Как выглядит метан: Какой газ лучше заправлять в авто, метан или пропан

Содержание

Типы метановых баллонов для установки на автомобиль

Вступление:

Установка метанового газобаллонного оборудования становится хорошим источником экономии для автомобилистов. Особенно это актуально для таксистов и для некоторых регионов, где цена на метан значительно ниже стоимости других видов топлива.

Перед установкой ГБО, работающего на метане, следует внимательно изучить технические особенности этого оборудования. Особенно тщательно нужно подойти к выбору баллонов для заполнения газом.

Следует помнить, что метан находится в заправленном баллоне под высоким давлением равным 220 атмосферам. В то время как пропан, находящийся в баллонах в сжиженном состоянии, создает давление 16 атмосфер. Соответственно баллон должен обладать достаточной прочностью У него должны отсутствовать следы повреждений и признаки коррозии.

Если возникает необходимость в переводе легкового транспорта на метан, то лучше всего покупать новые баллоны. Также раз в 3-5 лет следует предоставлять баллоны на техосвидетельствование.

Типы баллонов для метана:

Все баллоны, используемые для эксплуатации на метане, подразделяются на 4 типа.

Тип 1:

Баллоны этого типа представляют цельную металлическую конструкцию. Изготавливают такие баллоны путем отливки в специальных резервуарах по бесшовной технологии.

Баллоны 1 типа считаются самыми надежными и прочными. Безопасность их эксплуатации уже проверена годами.

С одной стороны на баллоне имеется цилиндрическая горловина для вентиля. С другой стороны просто закругленное дно.

На производстве все газовые баллоны проходят испытания с подачей в них более высокого, чем положено для эксплуатации, давления. Возможные скрытые дефекты проверяются при помощи ультразвука.

Большинство автовладельцев считают данный тип баллонов наиболее надежными.


Тип 2:

Корпус баллонов второго типа изготовлен из металлопластика. Для производства этого типа газовых резервуаров применяется конструкционная легированная сталь. Внутренняя часть корпуса имеет металлический несущий лейнер.

Лейнер — это внутренняя вставка в баллон, принимающая на себя главную нагрузку при создании давления.

Внешняя часть баллона имеет покрытие армирующей оболочкой.

По своим техническим характеристикам сталь, из которой делают эти баллоны, способна сохранять свои свойства в условиях низких температур окружающей среды.


Тип 3:

По своим конструктивным особенностям баллоны 3 типа схожи с предыдущими. конструкция газобаллона 3 типа имеет внутренний алюминиевый лейнер. По внешней поверхности корпус баллона укреплен оплеткой из карбоволокна, у которой усилие на разрыв составляет 140 кгс/мм2.

Карбоволокно пропитывают специальным составом, содержащим эпоксидную смолу.

Баллоны 3 типа имеют абсолютную защиту от коррозии на весь период эксплуатации.


Тип 4:

По внешней форме газобаллоны 4 типа не отличаются от предыдущих. По конструктивным особенностям они имеют сходство со вторым и третьим типами. В 4 типе также имеется внутренний лейнер. В данном случае он полимерный, имеет усиленное армирующее покрытие. В качестве армирования используют композитные материалы и углеродное волокно.

Преимуществом 4 типа газобаллонов является их малый вес, благодаря применению современных технологий.

У этого типа имеются и некоторые недостатки. Это высокая стоимость, дефицитность изделия и слабая устойчивость к механическим повреждениям.

Для того, чтобы во время эксплуатации автомобиля на метане быть спокойным за себя и своих пассажиров, необходимо тщательно выбирать газовое оборудование и регулярно проверять баллоны у специалистов.


Рассчитаем вашу экономию

Сообщим интересующую информацию по телефону:
8 (495) 532-01-11

или воспользуйтесь онлайн калькулятором экономии

Китай сообщил о первой добыче газа из отложений «горючего льда»

Автор фото, Alamy

Подпись к фото,

Гидрат метана или «горючий газ»: важный источник энергии в будущем

Китай впервые извлек газ из отложений гидратов метана на дне Южно-Китайского моря — это событие может стать поворотным для будущего энергетики во всем мире.

Китайские власти сразу же провозгласили, что это серьезное достижение.

