В морските дълбини има достатъчно природен газ, който да осигури нуждите на човечеството от изкопаеми горива за векове наред. Доскоро обаче това беше без значение, тъй като тези залежи са заключени в ледени кристали - труден за усвояване ресурс, чието приложение на практика дори сега е все още сложно.
Япония е една от държавите, която преди няколко години започна опити за установяване на добив на тези запаси от замръзнала вода и метан преди пет години, а сега това може би се превръща в едно от решенията на бъдещите енергийни кризи.
Ако извадите парче от този горящ лед на повърхността, той изглежда и се държи до голяма степен като типичен лед, но ако доближите кибрит до него, той не просто ще започне да се топи, а ще се запали.
Големи международни изследователски програми и компании в Япония, както и в други държави, се надпреварват да извличат тази странна, неподатлива на логиката субстанция, известна и като "горящ лед", изпод морското дъно. Ако всичко върви по план, те може да започнат добива му към края на следващото десетилетие. Пътят до този момент обаче далеч не е толкова лесен и гладък, колкото звучи.
Няма съмнение, че метановите хидрати биха могли да предложат сериозен източник на гориво. Последните изчисления твърдят, че те представляват около една трета от общите количества въглерод, съдържащ се в други изкопаеми горива като петрол, газ и въглища.
Няколко държави, най-вече Япония, искат да ги добиват. Те не са трудни за откриване, като често оставят характерна сеизмична следа, която може да бъде открита от изследователските съдове. Проблемът обаче е в добиването на този газ и транспортирането му до повърхността.
Според Каролин Ръпъл, ръководител на проекта по газови хидрати към Геоложкия институт на САЩ е ясно, че "никога няма да слезем долу и да използваме минен добив" за добиването на горящ лед.
Всичко опира до физика. Метановите хидрати просто са твърде чувствителни към налягане и температура, за да може просто да се изкопават и пренасят до сушата. Те се образуват обикновено на няколкостотин метра под морското дъно при дълбочина на водата около 500 метра, където налягането е много по-голямо, отколкото на повърхността и температурите са близки до нулата.
Ако бъдат извадени от тези условия, те започват процеса си на разпад, преди метанът да може да бъде извлечен. Има обаче и други начини да се постигне същият резултат. Начинът е да се отделят запасите от метан от образуванието на морското дъно. После може да се извлича отделящият се газ.
Японското правителство е финансирало програма за изследвания в опита да направи точно това. Първата му мисия, след няколко години на предварително проучване на вероятни находища на метанови хидрати, беше през 2013 г.
Екипът успява да произведе газ от резервите на метанов хидрат като сондира в морското дъно на разлома Нанкай, край източния брега на най-големия японски остров. Чрез намаляването на налягането върху запасите, те са успели да освободят и съберат отделения газ. Изпитанията са продължили шест дни, преди пясъкът да навлезе в сондажната яма и да спре добива.
Втори опит беше проведен през 2017 г. в разлома Нанкай. Този път учените са използвали две пробни сондажни ями. Първата се е сблъскала със същия проблем като преди и е била запушена с пясък след няколко дни. Втората обаче е работила 24 дни без технически проблеми, казва Коджи Ямамото, генерален директор на групата за изследвания и разработки в областта на метановите хидрати в Japan Oil, Gas and Metals National Corporation, един от водещите учени в японската национална изследователска програма за газови хидрати.
Въпреки че изпитанията са се провеждали за кратко, те са показали, че има известен потенциал Япония да работи в посока добива на горящ лед. Реакциите на обществеността обаче в страната по тази тема са противоречиви, смята Аи Ояма, технически преводач и бивш анализатор, работил върху метановите хидрати в хавайския Институт за природна енергия.
Докато някои приветстват идеята Япония да има енергийна независимост, други са много предпазливи по отношение на техниката на добив, която нарушава морското дъно близо до границите на тектонични плочи.
"Като цяло хората просто са доста изплашени от това да се прави каквото и да е по океанското дъно. Мястото е известно като неустойчиво и се случват земетресения", заявява Ояма.
