¿Qué departamento desarrolló hielo inflamable?
Introducción
Su fórmula química es CH4 · 8H2O.
El hielo combustible será una nueva fuente de energía limpia en el futuro. Sus componentes principales son las moléculas de metano y las 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 es descompuesta por bacterias anaeróbicas en un ambiente anóxico, formando eventualmente petróleo y gas natural (GLP). Gran parte de este gas natural queda atrapado por moléculas de agua y se forma "hielo combustible" a bajas temperaturas y bajas presiones en el fondo marino. Esto se debe a que el gas natural tiene una propiedad especial: puede cristalizar con agua 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 y su estructura molecular parece una "jaula" desde una perspectiva microscópica. Una jaula está compuesta por varias moléculas de agua y cada jaula "enjaula" 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 un gran potencial de desarrollo. Sin embargo, debido a la dificultad de la minería, el hielo combustible del fondo marino todavía está intacto en el fondo marino y en el permafrost.
El descubrimiento del hielo combustible
Ya en 1778, el químico británico Pudley comenzó a estudiar la temperatura y presión del gas para generar hidratos de gas. En 1934, se descubrieron obstrucciones sólidas parecidas al hielo en oleoductos y gasoductos y en equipos de procesamiento. Estos sólidos eran hielo o lo que hoy se llama hielo inflamable. En 1965, los científicos soviéticos predijeron que podrían existir hidratos de gas en el fondo del océano. Más tarde, finalmente se descubrió por primera vez una gran cantidad de hielo inflamable en el fondo del mar 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 en el interior de la Tierra, y el petróleo y el gas natural del fondo marino se precipitan hacia la superficie a lo largo de los bordes de las placas. Cuando se expone al agua de mar fría y a la presión de las profundidades marinas, el gas natural reacciona con el agua de mar para formar hidratos. Los científicos estiman que la distribución de hielo inflamable en el fondo marino representa alrededor del 10% del área total del océano, equivalente a 40 millones de kilómetros cuadrados. Es, con diferencia, el recurso mineral más valioso del fondo marino, suficiente para el uso humano durante 1.000 años.
Hay tres condiciones básicas para la formación de "hielo combustible": primero, la temperatura no puede ser demasiado alta, puede formarse por encima de cero, 0-10°C es apropiado y el límite máximo es alrededor 20°C, y luego se descompondrá. La segunda presión debería ser suficiente, pero no demasiada. A cero grados, puede ocurrir a una presión superior a 30 atmósferas. En tercer lugar, debe haber una fuente de gas subterránea. Porque, en tierra, sólo el permafrost de Siberia tiene las condiciones para formar y mantener un estado sólido estable, 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.
El "hielo combustible" no siempre aparece en lugares con gas natural, porque además de la presión, la formación de "hielo combustible" se debe principalmente a la baja temperatura, por lo que generalmente aparece en lugares con hielo y suelo. Durante mucho tiempo, algunas personas han creído que la baja latitud de las aguas de China hace imposible que exista "hielo combustible"; de hecho, el Mar de China Oriental y el Mar de China Meridional ya 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 exploración, la cuenca ha obtenido reservas probadas y controladas de gas natural de 654,38 mil millones de metros cúbicos. Luego, el equipo de investigación dirigido por Jin Xianglong, académico de la Academia de Ingeniería de China y experto en oceanografía, identificó el rango de temperatura y presión del "hielo combustible" en el Mar de China Oriental en función de las condiciones necesarias para la existencia de gas natural. Hidratos basándose en el gradiente geotérmico y las condiciones geológicas del Mar de China Oriental, delinearon el área de distribución del "hielo combustible", calcularon el espesor de su zona estable, realizaron una evaluación preliminar de los recursos y concluyeron 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 la distribución de 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 la investigación, la cantidad de hielo combustible encontrado en los océanos del mundo ha aumentado gradualmente. En 1993, se descubrieron 57 lugares en el fondo marino y en 2001, 88 lugares en el. fondo del mar. Según estimaciones de exploración, los recursos de hielo combustible en Black Ridge, en la costa sureste de los Estados Unidos, ascienden a 1.800 millones de toneladas, lo que puede cubrir el consumo de gas natural de los Estados Unidos durante 105 años. Japón puede utilizar los recursos de hielo combustible en el Mar de Japón y sus alrededores durante más de 100 años.
Según estimaciones de 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 ha traído nuevas esperanzas a la humanidad que enfrenta una crisis energética.
Inspección conjunta
El 2 de junio de este año, 26 científicos chinos y alemanes abordaron el barco de investigación científica alemán "Susaphon" desde Hong Kong y comenzaron una inspección de 42 días en el sur de China. Mar. Estudio geológico integral. 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 de China y Alemania recomendaron por unanimidad que una de las estructuras más típicas de esta zona de carbonatos autigénicos se denomine "Arrecife de Metano Jiulong". Entre ellos, la palabra "dragón" representa a China y el "nueve" representa la cooperación de varios 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, estaba muy entusiasmado con esto. Dijo que la evidencia de detección muestra que las reservas de hielo combustible en el norte del Mar de China Meridional representan aproximadamente la mitad del petróleo terrestre total de China. Además, el área de distribución de hielo inflamable se ha delineado inicialmente en la depresión de Xisha, con estimaciones; recursos de 4,1 billones de metros cúbicos.