Гидраты метана, известные так же под названием «горючий лед», содержат огромные запасы природного газа.

Многие страны, в том числе США и Япония, работают над решением проблемы эксплуатации отложений газовых гидратов, но их добыча и извлечение из них газа — сложная задача.

Что такое «горючий лед»?

Броское словосочетание описывает то, что является в реальности кристаллическим соединением воды и газа.

«Он напоминает кристаллы льда, но если рассматривать его на молекулярном уровне, то оказывается, что молекулы метана включены в решетку их молекул воды», — говорит профессор Правин Линга с кафедры химической и биомолекулярной технологии Национального университета Сингапура.

Официальное название субстанции — клатраты метана или гидраты метана, они формируются под высоким давлением и при низких температурах в слоях вечной мерзлоты или на дне морей.

Несмотря на свою низкую температуру, эти гидраты легко воспламеняются. Если поднести зажигалку, то газ, заключенный в замерзшей воде, начинает гореть. Вследствие этого гидраты и получили название «горючий лед».

При уменьшении давления и повышении температуры гидраты распадаются на воду и метан — очень большое количество метана. Один кубометр соединения выделяет до 160 кубометров метана, что делает его высококонцентрированным топливным ресурсом.

Автор фото, USGS

Подпись к фото,

Кристаллы гидрата метана, извлеченные американскими геологами в Мексиканском заливе

Однако загвоздка в том, что процесс извлечения из газовых гидратов горючего газа чрезвычайно сложен и дорогостоящ.

Газовые гидраты были впервые обнаружены на севере России в 60-х годах прошлого столетия. Однако исследования в области добычи гидратов из донных отложений начались всего 10-15 лет назад.

Ведущие позиции в этих исследованиях занимает Япония как страна, которая не имеет запасов ископаемых источников энергии. Подобные исследования активно ведутся в Индии и Южной Корее, у которых тоже нет запасов нефти.

Исследования в США и Канаде имеют свою специфику: они в основном изучают возможность добычи гидратов в районах вечной мерзлоты — на севере Канады и на Аляске.

В России ведутся исследования возможности добычи газа из огромных залежей метангидратов в зонах вечной мерзлоты в Западной Сибири. Они финансируются государственной корпорацией «Газпром».

Почему китайское достижение так важно?

Газовые гидраты могут изменить весь глобальный энергетический сектор и стать основным источником энергии в грядущие годы.

Огромные отложения гидратов существуют на дне всех океанов, особенно на краях континентальных плит. Разные страны ищут способы сделать добычу «горючего газа» безопасной и прибыльной.

Китай утверждает, что совершил прорыв в этой области и профессор Линга согласен с ним.

«По сравнению с результатами японских исследований китайские ученые добились впечатляющего успеха, сумев получить гораздо больше метана при экстракции, — объясняет он. — Это действительно значительное достижение».

Считается, что отложения газовых гидратов содержат в 10 раз больше газа, чем сланцевые месторождения. «И это только по самым осторожным оценкам», — говорит ученый.

Китай обнаружил «горючий лед» на дне Южно-Китайского моря в 2007 году. На многие районы в акватории этого моря одновременно претендуют КНР, Вьетнам и Филиппины, и территориальные споры обостряются наличием там огромных энергоресурсов.

Что будет теперь?

Как считает профессор Линга, успех Китая является только первым шагом на долгом пути к освоению нового ресурса.

«Впервые перспективы добычи гидратов выглядят обещающими, — говорит он. — Но полагаю, что только к 2025 году (самое раннее) мы сможем увидеть реальное коммерческое использование гидратов».

Как сообщают китайские СМИ, в районе Шенху в Южно-Китайском море удалось достичь уровня добычи в 16 тысяч кубометров в сутки газа высокой чистоты.

Однако профессор Линга предупреждает, что эксплуатация запасов газовых гидратов должна сопровождаться строжайшими мерами экологической безопасности.

Самым крупным риском в этой области является неуправляемый выброс в атмосферу огромных количеств метана, что может резко ускорить глобальное потепление. Метан является гораздо более эффективным парниковым газом, чем углекислый газ.

Поэтому задача состоит в том, чтобы добыть газ и не дать ему при этом вырваться на свободу.

Откуда взялся природный газ. Две теории газа.