Опасенията са, че нарушаването на налягането в една част от запасите от метанов хидрат може да направи цялото хранилище неустойчиво. Това, естествено, води до страх, че при самото извличане на метан ще се стигне до неконтролируем разлом. В страна като Япония, която толкова е свикнала с идеята за земетресенията и знае колко опасни могат да бъдат те, подобни страхове определено намират почва.
А и самият проблем тук е двоен. Първо, много метанов газ изведнъж би се отделил в океана - нещо, което потенциално би добавило огромни количества парникови газове в атмосферата. Второ, метановият хидрат отделя много вода, както и много метан, когато е дестабилизиран, което ще освободи много повече течност в седиментите под океанското дъно. В стръмно наклонена локация, много допълнителна вода би могла да доведе до свличания. Някои еколози дори се опасяват дали това няма да доведе до цунами.
Физическите свойства на метановия хидрат обаче поставят естествена спирачка на тази поредица от събития, обяснява Ръпъл. За да се отдели метан от хранилището му, трябва да се вложи енергия в системата. Без сериозни усилия за отделяне на газа - чрез намаляване на налягането или повишаване на температурата на хранилището - той просто си остава в стабилната си форма на метанов хидрат.
"Проблемът е точно обратният. Можете да стартирате процеса на отделяне на газа, но за да продължава този процес, трябва да се добавя още енергия, за да се случва това", обяснява Ръпъл.
Въпреки че реакция на неконтролируемо изтичане не изглежда вероятна, японската програма все пак извършва мащабни проучвания на околната среда, за да провери безопасността на производството на метанов хидрат. Данните, събрани при първите изпитания през 2013 г., и вторите, по-продължителни тестове през 2017 г., до момента не показват техниката да дестабилизира океанското дъно, заявява Ямамото.
Но като се има предвид историята на природни бедствия в Япония - около 24 000 души все още са евакуирани след земетресението и цунамито през 2011 в Тохоку – обществеността изглежда крайно несклонна към рискове.
"Смятаме, че производството на газов хидрат от екологична гледна точка е безопасно. И все пак обществеността е загрижена за потенциални негативни ефекти от производството на газов хидрат", казва Ямамото.
Освен резервите под морското дъно, има и друг тип запаси на метанов хидрат, които привличат вниманието на японските учени. Извършват се опити за проучване на по-плитки находища, много близо до дъното на Японско море, западно от страната. Оценката на тези плитки находища създава много различен потенциален риск.
"Това са места с много активна биосфера. Има цели хабитати, които живеят от метана", казва Тим Колет, водещ учен в проекта по газови хидрати към Геоложкия институт на САЩ. Биосферата на тези места е богата на уникални организми, от бактерии до много големи рифтии и раци, разчитащи на метана като източник на енергия. В други части на света, където живеят такива базирани на метан хабитати, те често са защитени като редки биосферни резервати.
Основните действия на Япония за извличане на метанов хидрат обаче не са по морското дъно, а на единственото друго място, където може да се намери горящ лед - дълбоко сред вечните ледове, постоянно замръзналите слоеве камъни или почви, покриващи земята в полярните региони и високите планини. Учени от Япония, която няма собствени вечни ледове, съдействат в най-амбициозните изпитания за сухоземен добив на метанов хидрат до момента - по Северния склон на Аляска.
През декември учени от японската национална изследователска програма предстои да започнат работа с Геоложкия институт на САЩ и американското министерство на енергетиката, на локация, която всички се надяват да се окаже дългосрочен изпитателен терен за производство. Този източник на метанов хидрат е много различен, но методите, използвани за добиването му, всъщност са почти идентични.
Условията в тези находища под вечните ледове са доста сходни като налягане и температурни условия с тези в разлома Нанкай. Въпреки че арктическата и морската среда са много различни, физическите свойства на находищата и начина, по който те възникват в седиментите, си приличат достатъчно, обясняват Колет.
