Kaip Veikia Užšaldytas Kuras

{h1}

Šaldytas kuras galėtų būti naudojamas planetai sušildyti. Šiame straipsnyje sužinokite apie užšaldytą kurą ir jo naudojimą.

Pats savaime metanas nėra labai jaudinantis. Tai bespalvės, bekvapės dujos ir paprasčiausias alkano grupės angliavandenilių narys. Didžiausias šlovės teiginys yra tai, kad ji, kaip pagrindinė gamtinių dujų sudedamoji dalis, yra naudinga kaip energijos šaltinis.

Tačiau pastaruoju metu geologai atrado metano tipą, kuris sukėlė smalsumą. Jo neįprasto charakterio dalis yra tai, kaip jis egzistuoja natūralioje būsenoje - įstrigęs ledo narve. Dar labiau intriguoja tai, kiek atrodo, kad šio užšalusio metano yra užfiksuota Žemės plutoje. Kai kurie skaičiavimai rodo, kad net 700 kvadrilijonų (700 × 1015) kubinių pėdų (20 kvadrilijonų kubinių metrų) metano yra apsuptos ledo ir įstrigę jūros dugno nuosėdose visame pasaulyje [šaltinis: Tarbuck]. Tai yra dvigubai daugiau anglies, nei kartu su kitu žemės iškastiniu kuru.

Šio naujo tipo metano atradimas, ką vadina mokslininkai metano hidratas, sukėlė du svarbius klausimus. Pirmasis yra pragmatiškas: ar jis degs kaip paprastas metanas? Pasirodo, bus. Jei paimsite metano hidrato gabalėlį - jis atrodo kaip sunkiai apkrautas sniegas - ir paliesite prie jo apšviestą degtuką, mėginys užsidegs rausva liepsna. Ir jei taip, tai galėtų būti naudojama šildyti namus, degalus automobiliams ir apskritai energiją alkanoms šalims, tokioms kaip Japonija, JAV, Indija ir Kinija. Naujausi duomenys rodo, kad vos 1 proc. Žemės metano hidrato telkinių gali duoti pakankamai gamtinių dujų, kad patenkintų Amerikos energijos poreikius 170 000 metų [šaltinis: Akmuo].

Antrasis klausimas iš dalies susijęs su etiniu aspektu: ar mes, kaip pasaulinė bendruomenė, karštai siekdami plėtoti švarią, atsinaujinančią energiją, turėtume naudoti vieną iškastinį kurą, kuris mums visų pirma kliuvo? Mokslas negali atsakyti į šį klausimą. Tačiau tai gali atskleisti iššūkius ir riziką, su kuriais susiduria šalys, tikinčios pasinaudoti metano hidrato pranašumais. Vienas reikšmingiausių iššūkių yra rasti veiksmingus šaldyto kuro išgavimo būdus. Didesnį nerimą kelia galimos metano gavybos katastrofos - nuo masinių povandeninių nuošliaužų iki bėgančio šiltnamio efekto.

Šiame straipsnyje išnagrinėsime visus teigiamus ir neigiamus metano hidrato privalumus. Apžvelgsime palyginti trumpą jos istoriją, taip pat kaip ji tinka pagal kai kuriuos galimus ateities scenarijus. Ir, žinoma, mes išnagrinėsime pagrindinius mokslus, susijusius su šiuo vadinamuoju „degiu ledu“.

Pradėkime nuo šiek tiek chemijos.

Kaip veikia užšaldytas kuras: kuras

Ugnis ir ledas: Metano hidrato chemija

Pavaizduota metano molekulė, kurios mėlyna rutulys reiškia anglį, o keturios raudonos rutulys - vandenilį

Pavaizduota metano molekulė, kurios mėlyna rutulys reiškia anglį, o keturios raudonos rutulys - vandenilį

Užšaldytas kuras yra patrauklus medžiagų grupės, vadinamos dujų hidratai. Aptariamos dujos yra gamtinės dujos, angliavandenilių, tokių kaip metanas, propanas, butanas ir pentanas, mišinys. Iš jų metanas yra bene labiausiai paplitęs komponentas ir vienas iš labiausiai tirtų chemijos junginių.

Kaip ir visuose angliavandeniliuose, metane yra tik du elementai - anglis ir vandenilis. Tai yra pavyzdys sočiųjų angliavandenilių, arba molekulė, sudaryta iš vientisų jungčių, todėl maksimalus leidžiamas vandenilio atomų skaičius. Bendroji sočiųjų angliavandenilių formulė yra CnH2n + 2. Metanas turi tik vieną anglies atomą, todėl jo cheminė formulė yra CH4. Chemikai apibūdina šią formą kaip tetraedrą.