Многие ли в наше время могут сразу дать определение природному газу? Знают ли его историю и химический состав? Очевидно нет, ведь в Google найдется все.

Итак.  

Природный газ — смесь углеводородов, представляющая собой нечто эфемерное, то, что нельзя потрогать, увидеть и без запаха. Основу природного газа составляет метан (Ch5) — простейший углеводород (органическое соединение, состоящее из атомов углерода и водорода). Обычно в его состав также входят более тяжелые углеводороды, гомологи метана: этан (C2H6), пропан (C3H8), бутан (C4h20) и некоторые неуглеводородные примеси.

В поисках истины. 

Ученые до сих пор не могут прийти к единому мнению относительно происхождения природного газа, и своем споре разбились на два лагеря, пытаясь доказать возникновение газа, предложили две основные теории.

Минеральная теория

Согласно этой теории все химические элементы, из которых состоит природный газ и нефть изначально заложены в мантии Земли, представляя собой залежи полезных ископаемых. находясь глубоко в пластах горных пород являются частью процесса дегазации Земли. Из-за внутренних движений Земли углеводороды, находящиеся на больших глубинах поднимаются ближе к поверхности, туда, где образуется наименьшее давление, таким образом, в результате появляются нефтяные и газовые залежи.

Биогенная теория.

Приверженцы этой теории считают, что природный газ образовался из остатков растительных и животных организмов, вымерших в конце палеозойской эры, которые под действием бактерий, высокого давления и температуры превратились в смесь газообразных углеродов. Именно биохимические процессы и обеспечили химический коктейль природного газа: 80-98% метана, 2-3% его ближайших гомологов – этана, пропана, бутана, пентана, а также небольшое количество примесей – сероводорода, углекислого газа, азота.

Газ видишь? Нет. А он есть.

Большинство людей, далеких от газовой отрасли, представляют, что газ, находящийся под землей подобен ценным ископаемым, занимает собой некие пустоты в недрах земли, и легко полностью извлекается. Но это не совсем верно. Природный газ действительно находится глубоко под землей, внутри горных пород, имеющих пористую структуру, но поры на столько микроскопические, что их невооружённым глазом разглядеть почти нереально. Поэтому, взяв в руки извлеченный из недр земли небольшой кусок песчаника, сложно осознать, что внутри заключен природный газ.

Священный огонь.

Древний зороастрийский храм Атешгях

У многих народов огонь вызывал благоговейный трепет. Люди поклонялись огню, огонь любили, огонь ненавидели.

Человечество знает о существовании природного газа давно. И, хотя уже в IV веке до н. э. в Китае его научились использовать для отопления и освещения, долгое время яркое пламя, не оставляющее пепла, являлось предметом мистического и религиозного культа для некоторых народов. Например, на Апшеронском полуострове (современная территория Азербайджана) в VII веке был воздвигнут храм огнепоклонников Атешгях, почитаемый в разное время зороастрийцами, индуистами и сикхами. Храм возник на месте «вечных» неугасимых огней — горящих выходов естественного газа, благодаря чему храм и носит название «Атешгях», что означает «Дом огня». Служения в нем проходили вплоть до XIX века. Однако, сами зороастрийцы говорят, что они  не поклоняются огню как таковому, а почитают Творца (Q’rt’), символом которого является огонь.

Добыть и использовать.

«Человечеству всего около 200 тыс. лет. А добыча газа началась только в прошлом веке»

Человек всегда и везде ищет выгоду. Вот и персидский царь в I веке н.э., увидев огонь, горевший и день и ночь,  не требующий дополнительного топлива приказал построить дворцовую кухню на месте где газ выходил на поверхность.   Природный газ впервые применили в 1821 году в городе Фредония, штат Нью-Йорк.

На заметку: Общая протяженность газопроводов в России в два раза больше, чем расстояние от Земли до Луны или в 20 раз больше, чем протяженность экватора.

Как обуздать взрыв метана? | Наука в Сибири

Над тем, как предотвратить взрывы в шахтах, регулярно уносящие жизни рабочих, ученые бьются уже давно. Сотрудники Института гидродинамики имени М.А. Лаврентьева СО РАН пытаются «поймать» разрушительную детонационную волну с помощью численного моделирования.

