Потенциально новый вид топлива

Учёные Лимнологического института за минувшее лето открыли шесть новых районов, где в природной кладовой хранятся уже многие сотни лет газогидраты – вещество, образующееся из газа и воды под воздействием давления и низкой температуры. Внешне гидраты напоминают белоснежный лёд, который распадается на газ и воду при извлечении его из недр на поверхность. Уникальность гидратов заключается в том, что они содержат большой объём газа: в одном кубометре – до 164 кубов метана. Учитывая это, газогидраты практически с момента их открытия в начале 70-х считались «топливом будущего».

Всего на Байкале, начиная с периода открытия первых гидратов вблизи поверхности дна озера – с 2000-го года – открыто уже 39 мест. За это время детально исследована на предмет газогидратов половина площади Байкала (общая площадь зеркала – 31,7 тыс. кв. км), в основном это юг и средняя часть. По данным учёных института, сосредоточены залежи в районе авандельты р. Селенги – это грязевые вулканы и выходы газа (сипы), кроме того, найдены они в районе мыса Хобой на Ольхоне и на Академическом хребте (между островами Ольхон и Ушканьи), на выходе из Баргузинского залива напротив мыса Горевого утёса (870 м), известны грязевые вулканы и сипы напротив пролива Малое Море и о. Ольхон – Санкт Петербург (1346 м) и т.д.

Необследованной остаётся ещё северная часть озера; скорее всего, по геофизическим признакам, газогидратов там нет, тем не менее в планах учёных исследовать и эти участки дна, рассказывает руководитель лаборатории геологии озера Байкала Лимнологического института Олег Хлыстов, курирующий работы по исследованию газогидратов на Байкале:

– Месторождениями районы с газогидратами на Байкале мы не называем. Конечно, плотность ресурсов на Байкале достаточная, и потенциально месторождения здесь имеются, но всё же для получения такого статуса требуется уточнение запасов, постановка объекта на госбаланс и т.д. По большому счёту, в этой работе нет необходимости – на Байкале подобная деятельность, по существующим экологическим законам, запрещена, – поясняет собеседник «СЭ».

По приблизительным подсчётам, которые проводил институт ещё в 2004 году, запасы метана, содержащегося в байкальских газогидратах, могут составлять около 1 трлн кубометров. Однако теперь по итогам байкальских экспедиций, проводимых активно с 2000-го года, стало понятно, что газогидраты расположены далеко не везде из тех мест, где это предполагалось ранее. Поэтому можно говорить о том, что прогнозы 2004-го года завышены, считает Олег Хлыстов. Кстати, так же получилось и с общемировыми прогнозными данными, которые были представлены лет тридцать назад. По прогнозам того времени новый вид топлива, сосредоточенный в Мировом океане, превосходил по объёму разведанные запасы углеводородов на суше. Но в итоге после активного этапа геологоразведки уточненный объём ресурсов был снижен на два порядка.

Один из ста

Нижняя граница стабильности газовых гидратов на Байкале в среднем 200 м ниже дна, максимальная – 450 м. Гидраты в первых метрах донных отложений ниже дна обнаружены на глубинах озера от 400 до 1500 м. Своё решение проблемы – как добывать с такой глубины и поднимать на поверхность быстро разрушающийся материал – предложили сотрудники Лимнологического института. В 2008 году они провели эксперимент по извлечению поверхностных гидратов и запатентовали эту технологию. Суть её заключается в том, чтобы использовать пресную ненасыщенную метаном воду для растворения газогидрата.

– Он в таких условиях просто начинает таять, как сахар в воде, превращается в раствор. Далее мы его поднимаем к поверхности озера по трубопроводу, а с 380-метрового расстояния от поверхности водоёма начинает выделяться газ и формируется газолифтинг. На этой глубине давление становится ниже равновесного для стабильности гидратов озера, и они начинают распадаться на газ и воду. Установка, позволяющая осуществить этот процесс, внешне напоминает колокол с форсунками на торце полтора метра в диаметре и весом полторы тонны с тянущимися от него пластиковыми трубами (длиной 600 м), а на сопровождающем её судне располагаются насосы и ёмкости, – рассказывает Хлыстов.

Выдвинул эту идею получения газа из газовых гидратов академик Михаил Грачёв, реализовать её удалось за счёт инвестиций японцев, сотрудничающих с институтом. В мире патентов на добычу газогидратов сегодня существует около сотни, признаются иркутские исследователи, но все эти разработки – теоретические. Иркутянам же удалось провести испытания – собранная установка была опущена на дно Байкала, где гидраты были практически на его поверхности, откуда и был поднят газ.

Увидеть прошлое в газогидратном зеркале 

Тем не менее добыча газогидратов в промышленных масштабах для России не актуальна, считает эксперт «СЭ». Получение «традиционного» топлива за счёт добычи углеводородов на существующих крупных месторождениях для страны намного рентабельнее, чем извлечение топлива «будущего» из газогидратов. Поэтому постепенно 

изучение гидратов переходит в другие направления, не ориентированные на промышленную добычу. Так, в Лимнологическом институте при помощи газогидратов учёные надеются ни много ни мало оценить роль этих образований в жизни озера в прошлом и спрогнозировать его будущее в случае их дистабилизации. Такие исследования ещё не проводились.

