به اعماق دریاها بنگر

هیدرات های گازی اصولاً ترکیبی از گازهای سبک مثل متان، اتان یا دی اکسیدکربن است که تحت یک شرایط خاص دمایی و فشاری با مولکول های آب ترکیب شده و ماده یی شبیه به یخ را تشکیل می دهد. همان طوری که بیان شد هیدرات در محل هایی که فشار زیاد یا دمای کم وجود داشته باشد، تشکیل می شود و از این رو کاوش های آن در مناطق سردی مثل قطب و کانادا و منطقه سیبری و نیز کف اقیانوس ها در جریان است. این از آن جهت است که از هیدرات گازی به عنوان منبع عظیم برای تامین انرژی یاد می شود چون از لحاظ تئوری در یک حجم از هیدرات گازی متان (در فشار ۲۶ اتمسفر و صفر درجه سانتیگراد) حدود ۱۶۴ حجم گاز متان وجود دارد. از دهه ۱۹۶۰ میلادی به بعد تحقیقات و پژوهش های زیادی در ارتباط با کشف منابع، خواص و مضرات این ترکیبات انجام شده است. مضرات آنها نیز بدین گونه است که احتمال تشکیل هیدرات گازی در داخل لوله گاز یا تجهیزات صنعتی نیز وجود دارد که این وضعیت خطرناک اعلام شده است. از هیدرات های گازی به عنوان «مشکل آفرین» برای صنایع پالایش و انتقال گاز نام برده می شود. در عرصه بین المللی از کشورهای کانادا، ژاپن، هند، روسیه و امریکا به عنوان پیشرو در این مبحث نام برده شده است که پایلوت هایی نیز برای بهره برداری از این ترکیبات برپا داشته اند. در کشور ما نیز طی سال های گذشته فعالیت های متفاوتی در این خصوص انجام پذیرفته است که در این ارتباط می توان به تلاش های سازمان زمین شناسی، پژوهشگاه صنعت نفت، شرکت ملی گاز و شرکت ملی نفت فلات قاره اشاره کرد که امیدواریم نتایج این تلاش ها هر چه زودتر به بار بنشیند. البته گروهی از دانشمندان با دیدگاهی خلاقانه به این مقوله می نگرند یعنی می خواهند گاز طبیعی یا متان را به جای انتقال با خط لوله یا تانکر و مخزن به صورت هیدرات گازی درآورند تا ۱۶۴ برابر فشرده شده و در مقصد از این گاز استفاده شود. به علاوه انتقال این هیدرات های گازی توسط کشتی نیز بسیار آسان خواهد بود. مقاله زیر بیانگر تلاش گروهی از این دانشمندان است.
معمولاً متان و گاز طبیعی از طریق خطوط لوله گاز یا مخازن تحت فشار جابه جا می شوند اما اخیراً شیمیست ها روشی را برای انتقال گازها توسعه داده اند که چیزی نیست جز انتقال گاز به صورت پودر.
کوپر و همکارانش در دانشگاه لیورپول انگلستان دریافته اند که می توان متان را درون ماده یی عجیب به نام «آب خشک» محبوس کرد. این ماده چیزی نیست جز مخلوطی از سیلیس و آب که کاملاً شبیه یک پودر ریز سفیدرنگ است. اساساً متان با آب موجود واکنش کرده و یک ماده کریستالی به نام هیدرات گاز متان تولید خواهد کرد که در آن مولکول های متان در درون بشکه یی یخ مانند از مولکول های آب جانشین شده است. در اصل با این روش می توان راهی برای ذخیره سازی راحت متان برای استفاده در خودرو ارائه کرد. این روش از آن جهت ایده خوبی است که خودروهایی با سوخت متان نسبت به خودروهایی با دیگر سوخت های فسیلی، آلودگی کمتری دارند. متان قسمت اعظم گاز طبیعی را تشکیل می دهد و از این ماده جدید می توان به عنوان جایگزین خطوط لوله در انتقال این گاز از مناطق گازی بهره جست.اسلوان در دانشکده معدن کلرادو به عنوان متخصص هیدرات های طبیعی مشغول کار است. به نظر او این مساله از آن جهت دارای اهمیت زیادی است که حدود ۷۰ درصد از ذخایر گازی جهان در مخازن کوچک و دورافتاده قرار دارند که برپایی خطوط لوله جهت انتقال گاز آنها اقتصادی نیست.
● یک پارادوکس
