, la formación de "hielo combustible" depende principalmente de la baja temperatura, por lo que generalmente es más común en lugares con hielo y suelo. Durante mucho tiempo, algunas personas han creído que las zonas marítimas de mi país tienen una latitud baja y que es imposible que exista "hielo combustible"; de hecho, el Mar de China Oriental y el Mar de China Meridional de mi país tienen las condiciones para su formación;

Existe una cuenca del Mar de China Oriental bajo el Mar de China Oriental, que cubre una superficie de 250.000 kilómetros cuadrados. Después de 20 años de estudios, la cuenca ha obtenido 148,4 mil millones de metros cúbicos de reservas probadas y controladas de gas natural. Posteriormente, un equipo de investigación liderado por Jin Xianglong, académico de la Academia China de Ingeniería y experto en oceanografía, descubrió el rango de temperatura y presión para la existencia de "hielo combustible" en el Mar de China Oriental en función de las condiciones necesarias para la existencia de hidratos de gas natural Con base en el gradiente geotérmico y las condiciones geológicas del Mar de China Oriental, delinearon Encontramos el área de distribución del "hielo combustible", calculamos el espesor de su zona estable, hicimos una evaluación preliminar de la. cantidad de recursos, y concluyó que "las reservas son considerables". Esto abre perspectivas más amplias para que las zonas circundantes utilicen nueva energía eficiente en el nuevo siglo.

Capacidad de almacenamiento y perspectivas

1 metro cúbico de hielo inflamable se puede convertir en 164 metros cúbicos de gas natural y 0,8 metros cúbicos de agua. Los científicos estiman que el área de distribución del hielo combustible en el fondo marino es de unos 40 millones de kilómetros cuadrados, lo que representa el 10% de la superficie total del océano. Las reservas de hielo combustible en el fondo marino son suficientes para el uso humano durante 1.000 años.

Con la profundización de la investigación y los estudios, el número de hielo combustible descubierto en los océanos del mundo ha aumentado gradualmente. En 1993, se descubrieron 57 lugares en el fondo marino, que aumentaron a 88 en 2001. Según estimaciones de exploración, Black Ridge frente a la costa sureste de los Estados Unidos tiene 18 mil millones de toneladas de recursos de hielo combustible, que pueden satisfacer el consumo de gas natural de los Estados Unidos durante 105 años en los recursos de hielo combustible en el Mar de y sus alrededores; Japón puede ser utilizado por Japón durante más de 100 años.

Según estimaciones de los expertos, las reservas totales de petróleo del mundo oscilan entre 270 mil millones de toneladas y 650 mil millones de toneladas. Según el ritmo de consumo actual, los recursos petroleros del mundo se agotarán en otros 50 o 60 años. El descubrimiento de hielo inflamable trae nuevas esperanzas a la humanidad que enfrenta una crisis energética.

Estudio conjunto

El 2 de junio de este año, 26 científicos chinos y alemanes abordaron el barco de investigación científica alemán "Sun" desde Hong Kong y comenzaron un estudio geológico integral de 42 días de duración. Mar de China Meridional. A través de la observación de televisión submarina y el muestreo aleatorio de monitoreo de televisión submarina, se descubrieron por primera vez rocas carbonatadas gigantes que cubren un área de aproximadamente 430 kilómetros cuadrados.

Científicos chinos y alemanes sugirieron unánimemente que la estructura más típica de esta zona de rocas carbonatadas autigénicas debería llamarse "Arrecife de Metano Jiulong". La palabra "dragón" representa a China y la palabra "nueve" representa la cooperación de múltiples grupos de investigación. El análisis de datación isotópica muestra que la corteza de carbonato en el área del "Arrecife de Metano de Kowloon" se formó por primera vez hace unos 45.000 años y todavía hoy libera gas metano.

