Главная
Об институте
Направления
 исследований
Проекты
Научные
 семинары
Статистика
 и аналитика
Издания
Партнеры
Пресс-центр
Статьи
Комментарии
Пресса о нас
Карьера у нас

ЭС-2020

ЭС-2030

Поиск  На главную  Карта сайта  Контакты

    Комментарии - Новый тип льда как контейнер с топливом

Комментарий ГУ ИЭС
к одноименной статье Научная Россия, 12.12.2014 г.

Мастепанов А.М.

"Ученые из Гёттингенского университета имени Георга-Августа (Германия) и Института Лауэ-Ланжевена (Франция), сумели создать искусственным путем пустой клатрат с решеткой из молекул воды. Клатрат представляет собой кристаллическую решетку из вещества – «хозяина», в которой заключены молекулы вещества «гостя». До сих пор получить этот материал в лабораторных условиях не удавалось. Его изучение может открыть доступ к неразработанным еще залежам природного газа на океанском дне и решил ряд проблем с доставкой природного газа и нефти по трубам при низкотемпературных условиях. Результаты работы опубликованы в журнале Nature."

С фундаментальной точки зрения газогидраты, как отмечал в своё время один из ведущих специалистов в этой области Ю. А. Дядин, интересны тем, что являются объектами супрамолекулярной (надмолекулярной) химии - относительно новой науки, изучающей иной, более тонкий принцип организации химической материи, основанный не столько на специфической химической связи, сколько на благоприятной пространственной комплементарности реагирующих компонентов даже при наличии только слабых ван-дер-ваальсовых взаимодействий между ними.

Несмотря на то, что гидратной проблематикой занимаются многие сотни специалистов из десятков стран мира, а сами газогидраты известны ещё с конца XVIII века, до сих пор остаётся неполным понимание как особенностей структуры газогидратов, так и механизмов образования и фазовых превращений в них. Причём, газогидраты привлекают интерес учёных, специалистов и политиков не только как один из главных углеводородных источников энергии и химического сырья ближайшего будущего, но и как уникальный физический объект с интересными и порой парадоксальными свойствами. В частности, изучение природных газовых гидратов, в том числе закономерностей их образования и разложения в земной коре, имеет, как отмечает один из ведущих специалистов в этой области В.А. Истомин, фундаментальное значение для геологической науки в целом.

Работа учёных из Геттингёнского университета имени Георга-Августа (Германия) и Института Лауэ-Ланжевена (Франция) как раз и относится к сфере фундаментальных исследований газовых гидратов (строение, физико-химические свойства, термодинамика и кинетика образования и разложения). Впервые полученные экспериментальным путём пустые клатраты, состоящие из твёрдой кристаллической решётки, образованной молекулами воды, позволят учёным провести точные измерения их структуры и термодинамических свойств и продвинуться в понимании свойств подобных образований, наполненных газом, в том числе и метаном.

Будем надеяться, что этот новый шаг в познании фундаментальных свойств газогидратов приблизит время и практического их использования, в том числе и разработки метангидратных залежей на морских шельфах и в зонах вечной мерзлоты на суше. Что же касается других возможных направлений использования газогидратных технологий, то исследования в этой области ведутся давно самым широким фронтом.

В частности, хранение природного газа в виде гидратов, по данным российских учёных С.Ш. Быка и В.И. Фоминой, впервые было рассмотрено (и запатентовано) в работах американских специалистов ещё в 1940-х гг. (M.E. Benesch - 1942 г., B. Miller and E. K. Strong - 1946 г., J. D. Parent - 1948 г.). В нашей стране подобные исследования связаны с именами В.М. Дубинина и Г.Г. Жиденко.В 1990-е гг. работы в этой области продолжили Gudmundsson J.S., Hveding F., Borrehaug A., Parlaktana M. и другие западные специалисты.