China se ha convertido en un importador puro de petróleo desde 1993. Se espera que las importaciones netas de petróleo aumenten a unos 10.000 millones de toneladas en 2010 y a unos 200 millones de toneladas en 2020. Por lo tanto, aclarar los antecedentes 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 dijo que en los próximos diez años nuestro país invertirá 8.100 millones de yuanes para realizar un estudio de los recursos de esta nueva fuente de energía. Se espera que las propiedades del hielo inflamable se descubran alrededor de 2008. , y en 2015 se llevará a cabo una extracción de prueba de hielo inflamable.
Espada de doble filo
La "espada de doble filo" creada por la estrategia y el peligro
Hasta ahora, al menos más de 30 países y regiones del El mundo está llevando a cabo investigaciones, investigaciones y exploración de hielo inflamable.
En 1960, la antigua Unión Soviética descubrió el primer yacimiento de gas combustible de hielo en Siberia. Fue desarrollado en 1969 y produjo gas durante 14 años, con una producción total de gas de 50,17 millones de metros cúbicos.
La investigación del hielo combustible comenzó en los Estados Unidos 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 planea una producción de prueba comercial para llevarse a cabo en 2015.
Japón prestó atención al hielo inflamable en 1992. Actualmente, se ha completado básicamente la investigación y evaluación del hielo combustible en las áreas marinas circundantes, se han perforado 7 pozos exploratorios, se han delineado 12 áreas mineras y se han obtenido con éxito muestras de hielo combustible. El objetivo es realizar una minería de prueba comercial en 2010.
Sin embargo, los humanos todavía enfrentan muchos problemas nuevos cuando extraen hielo inflamable enterrado en las profundidades del mar. Algunos estudiosos creen que el metano desempeña un papel 20 veces mayor en el calentamiento global que el dióxido de carbono. Incluso el daño más pequeño a los depósitos de hielo combustibles puede ser suficiente para provocar una fuga masiva de gas metano. Además, extraer hielo inflamable a lo largo de las costas del borde continental es extremadamente difícil. Una vez que ocurre un accidente por explosión, provocará desastres como tsunamis, deslizamientos de tierra submarinos y envenenamiento del agua de mar.
Se puede ver que el hielo inflamable no sólo es una nueva fuente de energía en el futuro, sino también 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 en las profundidades del mar. Esto se debe a que, en 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. Las moléculas de gas, como el metano, se pueden descomponer por antiguos restos biológicos depositados en el fondo marino. incorporados a la red para formar metano hidratado.
Estos metano hidratado se parecen a bolas de hielo de color gris claro, por eso se les llama hielo inflamable. Una vez que estas bolas de hielo ascienden desde el fondo del océano a la superficie, mueren con estrépito.
El hielo combustible es una fuente potencial de energía con enormes 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 10.000 veces el almacenamiento de energía del gas natural convencional. 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, se podría prolongar el uso del combustible por parte de la humanidad durante siglos.
Para desarrollar esta nueva energía, se creó el Instituto Conjunto de Muestreo Geológico Marino de Estratos Profundos con la participación de 50 países científicos y técnicos establecidos desde la costa este de Estados Unidos. Barco equipado con avanzadas instalaciones experimentales. Exploración de hielo combustible en el fondo marino. La cabina de siete pisos de este barco especial para la exploración de hielo inflamable está equipada con equipos experimentales avanzados. Es el único barco del mundo que puede recolectar muestras de rocas bajo las profundidades del mar. El buque está equipado con equipos experimentales para el estudio de sedimentología, paleoantropología, petrología, geoquímica y geofísica. ¿Este barco en particular es de Texas? M es el director de la universidad y ha recibido financiación de fundaciones científicas del Reino Unido, Alemania, Francia, Japón, Australia y Estados Unidos y de la Joint European Science Foundation.
Es probable que la existencia de hielo combustible en el fondo marino desestabilice el fondo marino, lo que a menudo provoca flujos de lodo a gran escala en el fondo marino, causando graves daños a las tuberías submarinas y a los cables de comunicación. Es más, si los estratos del fondo marino se rompen durante un terremoto, el gas producido por la descomposición del gas libre y el metano hidratado saldrá de la superficie del mar o formará muchas burbujas de gas combustible altamente concentradas en la superficie del mar y del agua, lo que No sólo causará peligro a los barcos que pasan, sino que también traerá mala suerte a los aviones que vuelan bajo. Algunos estudiosos creen que en los últimos siglos se han producido muchas desapariciones misteriosas de barcos y aviones en el Triángulo de las Bermudas entre Florida, Bermudas y Puerto Rico. El llamado Misterio de las Bermudas puede estar relacionado con esto.