«Этот природный материал позволит дополнить историю озера. В природных и лабораторных условиях мы можем получить информацию начиная от палеоклимата и заканчивая древними живыми организмами, которые ко­гда-то населяли Байкал, изучая сами газовые гидраты и места их проявления, – по­ясняет Олег Хлыстов. – Мы знаем, что гидраты присутствовали в озере давно. А места их распространения связаны с выносом древнего материала на поверхность дна. Недавно доказали также, что уровень озера в прошлом (периоды оледенений) сильно «гулял» – например, опускался на 40 м ниже современного уровня». А значит, в период такого колебания уровня изменялись и условия, при которых могли существовать газовые гидраты. В первую очередь речь идёт о такой характеристике, как давление. При понижении уровня воды в водоёме гидростатическое давление тоже снижалось. Таким образом, все гидраты, залегавшие в Байкале при первоначальной глубине (не менее 380 м), должны были разрушиться, когда уровень воды опустился на 40 м. Высвободившийся в итоге из газогидратов метан, теоретически, должен был негативно повлиять на живые организмы, населявшие мелководье Байкала.

– По идее, мы должны найти следы замора голомянки и другой байкальской рыбы, животных в подобных районах. Нам должно встретиться в придонных слоях много минералов, связывающих фосфор, а при окислении метана – образование карбонатов и т.д. Но, несмотря на это предположение, видовое разнообразие на Байкале сохраняется, возраст отдельных видов насчитывает миллионы лет, а значит, как-то все эти животные и рыбы выживали, никто не задыхался, не умирал в массовом количестве, – комментирует заведующий лабораторией геологии. 

Ответить, как это могло произойти, ещё предстоит учёным, равно как и спрогнозировать, что будет с Байкалом, если уровень его опять изменится.

Учёные оценивают «вклад» газогидрата в парниковый эффект

Между тем исследование газогидратов в последние годы привязывается к экологическому направлению, связанному с глобальным изменением климата. По мнению учёных, содержащийся в большом количестве в гидратах метан способен при массовом выбросе в атмосферу создавать так называемый парниковый эффект. Сейчас учёные разных стран пытаются решить вопрос, что было раньше на планете: потепление, вследствие которого та­яли ледники и вечная мерзлота, а значит, могли разрушаться реликтовые газовые гидраты, дополнительно высвобождая метан и вызывая ещё большее потепление; или же сначала всему предшествовало разрушение гидратов, а потепление стало следствием.

– В применении к байкальским газогидратам проблема потепления не столь актуальна: прогреть такую толщу пресной воды сложно, а метан просто не успеет просочиться на поверхность озера и, скорее всего, полностью растворится и будет окислен микрорганизмами. Но, опять же, по последним данным гидрофизиков Лимнологического института (2014 год), концентрация метана за последние годы в Байкале увеличилась в несколько раз. Начиная с 2005 года на дне Байкала появляется всё больше газовых выходов в пузырьковой форме, отмечающихся на приборах как «факелы», и они становятся всё крупнее. Специалисты связывают это феномен с откликом на строительство плотины, после которого также поднялся уровень Байкала, увеличилось давление на дне водоёма, и свободный газ стал переходить в гидратную форму. Расчёты гидрологов показали, что на это потребовалось 50 лет. Пока это достаточно нейтральное явление, большой опасности в нём нет, ПДК ещё не превышен, но следить за этим надо, – рассказывает учёный.

За «топливом будущего» – на морское дно

В качестве топлива будущего газогидраты рассматриваются сейчас главным образом в странах, где нет собственных запасов природного газа, отмечает Олег Хлыстов. Это Япония, Индия, а также Корея и Китай. США и Канада также вкладывали большие деньги в изучение вопроса промышленного освоения запасов газогидрата, пока не началась добыча сланцевого газа.

Дальше всех в освоении месторождений газогидратов продвинулись японцы. Они уже не первый год занимаются изучением этого вопроса у себя в стране, а несколько лет назад одна из групп начала проводить совместные научные экспедиции на Байкале с Лимнологическим институтом. В 2013 году в Японии были проведены успешные испытания по добыче газогидрата за счёт снижения давления внутри пласта на морском месторождении. Теперь остаётся решить проблему с фильтрами и насосами, необходимыми для очистки сырья от механических примесей – песка, алеврита и т.д. Уже в 2017 году японцы планируют выйти на промышленную добычу газогидрата вблизи острова Хонсю (правда, первоначально к добыче готовились с 2014-го года, но сроки были изменены).

– Это будет первая в мире страна, которая начнёт промышленную добычу газа из газогидратов. Глубина водной толщи в районе бурения – около 1 тыс. м, плюс предстоит пройти ещё слой грунта – 200 м. Показатели запасов, мощность пластов пока не раскрываются. В научных публикациях значится только одна площадка, где ведутся работы. Хотя, естественно, вокруг Японии, по геологическим данным, везде – газогидраты. Общий объём инвестиций на проект – тоже секретная информация. Но примерно можно прикинуть, во сколько обходится эта работа, учитывая стоимость корабля, привлекаемого для бурения скважины – полмиллиона долларов в сутки, – говорит Олег Хлыстов.

Однако транспортировка газа с Ближнего Востока и России – тоже недешёвое мероприятие для Японии. Кроме того, перевозка сжиженного природного газа (СПГ) небезопасна. Поэтому инвестиционные вложения могут быть вполне оправданными.

Вслед за Японией к топливу будущего потянулась и Индия, но к промышленному освоению они придут ещё не скоро: слишком большие глубины им нужно преодолеть для извлечения собственного газогидрата. Китай пошёл еще одним путём – он ­изучает гидраты не только в морях, но и в вечной мерзлоте в зоне южной оконечности гор Циляньшань. Там уже добыта первая опытная партия газогидрата.

Несмотря на определённый успех в изучении освоения месторождений газогидратов в отдельных странах, до реального масштабного промышленного освоения ещё далеко, и в ближайшее десятилетие этого не про­изойдёт, прогнозирует собеседник. Таким образом, пока рынок сбыта голубого топлива в страны АТР для России всё ещё может рассматриваться как перспективный.