Huang Yongyang, científico jefe e ingeniero jefe del Servicio Geológico Marino de Guangzhou, está muy entusiasmado con esto. Dijo que la evidencia de detección muestra que las reservas de hielo inflamables solo se encuentran en la parte norte del Mar de China Meridional. ha alcanzado el petróleo terrestre total de mi país aproximadamente la mitad del área; además, el área de distribución de hielo inflamable en la depresión de Xisha se circunscribió inicialmente a 5.242 kilómetros cuadrados y sus recursos se estiman en 4,1 billones de metros cúbicos.

Mi país se ha convertido en un importador puro de petróleo desde 1993. Se espera que para 2010, las importaciones netas de petróleo aumenten a aproximadamente 100 millones de toneladas, y a aproximadamente 200 millones de toneladas en 2020. Por lo tanto, identificar el origen del hielo combustible y desarrollar los recursos de hielo combustible son de gran importancia estratégica para el posterior suministro energético y el desarrollo económico sostenible de mi país.

Huang Yongyang anunció que en los próximos diez años nuestro país invertirá 810 millones de yuanes para estudiar los recursos de esta nueva energía. Se espera conocer el estado del hielo inflamable alrededor de 2008 y llevar a cabo una investigación. Investigación sobre hielo inflamable en 2015. Minería de prueba.

Espada de doble filo

Un "espada de doble filo" creada por factores estratégicos y peligrosos

Hasta ahora, al menos más de 30 países del mundo En el mundo se están llevando a cabo investigaciones e investigaciones sobre hielo inflamable en y áreas.

En 1960, la antigua Unión Soviética descubrió el primer depósito de gas combustible de hielo en Siberia y lo puso en desarrollo en 1969. Se necesitaron 14 años para producir gas, con una producción total de gas de 5.017 millones de metros cúbicos.

Estados Unidos comenzó a realizar estudios de hielo inflamable en 1969. En 1998, el hielo combustible se incluyó en el plan nacional a largo plazo como fuente de energía estratégica para el desarrollo nacional, y se planeó llevar a cabo una extracción de prueba comercial para 2015.

Japón prestó atención al hielo combustible en 1992. En la actualidad, básicamente ha completado la investigación y evaluación del hielo combustible en las áreas marinas circundantes, perforó 7 pozos exploratorios, delineó 12 áreas mineras y obtuvo con éxito combustible. muestras de hielo. Su objetivo es realizar una minería de prueba comercial en 2010.

Pero los seres humanos todavía se enfrentan a muchos problemas nuevos si quieren extraer hielo inflamable enterrado en las profundidades del mar. Algunos estudiosos creen que el metano desempeña un papel entre 10 y 20 veces mayor que el dióxido de carbono en el calentamiento global del clima. Incluso el daño más pequeño a los depósitos de hielo combustibles es suficiente para provocar fugas masivas de gas metano. Además, es muy difícil extraer hielo combustible en el borde continental y en la costa. Una vez que se produce un accidente, provocará desastres como tsunamis, deslizamientos de tierra submarinos y envenenamiento del agua de mar.

Se puede observar que si bien el hielo inflamable será una nueva fuente de energía en el futuro, también es una fuente de energía peligrosa. El desarrollo y utilización de hielo inflamable es como un "arma de doble filo" y debe tratarse con precaución.

El "hielo combustible" es hielo que contiene metano escondido en las profundidades del fondo del océano. Se debe a que bajo las condiciones de alta presión y baja temperatura de las profundidades del mar, las moléculas de agua están estrechamente conectadas a través de enlaces de hidrógeno para formar una red tridimensional, que puede incorporar moléculas de gas como el metano descompuesto por los restos. de organismos antiguos depositados en el fondo marino en la red para formar metano hidratado. Estos metano hidratado son como bolas de hielo de color gris claro, por eso se les llama hielo inflamable. Una vez que estas bolas de hielo suban desde el fondo del mar a la superficie, desaparecerán con estrépito.