Metanas yra bespalvės, bekvapės, degios dujos, susidarančios bakterijoms suirus augalinėms ir gyvūninėms medžiagoms. Jis susidaro proceso metu, kurį naudoja visas iškastinis kuras. Pirmiausia jūrų augalai ir gyvūnai žūsta ir patenka į jūros dugną. Toliau purvas ir kitos jūros dugno nuosėdos dengia suyrančius organizmus. Nuosėdos daro didelį spaudimą organinėms medžiagoms ir pradeda jas suspausti. Šis suspaudimas kartu su aukšta temperatūra ardo anglies ryšius organinėse medžiagose, paverčiant juos nafta ir gamtinėmis dujomis.

Paprastai šis metanas, kurį geologai apibūdina kaip „įprastą“ metaną, yra po Žemės paviršiumi. Norėdami patekti į jį, darbuotojai turi gręžti uolieną ir nuosėdas ir patekti į metano nuosėdas, kad išleistų dujas. Tada jie siurbia jį į paviršių, kur jis vamzdžiais gabenamas visoje šalyje.

Metanas taip pat gali susidaryti netradiciškai, jei jį sukuriančios nuosėdos yra maždaug 1640 pėdų (500 metrų) žemiau vandenyno paviršiaus. Dėl šių sąlygų beveik užšalimo ir aukšto slėgio metanas gali būti apsuptas ledo. Metanas chemiškai nesisieja su vandeniu. Vietoj to, kiekviena tetraedrinė metano molekulė yra kristaliniame apvalkale, pagamintame iš ledo. Ši unikali medžiaga yra žinoma kaip metano hidratas, ir kai tik jis pasiekia šiltesnę temperatūrą ir mažesnį slėgį, ledas tirpsta, palikdamas gryną metaną.

Geologai natūraliai randamą metano hidratą atrado visai neseniai, tačiau chemikai apie tai žinojo metų metus, kaip pamatysime kitame skyriuje.

Klatrato junginiai

Metano hidratas yra a klatratas, cheminė medžiaga, pagaminta iš vieno junginio, įdėta į kito vidų. Žodis kilęs iš lotynų kalbos klatratas, reiškia „strypai“ arba „grotelės“. Vienas junginys tarnauja kaip šeimininkas, kitas - kaip svečias. Metano hidrato atveju pagrindinis yra vanduo, o svečias - metanas. Dėl šios priežasties chemikai kartais klatratais vadina šeimininkų-svečių kompleksai.

Trumpa metano hidrato istorija

Dujų hidrato gabalėliai atsigavo iš Meksikos įlankos 2002 m

Dujų hidrato gabalėliai atsigavo iš Meksikos įlankos 2002 m

Dujų hidratų istoriją galima atsekti Humphrey Davy, chemiko iš Kornvalio, Anglijoje, kuris nustatė chlorą kaip elementą 1810 m.

Davy ir jo padėjėjas Michaelas Faradėjus 1800-ųjų pradžioje tęsė darbą su chloru, maišydami žaliąsias dujas su vandeniu ir aušindami mišinį iki žemos temperatūros.

Labai tikėtina, kad Davy pastebėjo keistą kietą medžiagą, susidariusią po to, kai chloro atomai buvo apsupti ledo kristalų, tačiau Faradėjus už oficialų atradimą gauna oficialų pelną. 1823 m. Faradėjus išleido pranešimą, kuriame aprašė keistą medžiagą ir pavadino ją chloro klatrato hidratu. Netrukus buvo atrasti kiti klatratų tipai, kurių kiekviename yra svečio junginio, užfiksuoto šeimininko grotelių struktūroje, tačiau jie liko laboratorijos smalsumas.

Tada, praėjusio amžiaus 3-ajame dešimtmetyje, gamtinių dujų kasėjai pradėjo skųstis dėl panašių į medžiagas, užkimšusius šaltą temperatūrą. Mokslininkai nustatė, kad ši medžiaga nebuvo grynas ledas, o ledas, apvyniotas aplink metaną. Jie negaišdavo laiko ieškodami būdų, kaip išvengti hidratų susidarymo, ir pirmiausia kreipėsi į chemines medžiagas, tokias kaip metanolis ar monoetilenglikolis. Nuo to laiko kasybos įmonės pridėjo šias medžiagas prie savo gamtinių dujų vamzdynų, kad būtų užkirstas kelias hidratų susidarymui.