Коварный газ метан

Взрывы в шахтах чаще всего происходят из-за возгорания метана, который выделяется в горные выработки во время выемки угля. С этим газом нужно быть очень осторожным – в больших количествах он может вызвать удушье, а при контакте с воздухом  в определенной пропорции образует взрывоопасную смесь. Как правило, за концентрацией метана в шахте тщательно следят – существуют специальные датчики, которые дают сигнал, если она превышает положенные 2%, есть вентиляция, индивидуальные приспособления для рабочих. Но случаются и внезапные выбросы этого газа, которые предвидеть нельзя. Он скапливается под высоким давлением в естественных пустотах между угольными слоями. Во время бурения легко наткнуться на такую полость, и тогда всё может произойти очень быстро — достаточно маленькой искры, чтобы началось возгорание, которое при определенных обстоятельствах может спровоцировать детонационный взрыв.

Какие факторы способствуют образованию детонации? Во-первых, концентрация метана в воздухе должна быть от 5% до 15%. Когда газа очень мало, он не взрывается, а когда слишком много, в шахте просто не хватает кислорода, чтобы его сжечь. Во-вторых, переходу обычного горения в детонацию «помогают» различные препятствия, которые встречаются на пути распространения пламени  – строения, предметы и даже шероховатости стен. Разгоняясь, пламя достигает скорости звука и превышает ее. Скачками до нескольких сотен кПа возрастает давление, поднимается температура, происходят химические реакции. И тогда возникает детонационная волна, которая достигает скорости 2 км в секунду и сметает всё на своем пути. Заглушить ее практически невозможно, поэтому лучше всего остановить процесс в самом начале.

Как перевести огонь в цифры?

Чтобы не допустить возникновения детонационной волны, нужно досконально знать, как она возникает. Понять, что происходит во фронте горения, помогают эксперименты и математическое моделирование.  Этим и занимаются сотрудники Института гидродинамики имени М.А. Лаврентьева СО РАН. О численном исследовании структуры детонационной волны в метано-воздушной смеси рассказали директор института доктор физико-математических наук Анатолий Александрович Васильев, доктор физико-математических наук Александр Владимирович Пинаев, кандидаты физико-математических наук Анатолий Владиславович Троцюк и Павел Аркадьевич Фомин.  

Любое течение можно описать соответствующими уравнениями. В газодинамике ученые  рассчитывают, как переносятся масса, импульс и энергия в пространстве. Численно описать процесс горения очень сложно, ведь в нем энергия выделяется еще и внутри самой системы. Вдобавок ко всему нужно применять уравнения для выделения энергии в потоке –  так называемые уравнения кинетики. Следует описать, как огонь изменяется во времени, как он движется в шахте. Необходимо, чтобы количество неизвестных и количество уравнений совпадало, и тогда задача может иметь решение.

Однако в системах по описанию детонационных процессов  существует еще слишком много приближений. В общем виде задача настолько громоздкая, что, как правило, с ней не справляются даже современные компьютеры, поэтому ее всегда упрощают, сделав какие-то предположения. Например, считают, что фронт распространения огня — плоский, хотя в действительности он движется во все стороны. Затем убирают несколько неизвестных, пренебрегают начальным давлением, чем-нибудь еще. Таким образом, задача упрощается до тех пор, пока в конце концов не становится решаемой. Но здесь еще нужно посмотреть, соответствуют ли получившиеся расчеты действительности или же они представляют собой некую идеальную математическую конструкцию? «Далеко не всегда реальные обстоятельства вообще можно учесть. Например, идеальные шахты – это гладкие стены, ровные трубы, в них нет никакого трения. А в реальной шахте всё торчит – кабели, арматура. Ясно, что если мы будем рассматривать ситуацию только в рамках одномерного течения, то уловим лишь некоторые характеристики, а на практике все будет выглядеть совсем не так. Многомерная задача требует совсем других подходов», ¬— уверяет руководитель исследований Анатолий Александрович Васильев.

Полностью смоделировать воспламенение метано-воздушной смеси в реальной шахте не решился еще никто. Для этого нужно просчитать, как волна будет взаимодействовать с каждым выступом. В зависимости от структуры рельефа стен, она может либо разрушиться, либо вступить в некий резонанс, катастрофически ускориться и перейти в детонацию, на сверхзвук. Это требует слишком сложных расчетов — и не факт, что они окажутся верными.