Технология транспортировки природного газа на большие расстояния в гидратной форме была предложена советскими специалистами (В.М. Дубининым и Г.Г. Жиденко) ещё в 1979 г.,но в то время была признана неэффективной.В 1986-1988 гг. во ВНИИГАЗе В.С. Якушевым были разработаны и сконструированы две оригинальные экспериментальные камеры по исследованию газогидратов и гидратосодержащих пород. Проведенные им экспериментальные исследования позволили обнаружить неожиданно высокую стабильность монолитных образцов гидрата метана при сбросе давления до атмосферного при температурах ниже 0оС, что противоречило существовавшим тогда представлениям о термодинамике разложения гидрата метана. Московской газогидратной группой (В.С.Якушев, Е.М.Чувилин и В.А.Истомин) данное явление было признано кинетическим и названо "эффект самоконсервации газогидратов при отрицательных температурах" или просто эффект самоконсервации ("gashydrateself-preservationeffect").

Исследования, проведенные этими специалистами в 1988-1992 гг. показали, что при разложении гидрата, на его поверхности образовывается плёнка льда, препятствующая дальнейшему разложения образца. Это явление и получило название эффекта самоконсервации. Другим направлением исследований Московской газогидратной группыстало изучение эффекта принудительной консервации - замедления разложения газогидрата за счёт покрытия его термодинамически стабильным слоем другой твёрдой фазы. Исследованиями механизма перехода гидрата в лёд при эффекте самоконсервации занимались также В.П. Мельников и А.Н. Нестеров (2003), предположивших двухступенчатый переход гидрата в лёд через метастабильную воду.

Обнаружение этого эффекта внесло значительный вклад в изучение природных газогидратов. Эффект самоконсервации открыл новые возможности для хранения и транспорта газа в сконцентрированном виде, но без повышенного давления.

Впоследствии эффект самоконсервации экспериментально был подтверждён исследователями в Австрии (1990 г.) и Норвегии (1994 г.) и в настоящее время исследуется специалистами из разных стран (Россия, Япония, Канада, США, Германия).

В 1996 г. Дж. Гудмундссон (GudmundssonJ.S.) и А. Боррхог (BorrehaugA.) из NorwegianUniversityofScienceandTechnology (NTNU), Тронхейм, предложили перевозить природный газ морским транспортом не в виде СПГ, а в гидратной форме, и предположили, что экономика подобного транспорта будет благоприятной. В дальнейшем (в 2002-2005 гг.) эту концепцию развили исследователи из Mitsui Shipbuilding, которые работали совместно со специалистами Японского морского научно-исследовательского института (JapaneseMaritimeResearchInstitute) (Nakajima, Y.; Shirota, H.; Takaoki, T.; Hirai, K.; Kamei, M.; Kanda, H.; Ohgaki, K., Ota, S. и др.)

Выдвинуты также идеи о захоронении парниковых и токсичных газов в форме газогидратов на дне Мирового океана с целью оздоровления экологической ситуации на Земле. Специалистами разных стран предложена технология добычи метана из газогидратных залежей на шельфе путём замещения этого газа углекислотой. Если эта технология будет работать, можно будет решать сразу две важнейшие проблемы глобального характера - добывать метан и одновременно утилизировать СО2.

В целом природные газовые гидраты представляют собой весьма сложную многоаспектную проблему, поэтому в предстоящие годы работы хватит учёным самых разных направлений: супрамолекулярной химии, химии соединений включений, термодинамики, теплофизики, геокриологии, биологии, геологии, океанологии и др., а также технологам, экологам и экономистам.

23.12.2014 г.

Член Совета директоров ИЭС,
д.э.н. Мастепанов А.М.

 

109028, г. Москва, Яузский бульвар 13, стр. 3, офис 10. Тел./факс: (495) 698-5234.
Е-mail: ies2@umail.ru, guies@guies.ru
© Институт энергетической стратегии (ГУ ИЭС)