Septintajame dešimtmetyje mokslininkai atrado, kad Messoyakha dujų lauke Vakarų Sibire egzistavo metano hidratas, arba „kietos gamtinės dujos“. Tai buvo reikšminga, nes anksčiau gamtiniuose dujų hidratuose dar nebuvo rasta. Geologai ir chemikai atvyko į didžiulį baseiną ir pradėjo tirti hidratų susidarymo sąlygas. Jie išsiaiškino, kad požymaus užšalimo nuosėdose gausu hidratų, ir jie pradėjo ieškoti panašių telkinių kituose aukšto platumos regionuose. Netrukus kita tyrėjų komanda rado metano hidrato nuosėdose, palaidotose giliai žemiau Aliaskos šiaurinio šlaito.

Remdamasi šiais ankstyvais atradimais, JAV geologijos tarnyba (USGS) ir Nacionalinės energetikos departamento energetikos departamentas 1982–1992 metais atliko išsamius tyrimus, kurie parodė, kad metano hidrato nuosėdas galima rasti ir jūros nuosėdose. Staiga tai, kas kadaise buvo smalsumas ir pramonės nepatogumai, atrodė, kad tai gali būti reikšmingas šaltinis. Dešimtojo dešimtmečio viduryje Japonija ir Indija ėmėsi vadovaujančio metano hidrato tyrimų, siekdamos rasti daugiau telkinių ir sukurti būdus, kaip ekonomiškai išgauti įstrigusį metaną. Nuo to laiko mokslininkai atrado metano hidrato telkinius daugelyje vietų, įskaitant Mackenzie upės deltą Kanadoje ir Nankai lovą prie Japonijos krantų.

Toliau mes apsvarstysime, kokį poveikį metano hidratas gali turėti pasaulio energijos tiekimui.

Šaldyto kuro potencialas

Pagrindiniai metano hidrato laukai

Pagrindiniai metano hidrato laukai

Kai mokslininkai pradėjo ieškoti metano hidrato telkinių, jie neliko nusivylę. Jie juos rado po Arkties amžinuoju įšalimu ir po jūros dugnu, ypač tose vietose, kur viena tektoninė plokštė slysta virš kitos. Šie regionai yra žinomi kaip subdukcijos zonos nes vienos plokštės kraštas juda po kita. Pavyzdžiui, prie Vašingtono ir Oregono krantų Juan de Fuca plokštė slysta po Šiaurės Amerikos plokšte. Kaip medienos gabalas, brėžiamas per plokštumos ašmenis, Juan de Fuca plokštės nuosėdos, įskaitant hidratus, pašalinamos per akmeninę Šiaurės Amerikos plokštės plutą. Taip susidaro hidratų ketera, einanti lygiagrečiai krantui.

Hidratų telkiniai taip pat buvo rasti regionuose, kur susitinka didelės vandenyno srovės. Blake Ridge yra formacija, esanti prie Pietų Karolinos krantų, vandenyje, kurios gylis yra nuo 6562–15 748 pėdų (nuo 2000 iki 4800 metrų). Geologai mano, kad ketera susiformavo oligoceno epochoje, maždaug prieš 33,7–23,8 milijono metų. Per tą laiką atsivėrė Grenlandijos jūra, leidžianti į pietus išilgai Atlanto vandenyno kranto tekėti dideliam kiekiui šalto, tankaus vandens. Kai šis šaltas vanduo tekėjo į šiltą vandenį, kurį nešdavo į šiaurę nuo Golfo srovės, srovės sulėtindavo ir išmesdavo didelius nuosėdų kiekius. Į šias nuosėdas palaidota organinė medžiaga galiausiai sukėlė didelį metano hidrato kiekį.

Kiek šio užšaldyto kuro yra Blake Ridge ir kitose vietose visame pasaulyje? Remiantis kai kuriais skaičiavimais, metanų, užfiksuotų hidratuose, kiekis yra nuo 100 000 trilijonų iki 300 000 000 trilijonų kubinių pėdų (nuo 2 832 trilijonų iki 8 495 054 trilijonų kubinių metrų). Palyginkite tai su 13 000 trilijonų kubinių pėdų (368 trilijonų kubinių metrų) įprastinių gamtinių dujų atsargų, likusių planetoje, ir jūs galite suprasti, kodėl mokslo bendruomenės žandikauliai sumažėjo [šaltinis: Collett].

Žinoma, vienas dalykas yra rasti hidrato nuosėdas. Kaip matysime kitame skyriuje, visiškai kitas dalykas yra jų pašalinimas ir saugus atlikimas.