Поймать пламя за хвост

Однако ученые не опускают руки. «Если мы научимся предсказывать динамику развития этого процесса, то сразу станет ясен сценарий протекания аварии на конкретной шахте. Вы будете понимать, каким временем располагаете, и выстроите наиболее приемлемую в данной ситуации систему борьбы,— рассказывает Анатолий Александрович. — А без этого можно действовать только на авось — то ли произойдет взрыв, то ли нет, то ли огонь будет идти километр с медленной скоростью, то ли он уже через несколько метров уйдет в детонацию. Большинство методов борьбы с возгораниями, которые сейчас есть, примерно на авось и рассчитаны. Например, огнетушащий порошок. Предполагается, что если  что-то загорится, он автоматически высыпется и погасит очаг. Но если не знать, на каком этапе вы буде гасить, если волна уже разогналась до сверхзвука, то она проскочит мимо полки с порошком, и он просто не успеет распылиться».

«Предотвратить детонационный взрыв — задача пока неподъемная, имеющаяся техника просто с ней не справится. Сейчас мы работаем над созданием из специальных частиц пылевой завесы, которая позволит перевести детонационную волну в акустическую волну сжатия. Отличие первой в том, что она создает невероятно высокое давление, провоцирует горение. Ударная же затухает довольно скоро, к тому же не сжигает кислород, поэтому шансы людей на спасение возрастают», — рассказывает Анатолий Владиславович Троцюк.

Расчеты сотрудников Института гидродинамики имени М.А. Лаврентьева – это уже фактически реальная информация, реальная технология борьбы. Они стараются  отказаться от чисто теоретических построений и занимаются моделированием тех явлений, которые встречаются в настоящих  шахтах. «Мы пытаемся как можно более адекватно описывать те процессы, которые происходят, искать моменты, которые являются ключевыми, чтобы точно знать, что создает такие ситуации, которые нельзя допустить. Основной критерий для нас — практика. Когда расчеты закончены, нужно провести два — три опыта, чтобы сказать: да, это действительно так, мы поймали ту веревочку, за которую можно вытащить всё», — утверждает Анатолий Александрович. — Весной этого  года мы убеждали шахтеров, что взрыва на начальном этапе возгорания практически нет. Сделали расчеты и прямо у них на модельной штольне провели эксперимент, который подтвердил результаты наших вычислений.  Они сами были поражены, насколько наука может все предугадать. Если человек имеет реальные представления о том, что происходит, то природа ведет себя именно так, как должна вести, и не преподносит сюрпризов».

Диана Хомякова

Фото: 1 — предоставлено исследователями, 2-5 — автора.

Полезная информация по металлокомпозитным баллонам

    В транспортной системе России началась метановая революция. По решению Правительства России наметился перевод значительной части государственного и муниципального, в том числе общественного транспорта на метановое газомоторное топливо. Но кроме сети автозаправок и технологических сервисов, должна быть создана и эффективная система безопасности, основным элементов которой должна стать единая система учета и контроля баллонного хозяйства. Когда несколько миллионов контрафактных баллонов с компримированным взрывоопасным газом под давлением 200-250 атмосфер окажется на дорогах, возникнет множества проблем — социальных, репутационных (для власти).

    В открытых источниках вопрос о безопасности компримированного топлива практически не обсуждается. 

    Скудность информационных источников на эту тему говорит о том, что пока никто не осознает серьезность проблемы.

    Основная задача — контроль над состоянием газомоторного оборудования на всех стадиях жизненного цикла

Метан, будучи природным газом, является одним из самых дешевых видов топлива. Кроме его осушения, не требуется никаких манипуляций, для того чтобы он мог быть использован в промышленности и транспорте. Это фактически готовый продукт, который напрямую из скважины можно закачивать в топливные баллоны, установленные на автомобилях. Если сравнивать природный газ с нефтью, которая проходит несколько циклов глубокого передела, очевидны все его экономические преимущества. Пропан — еще один вид газомоторного топлива. В отличие от метана, он также является продуктом нефтедобычи. Его получают при утилизации ПНГ, что, как правило, является достаточно дорогостоящим мероприятием.