El hielo combustible es una fuente potencial de energía con grandes reservas. Según estimaciones de la Organización Internacional de Exploración Geológica, las reservas de metano hidratado en las profundidades marinas de la Tierra son suficientes para superar los 2,84×1021 m3, lo que supone 1.000 veces la capacidad de almacenamiento de energía del gas convencional. Y puede haber 1.135×1020 m3 de gas debajo de estas capas de hielo inflamables. Algunos expertos creen que una vez que se extraiga el metano hidratado, la historia del uso de combustible humano se extenderá por varios siglos.

Para desarrollar esta nueva energía, se ha creado a nivel internacional una institución conjunta para la investigación de muestreo geológico marino profundo en la que participan 19 países, con 50 científicos y técnicos conduciendo un barco equipado con instalaciones experimentales avanzadas. El hielo combustible comienza en la costa este de los Estados Unidos. La cabina de siete pisos de este barco de exploración de hielo combustible está equipada con equipos experimentales avanzados. Es el único barco del mundo que puede tomar muestras de rocas bajo el mar profundo. El barco está equipado con equipos que pueden usarse para estudiar sedimentos. estratigrafía y etnografía antigua. Equipos experimentales para ciencia, petrología, geoquímica, geofísica, etc. Este barco especial está gestionado por la Universidad Texas A?M, con asistencia financiera proporcionada por la Fundación Científica Británica, Alemana, Francesa, Japonesa, Australiana, Estadounidense y la Fundación Científica Conjunta Europea.

Es probable que la existencia de hielo combustible en el fondo marino desestabilice el fondo marino, dando lugar a menudo a corrientes de lodo submarinas a gran escala y provocando graves daños a las tuberías submarinas y a los cables de comunicación. Lo que es más grave es que si los estratos del fondo marino se rompen durante un terremoto, el gas libre y el gas producido por la descomposición del metano hidratado saldrán del mar o formarán muchas burbujas inflamables altamente concentradas en la superficie del mar y el agua. superficie. Esto no sólo causará daños a los barcos que pasan, sino que también traerá mala suerte a los aviones de baja altitud. Algunos estudiosos creen que el llamado Misterio de las Bermudas puede estar relacionado con las numerosas desapariciones misteriosas de barcos y aviones que han ocurrido en las aguas del Triángulo de las Bermudas entre Florida, Bermudas y Puerto Rico en los últimos siglos.

Dado que el hielo inflamable se forma en condiciones de baja temperatura y alta presión en las profundidades del mar, los enlaces de hidrógeno son un efecto débil. El metano hidratado similar al hielo se derretirá automáticamente y se descompondrá en gas tan pronto como salga. el agua, por lo que no necesitamos mucho esfuerzo para descomponer el metano hidratado, pero se puede utilizar recogiendo estos gases con equipos especiales. Vale la pena señalar que, aunque el hielo combustible tiene perspectivas de desarrollo y aplicación como nueva fuente de energía, el metano es un gas de efecto invernadero eficiente. Si el hielo combustible se extrae incorrectamente, el metano liberado se difundirá a la atmósfera, lo que aumentará el impacto ambiental de la Tierra. El efecto invernadero hace que el permafrost y los icebergs polares de la Tierra se derritan y calienten la Tierra. Para desarrollar hielo combustible de forma segura y racional, también se debe considerar la protección del medio ambiente.