Debido a 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 y el metano hidratado similar al hielo se derretirá automáticamente y se descompondrá en gas tan pronto como sale del agua, por lo que no debemos preocuparnos. Para descomponer el metano hidratado, basta con utilizar un equipo especial para recolectar estos gases. Vale la pena señalar que el hielo combustible tiene perspectivas de desarrollo y aplicación como nueva fuente de energía, pero el metano es un gas de efecto invernadero eficiente. Si el hielo combustible se extrae de forma inadecuada, el metano liberado se difundirá a la atmósfera, aumentando el efecto invernadero de la Tierra, provocando que el permafrost y los icebergs polares se derritan, calentando la Tierra. Para desarrollar hielo combustible de forma segura y racional, también se debe considerar la protección del medio ambiente.
Desarrollo y utilización de hielo combustible
Se espera que el hielo combustible reemplace al carbón, el petróleo y el gas natural como nueva fuente de energía en el siglo XXI. Los científicos estiman que la distribución de hielo inflamable en el fondo marino representa alrededor del 10% del área total del océano, equivalente a 40 millones de kilómetros cuadrados. Es, con diferencia, el recurso mineral más valioso del fondo marino, suficiente para el uso humano durante 1.000 años. Sin embargo, cualquier error en el complejo proceso de extracción de hielo combustible provocará graves desastres medioambientales y se convertirá en un enemigo medioambiental. En primer lugar, la recogida de gases en el agua de mar es muy difícil. El área de distribución del hielo combustible en el fondo marino es grande y es difícil recolectar el metano descompuesto en un área determinada. Se descompondrá rápidamente una vez que abandone el fondo marino y es probable que se produzcan accidentes. Es más, el efecto invernadero del metano es de 10 a 20 veces más grave que el del dióxido de carbono. Si se produce un accidente debido a una manipulación inadecuada, el gas metano descompuesto del agua de mar se liberará a la atmósfera, lo que agravará el efecto invernadero global. 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 desencadenar tsunamis a gran escala, con consecuencias desastrosas. Actualmente hay pruebas de que las liberaciones naturales a gran escala de dichos gases en el pasado desempeñaron un papel en los cambios drásticos en el clima de la Tierra. El tsunami que causó estragos en el norte de Europa hace 8.000 años probablemente también se debió a la liberación masiva de este gas.
Existen tres opciones principales de minería. El primero es la pirólisis. Utilizando las características de descomposición térmica del "hielo combustible", el vapor de metano se deriva de la descomposición sólida. Pero la dificultad de este método es que no es fácil de recolectar. Los medios porosos del fondo del océano no están concentrados en "trozos" o grandes trozos de roca, sino que están distribuidos uniformemente.
Cómo tender y recolectar tuberías de manera eficiente es un problema urgente que debe resolverse.
La segunda opción es el método de reducción de presión. Algunos científicos han propuesto enterrar los desechos nucleares bajo tierra y utilizar los efectos de la radiación nuclear para descomponerlos. Sin embargo, todos ellos enfrentan los mismos problemas que la pirólisis, es decir, el tendido de tuberías y tuberías de recogida eficientes.
La tercera opción es el "método de sustitución". Las investigaciones han demostrado que si el CO2 se licua (fácilmente de conseguir) y se inyecta en el océano por debajo de los 1.500 metros (no necesariamente hasta el fondo marino), se generará hidrato de CO2, y su gravedad específica es mayor que la del agua de mar, por lo que se hundirá hasta el fondo marino. Si se inyecta CO2 en un depósito de hidrato de metano en el fondo marino, dado que el CO2 forma hidratos más fácilmente que el metano, las moléculas de metano en el hidrato de metano pueden ser "exprimidas" y reemplazadas.
Pero si durante el proceso de extracción se produce una fuga de "hielo combustible", una gran cantidad de gas metano se descompone y entra a la atmósfera a través del agua de mar. El efecto invernadero del metano es 21 veces mayor que el del CO2, por lo que una vez que no se controle esta fuga, el efecto invernadero global aumentará rápidamente. A medida que la atmósfera se calienta, la temperatura del agua de mar y los estratos también aumentará, lo que provocará que el "hielo combustible" del fondo marino se descomponga automáticamente, lo que generará un círculo vicioso. Por lo tanto, se debe controlar la extracción para que el gas metano liberado pueda recolectarse de manera eficiente.
La extracción de hielo combustible del fondo marino implica cuestiones técnicas complejas, por lo que todavía se encuentra en la etapa de desarrollo y se espera que tarde entre 10 y 30 años en incorporarse a la minería comercial. De hecho, China, Estados Unidos, Canadá, India, Corea del Sur, Noruega y Japón ya han iniciado sus propios programas de investigación sobre hielo inflamable. Entre ellos, Japón ha construido siete pozos exploratorios y se espera que se dedique a la minería comercial en 2010. Estados Unidos también se ha puesto al día en los últimos años y espera llevar a cabo la minería comercial de los fondos marinos o del permafrost en 2015.
Se puede ver que el "hielo combustible" no sólo trae nuevas esperanzas a la humanidad, sino también nuevas dificultades. Sólo con un desarrollo y una utilización razonables y científicos el "hielo combustible" podrá beneficiar verdaderamente a la humanidad.