Единственное техническое преимущество пропана перед метаном — это способность перехода в жидкое состояние при обычной температуре. Метан переходит в жидкое состояние только при охлаждении до -162 °C. В промышленности и транспортной сфере используется не сжиженный, а компримированный метан, закачанный под давлением 200-250 атмосфер в металлические, металлопластиковые или композитные баллоны.

С учетом того, что метан легче воздуха и при небольших утечках рассеивается в окружающей среде, основные риски в метановой газомоторной отрасли — относятся к качеству самих автомобильных баллонов и организации надлежащего контроля при их эксплуатации на всех стадиях жизненного цикла.

     А существует ли проблема?

     На самом деле риски, связанные с газомоторным топливом, не надо преувеличивать, но и недооценивать тоже не стоит.

    Баллон с компримированным газом, закачанным под давлением в 200-250 атмосфер, является фактически опасным производственным объектом. Поэтому их производители и организации, осуществляющие монтаж, попадают в сферу интересов Ростехнадзора в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 03-576-03), а также ряда других отраслевых документов. И хотя требования по регистрации баллонов в Ростехнадзоре и в Государственном реестре опасных производственных объектов существуют, это уже говорит о существенных рисках.

Подтверждается этот тезис и взрывами метановых баллонов на автотраспорте, имевших место в России. Один из нашумевших случаев — инцидент в Москве, произошедший в мае текущего года. Он имел даже политическую окраску, поскольку взрыв произошел в День Победы, и на начальной стадии разрабатывалась даже такая версия, как теракт. Лишь по счастливой случайности при этом никто не пострадал. Однако ситуация может серьезно ухудшится в связи с ростом числа автомобильного транспорта, работающего на газомоторном топливе.

    Отметим, что по данным 2012 года на пропане в России ездило 1,4 млн автомобилей, в то время как на метане — только 86 тысяч. Потенциал отечественного рынка можно оценить, исходя из мировых тенденций. В последние годы мировой парк метановых автомобилей ежегодно увеличивался приблизительно на 20 %. Их серийное производство осуществляют ведущие автомобильные корпорации: Мercedes, BMW, Volvo, FIAT, Volkswagen, Ford, Honda, Opel, Renault (стратегический партнер ОАО «АВТОВАЗ») и другие автопроизводители. Сегодня в Аргентине около 2 млн метановых автомобилей. Около 2 млн транспортных единиц на компримированном газе эксплуатируются в странах-членах Азиатско-Тихоокеанской газомоторной ассоциации (Австралия, Индия, Китай, Корея, Новая Зеландия, Пакистан, Таиланд и Япония).

    С учетом государственной политики в России и основных трендов в нефтегазовом секторе мы очень скором выйдем на этот уровень. Председатель Правительства РФ Дмитрий Медведев, подписав в мае текущего года распоряжение Правительства РФ №767-р, ускорил перевод государственного и муниципального транспорта на компримированный газ. Сельскохозяйственные и промышленные предприятия за счет установки газомоторного оборудования на устаревший автопарк элементарным образом решают проблему обеспечения экологического стандарта «Евро-4». С учетом падения спроса на европейском рынке на российский газ отечественный рынок и газомоторная тематика стали интересными и для ОАО «Газпром», тем более что по некоторым оценкам емкость российского рынка компримированного газа составляет около 70 млрд м3.

    Активную политику по газомоторной тематике реализуют и в Республике Татарстан. Муниципалитет г. Набережные Челны принял программу по переводу на компримированный газ всего общественного транспорта.

     Отечественные автомобильные гиганты — «КАМАЗ» и «АВТОВАЗ» заявили о том, что готовят к производству автомобили, работающие на метане.

Все это ведет к тому, что тема становится интересной бизнесу, и, как это часто бывает, любой рынок на стадии формирования становится диким. Отсутствие системы регулирования и контроля и единого контролирующего органа может привести к появлению на дорогах России сотен тысяч, миллионов бомб на колесах. Отечественные и импортные контрафактные баллоны станут минами замедленного действия. Кроме самого контрафакта, прогнозируется и возможность ненадлежащей эксплуатации, просрочки периодов переосвидетельствования баллонов.