Pavojingas metano hidrato kasybos verslas

Galimas metano išsiskyrimo iš dujų hidrato laukų pranašumas turi būti suderintas su rizika. O rizika yra nemaža. Pirmiausia pradėkime nuo iššūkių, su kuriais susiduria kasybos įmonės ir jų darbuotojai. Daugiausia metano hidrato telkinių yra jūros dugno nuosėdose. Tai reiškia, kad gręžimo įrenginiai turi būti pasiekiami per daugiau nei 1600 pėdų (500 metrų) vandens ir, kadangi hidratai paprastai yra toli po žeme, dar keli tūkstančiai pėdų, kad jie galėtų pradėti išgauti. Hidratai taip pat linkę formuotis žemyniniuose žemyno šlaitų kraštuose, kur jūros dugnas nukrenta nuo palyginti seklaus šelfo link bedugnės. Grubiai nuožulnus jūros dugnas apsunkina vamzdyno praėjimą.

Net jei jūs galite saugiai išdėstyti įrenginį, metano hidratas yra nestabilus pašalinus jį iš aukšto slėgio ir žemos temperatūros giliavandenėje jūroje. Metanas pradeda bėgti net tada, kai jis yra transportuojamas į paviršių. Jei nėra būdų, kaip išvengti šio gamtinių dujų nuotėkio, gavyba nebus veiksminga. Tai bus panašus į šulinio vandens išpylimą naudojant skylėmis užpildytą kibirą.

Patikėkite ar ne, šis nutekėjimas gali sukelti mažiausiai rūpesčių. Daugelis geologų įtaria, kad dujų hidratai vaidina svarbų vaidmenį stabilizuojant jūros dugną. Gręžimas šiuose vandenyno telkiniuose gali destabilizuoti jūros dugną ir priversti didžiulius nuosėdų pylimus mylėtis žemyn žemyniniu šlaitu. Įrodymai rodo, kad praeityje tokie povandeniniai nuošliaužos įvyko (žr. Šoninę juostą) su skaudžiomis pasekmėmis. Tiek daug nuosėdų judėjimas tikrai sukeltų didžiulius cunamius, panašius į tuos, kurie buvo pastebėti 2004 m. Gruodžio mėn. Indijos vandenyno cunamyje.

Tačiau turbūt didžiausią susirūpinimą kelia tai, kaip metano hidrato gavyba gali paveikti globalų atšilimą. Mokslininkai jau žino, kad hidratų nuosėdos natūraliai išskiria nedidelius metano kiekius. Dujos pačios veikia dangų - burbuliuoja per amžinam įšalo arba vandenyno vandenį - tol, kol jos išleidžiamos į atmosferą. Kai metanas patenka į atmosferą, jis tampa dar efektyvesnėmis šiltnamio efektą sukeliančiomis dujomis nei anglies dioksidas, gaudamas saulės spinduliuotę. Kai kurie ekspertai baiminasi, kad gręžimas hidratų nuosėdose gali sukelti katastrofišką metano išmetimą, kuris labai paspartintų globalinį atšilimą.

Ar dėl to hidratų laukuose esantis metanas neribojamas? Tai yra klausimas, kurį bando atsakyti viso pasaulio mokslininkai.

Judantys kalnai

Vienas didžiausių nuošliaužų istorijoje įvyko ne sausumoje, o po vandeniu, visai šalia Norvegijos krantų. Tai taip pat neįvyko nesenoje istorijoje, bet holoceno epochoje, maždaug prieš 8000 metų. Žinomas kaip Storeggos povandeninio laivo nuošliauža, įvykis sukėlė didžiulį nuosėdų kiekį, slenkantį maždaug 497 mylių (800 km) žemyniniu šlaitu. Tai savo ruožtu sukėlė maždaug 82 pėdų (25 metrų) aukščio megacunamį, kuris smogė Norvegijai ir Škotijai.

1998 m. Rusijos tyrėjai aptiko nestabilų hidratų lauką netoli Storeggos skaidrės vietos. Dabar mokslininkai mano, kad greitas hidratų irimas, susijęs su temperatūros ir slėgio pokyčiais praėjusio ledynmečio pabaigoje, destabilizavo nuosėdas ir sukėlė nuošliaužą.

Šaldyto kuro ateitis

Protestuotojai Pietų Korėjoje 2006 m. Demonstruoja prieš Japonijos planą siųsti apžiūros laivus į abiejų šalių tvirtinamus vandenis. Ginčijami vandenys yra turtinga žvejybos vieta ir buvo manoma, kad juose yra metano hidrato nuosėdų.

Protestuotojai Pietų Korėjoje 2006 m. Demonstruoja prieš Japonijos planą siųsti apžiūros laivus į abiejų šalių tvirtinamus vandenis. Ginčijami vandenys yra turtinga žvejybos vieta ir buvo manoma, kad juose yra metano hidrato nuosėdų.