Extracción y utilización de hielo combustible

Se espera que el hielo combustible reemplace al carbón, el petróleo y el gas natural y se convierta en una nueva fuente de energía en el siglo XXI. Los científicos estiman que el rango de distribución del hielo combustible en el fondo marino representa aproximadamente el 10% del área total del océano, equivalente a 40 millones de kilómetros cuadrados. Es, con diferencia, el recurso mineral más valioso del fondo marino. para uso humano durante 1.000 años. Sin embargo, en el complicado proceso de extracción de hielo combustible, si algo sale mal, provocará un grave desastre ambiental y se convertirá en un enemigo de la protección ambiental. En primer lugar, es muy difícil recolectar gases en el agua de mar. El fondo marino se distribuye en un área grande y se descompone. Es difícil recolectar metano en un área determinada y se descompone rápidamente una vez que abandona el fondo marino, lo que lo hace propenso a accidentes por explosión. Más importante aún, el efecto invernadero del metano es de 10 a 20 veces más poderoso que el dióxido de carbono. Si ocurre un accidente si no se maneja adecuadamente, el gas metano descompuesto se liberará del agua de mar a la atmósfera, lo que provocará el efecto invernadero global. problema más serio. Además, la minería de los fondos marinos también puede destruir el equilibrio estable de la corteza terrestre, provocar inestabilidad en el borde de la plataforma continental, provocar el colapso del fondo marino e incluso provocar tsunamis a gran escala, con consecuencias catastróficas. Hay pruebas de que las liberaciones naturales a gran escala de esos gases en el pasado contribuyeron hasta cierto punto a cambios drásticos en el clima de la Tierra. El tsunami que causó estragos en el norte de Europa hace 8.000 años probablemente fue causado por la liberación masiva de este gas.

Existen tres opciones principales de minería. El primero es la pirólisis. Utilizando las características de descomposición del "hielo combustible" cuando se calienta, se descompone en vapor de metano desde el estado sólido. Pero la dificultad de este método es que es difícil de recolectar. El medio poroso del fondo marino no se concentra en un "trozo" o un gran trozo de roca, sino que se distribuye de manera relativamente uniforme. Cómo tender las tuberías y recolectarlas de manera eficiente es un problema que debe resolverse con urgencia.

La segunda opción es reducir la presión arterial. Algunos científicos han propuesto enterrar los desechos nucleares bajo tierra y utilizar los efectos de la radiación nuclear para descomponerlos. Pero todos enfrentan los mismos problemas que el método de pirólisis a la hora de diseñar tuberías y recogerlas de forma eficiente.

La tercera opción es el "método de sustitución". Las investigaciones han confirmado que si se licua el CO2 (es fácil de conseguir) y se inyecta en el océano por debajo de los 1.500 metros (no necesariamente tiene que ir al fondo del mar), se generará hidrato de dióxido de carbono. mayor que el del agua de mar, por lo que se hundirá hasta el fondo del mar. Si se inyecta CO2 en un depósito de hidrato de metano en el fondo marino, debido a que el CO2 es más fácil de formar hidratos que el metano, puede "desplazar" las moléculas de metano en el hidrato de metano y reemplazarlas.

Pero si durante la minería se produce una fuga de "hielo combustible", una gran cantidad de gas metano se descompondrá y entrará a la atmósfera a través del agua de mar. El efecto invernadero del metano es 21 veces mayor que el del CO2. Por lo tanto, una vez que no se controle esta fuga, el efecto invernadero global aumentará rápidamente. Cuando la atmósfera se caliente, la temperatura del agua del mar también aumentará y la temperatura del suelo aumentará. Esto provocará que el fondo del mar se descomponga automáticamente. La descomposición automática del "hielo combustible" provoca un círculo vicioso. Por lo tanto, la minería debe controlarse para que el gas metano liberado pueda recolectarse de manera efectiva.

La extracción de hielo combustible del fondo marino implica cuestiones técnicas complejas, por lo que aún se encuentra en etapa de desarrollo. Se estima que tardará entre 10 y 30 años en convertirse en minería comercial. De hecho, China, Estados Unidos, Canadá, India, Corea del Sur, Noruega y Japón han iniciado sus propios planes de investigación sobre hielo combustible. Entre ellos, Japón ha construido 7 pozos exploratorios y espera ponerlos en producción comercial en 2010. Estados Unidos también se ha puesto al día en los últimos años y espera desarrollar en 2015 lechos de hielo marino o zonas de permafrost para la minería comercial.

Se puede ver que el "hielo combustible" no solo trae nuevas esperanzas a la humanidad, sino también nuevas dificultades. Sólo con un desarrollo y una utilización razonables y científicos el "hielo combustible" puede beneficiar verdaderamente a la humanidad.