از لحاظ تئوری، هیدرات گاز متان به صورت طبیعی زمانی تشکیل می شود که در فشار بالا و دمای پایین، آب با متان مخلوط شود. هم اکنون در اعماق دریاها لایه های ضخیمی از این ماده کریستالی شکل وجود دارد که می تواند به عنوان ذخایر سوخت مورد بهره برداری قرار گیرد. البته یکی از نگرانی های موجود آن است که با افزایش دمای کره زمین، احتمال تجزیه این هیدرات ها افزایش یافته و موجب انتشار گازهای گلخانه یی از اعماق دریاها شود که این موضوع تسریع گرمایش جهانی را در پی خواهد داشت. این مکانیسم به عنوان یکی از علل تغییرات شدید زیست محیطی در گذشته های بسیار دور نیز مطرح است. البته پیش از این نیز موضوع بهره برداری از هیدرات گاز متان به صورت «متان جامد» به منظور ذخیره سازی و انتقال مطرح بوده است. در ژاپن شرکت مهندسی و کشتی سازی میتسویی، طرح پایلوتی را برای تولید هیدرات های گاز طبیعی روی عرشه کشتی در دست بررسی دارد تا بتواند این گاز را از مناطق دورافتاده دریایی انتقال داده و ضمناً قسمتی از این گاز را به عنوان سوخت در خود کشتی مصرف کند. هم اکنون مساله موجود آن است که لایه های هیدراتی فقط تحت شرایط سرما و فشار و با کندی تشکیل شده اند و نوعاً نیز لایه یی از این مواد روی سطح آب ایجاد می شود و از رشد بیشتر آنها جلوگیری می کند. هر چند با اختلاط شدید گاز و آب می توان سرعت تشکیل مواد را افزایش داد ولی این فرآیند طاقت فرسا و پرهزینه است. کوپر و همکارانش برای حل این مساله راه حلی یافته اند که طی آن آب به قطرات بسیار ریز و پایدار بدل می شود تا سطح تماس با گاز افزایش یابد. آنها در این فرآیند، آب را به «آب خشک» تبدیل می کنند که این کار با شکل خاصی از سیلیس به نام «سیلیس بخارشده آبگریز» انجام می پذیرد. این شکل از سیلیس همان دانه های ریز سیلیس است که با قرار دادن یک لایه شیمیایی آن را به صورت دفع کننده آب درآورده اند. این ذرات سیلیس سطح قطرات آب را پوشانده و از منعقد شدن آنها جلوگیری می کنند. کوپر برای بیان این پدیده می گوید؛ «آیا تاکنون قطرات آب موجود روی غبار خشک را دیده اید، این نیز چنین چیزی است یعنی کره یی از غبار روی سطح آب تشکیل می شود.» او می افزاید؛ این اصطلاحاً «آب خشک» ماده غریبی است چون «شبیه پودر است ولی هنگامی که آن را روی پوست خود مالش می دهید پوست شما مرطوب شده و احساس خنکی به شما دست می دهد که این به خاطر آزاد شدن آب است.» محققان دریافته اند این پودر تولیدی توسط آنها، قادر است در دمای انجماد آب مقدار زیادی متان را در خود جذب کرده و هیدرات گاز متان را به صورت کریستالی در درون قطرات پوشیده با سیلیس تولید کند. این به صورتی است که در هر شش گرم از این ماده می توان یک لیتر گاز متان ذخیره کرد. این ظرفیت ذخیره سازی به ظرفیت تعیین شده توسط وزارت انرژی امریکا برای چنین موادی بسیار نزدیک است و ضمناً قادر است به خوبی با دیگر محیط های پیشنهادی برای ذخیره سازی نیز رقابت کند. البته چون این ماده پیشنهادی از مواد اولیه ارزان قیمت تهیه شده است پس صرفه پذیری اقتصادی آن نسبت به دیگر روش های بالقوه برای حبس متان مثل شبکه های مولکولی مصنوعی بیشتر است.
● سرمایش و چرخاندن سریع
البته هنوز تا رسیدن به یک فرآیند صنعتی قابل قبول موانع زیادی بر سر راه وجود خواهد داشت. یکی از موارد آن است که این هیدرات فقط در سرما پایدار است یعنی در فشار اتمسفری باید تا منفی۷۰ درجه سانتیگراد سرد شود و این در حالی است که اگر این هیدرات در یک محیط متان تحت فشار باشد، این آستانه دمایی، بیشتر خواهد بود. باید توجه داشت اگر این ماده گرم شود، متان از آن آزاد خواهد شد. کوپر توضیح می دهد گروه او توانسته است با استفاده از نمک های محلول در آب، هیدراتی ایجاد کند که در دمای اتاق پایدار باشد و مشکل آنجاست که آن وقت ساخت «آب خشک» از این مخلوط مشکل خواهد بود. این مرحله یی است که به گفته او «کار بسیار مشکلی است». مشکل بعدی آن است که این قطرات پس از مدتی شروع به واکنش کرده و پس از چند بار جذب و دفع متان، با متان واکنش می کنند. البته اگر پودرهای ریز اولیه را درون یک مخلوط کن دستی بریزیم می توانیم آنها را احیا کنیم. در همین ارتباط کوپر می افزاید؛ «ضمن ذخیره سازی گاز، مشکل خواهد بود که به یکباره به همه اهداف دست یابیم و ضمناً آنکه ما هنوز در مرحله بهینه سازی پارامترهای اقتصادی نیستیم.»

ترجمه؛ عبدالله مصطفایی

منبع : روزنامه اعتماد