1997 m. JAV energetikos departamentas (DOE) inicijavo tyrimų programą, pagal kurią iki 2015 m. Bus leista komerciniu būdu gaminti metaną iš dujų hidrato nuosėdų. Po trejų metų Kongresas leido finansavimą pagal 2000 m. Metano hidrato tyrimų ir plėtros įstatymą. Koordinavimo komitetas (TBT), šešių vyriausybinių agentūrų koalicija, vykdė tyrimus keliose srityse. Didžioji dalis to, ką mes žinome apie pagrindinius metano hidrato mokslus - kaip jie formuojasi, kur jie formuojasi ir kokį vaidmenį vaidina tiek jūros dugno stabilizavimui, tiek globaliniam atšilimui, - atėjo iš TBT tyrimų.

Taip pat kyla įdomių idėjų, kaip efektyviai išgauti metaną iš hidratų. Kai kurie ekspertai siūlo metodą, pagal kurią kalnakasiai siurbia karštą vandenį iš gręžimo angos, kad ištirptų hidratas ir išlaisvėtų įstrigęs metanas. Išmetant metaną, jis yra pumpuojamas į jūros dugną per papildomą gręžimo angą. Iš ten povandeniniai vamzdynai gamtines dujas išveža į krantą. Deja, tokiems vamzdynams tektų važiuoti sudėtinga povandenine vietove. Vienas iš sprendimų yra pastatyti gamyklą ant jūros dugno, kad ji būtų šalia hidrato telkinių. Kai metanas pasišalina iš įkaitintų nuosėdų, gamyklos darbuotojai vėl užšaldo dujas, kad susidarytų „švarus“ metano hidratas. Povandeniniai laivai sušalusį kurą galėtų vilkti didžiulėse rezervuaruose į seklesnius vandenis, kur metanas galėtų būti išgaunamas ir saugiai bei efektyviai gabenamas.

Ar visa tai būtina? Ar neatsinaujinantys energijos šaltiniai neleidžia gaišti laiko taip energingai naudoti kitą neatsinaujinantį iškastinį kurą? Realiai iškastinis kuras vis dar bus svarbi viso pasaulio energijos komplekso dalis ateinančiais dešimtmečiais. Remiantis Energetikos informacijos administracijos (PAV) duomenimis, tikimasi, kad bendras JAV gamtinių dujų suvartojimas padidės nuo maždaug 22 trilijonų kubinių pėdų (0,622 trilijono kubinių metrų) šiandien iki maždaug 27 trilijonų kubinių pėdų (0,76 trilijono kubinių metrų) 2030 metais. Pasaulinės gamtinės dujos Manoma, kad suvartojimas per tą patį laikotarpį padidės iki 182 trilijonų kubinių pėdų (5,15 trilijono kubinių metrų) [šaltinis: PAV]. Aptariant metaną, užfiksuotą hidratuose, akivaizdu, kad bus pagrindinis vaidmuo tenkinant tą poreikį.

Tai reiškia, kad užšaldytas metano hidrato kuras gali sugaišti daugiau laiko, kai mokslininkai ieško alternatyvų mūsų planetos energijai. Pagalvokite apie tai kaip svarbų žingsnį pereinant prie švaresnių, ekologiškesnių energijos šaltinių.


Vaizdo Papildas: Как засолить сало по украински в рассоле #деломастерабоится.




Tyrimas


Pamiršk Ryklius, Žaibas Kelia Didelę Paplūdimio Grėsmę
Pamiršk Ryklius, Žaibas Kelia Didelę Paplūdimio Grėsmę

Iki Nasa Didžiausio „Rover“ Vis Dar Nusileido Ant Marso, Liko Mažiau Nei Savaitė
Iki Nasa Didžiausio „Rover“ Vis Dar Nusileido Ant Marso, Liko Mažiau Nei Savaitė

Mokslas Naujienos


Ar Sveika Jūsų Dieta? Naujas Šlapimo Tyrimas Gali Pasakyti
Ar Sveika Jūsų Dieta? Naujas Šlapimo Tyrimas Gali Pasakyti

Kodėl Taip Lengva Apgauti Olimpines Žaidynes?
Kodėl Taip Lengva Apgauti Olimpines Žaidynes?

Elektrifikuoti Lašai Sukuria Mažas Saturno Planetas
Elektrifikuoti Lašai Sukuria Mažas Saturno Planetas

Bleriot Xi
Bleriot Xi

Magna Carta Pasirodys Vašingtone, D.C.
Magna Carta Pasirodys Vašingtone, D.C.


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com