Техниките на производство в Аляска може да се окажат приложими и в морска среда. И все пак все още има големи предизвикателства. Дългосрочното производство на метанови хидрати не е реализирано никъде до този момент, нито на суша, нито под вода, а нещата продължават да са преди всичко на фаза изследвания.
Като се имат предвид трудностите при извличането на газ от запасите на метанов хидрат и опасенията около добива му, трябва да има сериозни причини дадена държава да инвестира така масирано в тази технология. Наличието на много малко други алтернативи за национален енергодобив прави този труднодостъпен източник на метан атрактивна перспектива. А и освен всичко друго Япония е страна, която няма други базирани на въглерод източници на енергия, на които да разчита.
В момента страната внася природен газ, но на доста висока цена. Затова и властите в Токио търсят опция за експлоатиране на собствен енергиен ресурс на Япония.
От гледна точка на икономически ресурс, лесно е да се разбере привлекателността на метановия хидрат. Но в основата си това е просто пореден източник на природен газ, и изгарянето му би допринесло за климатичните промени. Газовите хидрати продължават да са изкопаемо благо, с всичките прилежащи към това екологични проблеми.
В този контекст, горящият лед, ако той въобще ще играе роля в енергийното бъдеще на Япония, вероятно ще бъде използван като преходно гориво в процеса на преминаване към възобновими енергоизточници.
Природният газ е най-неинтензивната по отношение на въглерод форма на изкопаеми горива, тоест отделя по-малко въглероден двуокис на единица отделена енергия, в сравнение с въглищата или петрола. Но като базирано на въглерод гориво, изгарянето им все пак допринася за климатичните промени.
Според Коджи Ямамото е необходим е преход към възобновяема енергия, тъй като пълното преминаване към възобновяеми енергоизточници изисква много време.
Дори и като преходно гориво, газовите хидрати биха могли да се окажат изключително важни обаче. Ако някоя държава успее ефективно да произвежда метан от тези запаси, това би отворило нова перспектива за преходните горива към различно енергийно бъдеще.
Доколко полезна роля могат да играят те в бъдеще зависи от това колко бързо може да бъде добиван и произвеждан в комерсиални мащаби метановият хидрат. Японското правителство се надява да стартира комерсиални проекти за добива му между 2023 и 2027 г., според последния Стратегически енергиен план на страната.
Тези срокове може да се окажат прекалено амбициозни. Джун Мацушима, изследовател в Центъра за гранични изследвания в областта на енергетиката и ресурсите към Токийския университет, по-скоро прогнозира като срокове 2030-2050 г., тъй като все още има дълъг път пред изчистването на този род технология на добив.
Решаващият момент ще бъде, когато дългосрочните изпитания на производство могат да се поддържат без технически проблеми или бюджетни ограничения, които да спират процеса, което в оптимистични срокове означава 2025 г.
Същевременно обаче Япония се ангажира да върви към възобновяеми енергоизточници и отказ от въглеродните горива. С усъвършенстването и поевтиняването на технологиите за добив на възобновяема енергия, ролята на изкопаемите горива – особено експериментални и скъпи като метановия хидрат – намалява.
Колкото повече време е нужно, за да може да се постигне добив на метан от запаси на газов хидрат в комерсиални мащаби, толкова по-кратък ще е периодът за полезна употреба на тази технология и ресурси. Другата възможност е добавянето на нов достъпен източник на изкопаеми горива да отложи прехода към възобновяеми енергоизточници, коментира Колет.
Този източник на въглерод, най-обилно достъпен в света, може да е една от последните нови форми на изкопаеми горива, добивани в комерсиални мащаби.
Също така той е единственият, разработван с перспективата за края на изкопаемите горива. Надпреварата за метановите хидрати е уникална, тъй като при нея учените работят за цел, която може да стане неприложима заради налагането на възобновяемата енергия към момента, в който те я постигнат.
Поради тази причина метановите хидрати може да имат кратък срок на употреба, но тепърва предстои да разберем дали те ще започнат да се добиват, преди вече да са станали излишни.