    Еще раз напомним, что в России нет единой системы контроля и надзора над эксплуатацией газомоторного оборудования и баллонов. Есть некоторые отдельные, несвязанные между собой элементы. В частности, надзорные органы контролируют производство баллонов и хозяйственных субъектов, осуществляющих монтаж газомоторного оборудования на транспорт, при этом не контролируется, что импортируется из-за границы. Кроме того, ни организации, занимающиеся техническим осмотром автотранспортных средств, ни страховщики, ни автозаправочная инфраструктура, ни государственные надзорные органы не владеют информацией, где и как эксплуатируется то или иное газомоторное оборудование.

    С учетом того, что газомоторная тематика — это инициатива государства, важно не допустить дискредитацию власти. Взрыв или иной инцидент вполне могут привести к этому. Причем российские законопослушные и ответственные производители баллонов и газомоторного оборудования оказываются заложниками ненадлежащей эксплуатации их продукции, потому что в случае аварии или инцидента ответственность придется нести им. Мы видим, что есть определенные проблемы, но их решение тоже существует.

     Международный опыт и предложения

    Нет никакой необходимости изобретать велосипед. Есть страны с развитой метановой отраслью и с соответствующей практикой. Необходимо элементарно адаптировать ее к российской действительности и создать единую электронную базу, где будет фиксироваться все, что происходит с газомоторным оборудованием, начиная от производства (или ввоза в страну) и заканчивая периодическим техническим осмотром и испытаниями.

     Интересен опыт Аргентины, где эксплуатируется около 2 млн автомобилей, работающих на метане, и где не было ни одного взрыва автомобильных баллонов в течение последних девяти лет. Именно в такой период в стране действует программа по созданию единого реестра газобаллонного оборудования, эксплуатируемого в транспортном секторе.

    Существующая система контроля полностью справляется с задачей безопасной эксплуатации миллионов баллонов. Весь жизненный цикл каждого баллона надежно контролируется и находится в рамках установленных правил.

     Система организации контроля выглядит следующим образом:

— основу составляет Единая национальная организация по контролю за газом, содержащая Центральную электронную базу данных по всем контролируемым объектам;

— все метановые баллоны, как производимые внутри страны, так и импортируемые извне, в обязательном порядке ставятся на учет в центральную базу по единой форме;

— сервисные компании, осуществляющие монтаж баллонов и газобаллонное оборудование на транспортные средства, вносят данные об установке этого оборудования в центральную базу;

— все транспортные средства помечаются сервисными компаниями голографической наклейкой на переднем стекле, свидетельствующей об исправности газобаллонного оборудования.

— владелец транспортного средства обязан проходить ежегодный техосмотр газобаллонного оборудования и наклеивать новое свидетельство (на лобовое стекло). Автозаправочные станции не имеют права заправлять автомобиль без такого свидетельства;

— при наступлении предусмотренного срока переосвидетельствования баллоны демонтируются и проходят процедуру проверки по единому регламенту в сертифицированных мастерских. Информация о результатах проверки — электронный отчет — направляется в Центральную электронную базу данных.

    Этот опыт за девять лет продемонстрировал свою эффективность, логичность и простоту, и для его внедрения в России не требуется серьезных затрат и интеллектуальных усилий. Необходимо определить единый исполнительный орган в лице государственной структуры или структурной единицы ОАО «Газпром».      Далее необходимо создать единую электронную систему учета всех производимых в стране и экспортируемых метановых баллонов. 

   Эта достаточно понятная и зарекомендовавшая система позволит решить комплекс проблем, связанных с безопасностью эксплуатации газобаллонного оборудования в России при реализации государственных инициатив.


Как перевести автомобиль на газ: какое оборудование нужно и как правильно всё оформить

Как установить ГБО и оформить его установку

Проще всего, конечно, сразу купить машину, оснащённую газо­балонным оборудо­ванием. Например, сейчас АвтоВАЗ предлагает Весту и грузовой Ларгус, работающие на бензине и метане. Другие модели придётся дооснащать ГБО самостоятельно.

Газ — вещь огнеопасная, поэтому само­стоятельная установка ГБО запрещена. А поскольку газ в качестве топлива для бензино­вого двигателя или турбо­дизеля не предусмотрен кон­структивно, то и монтаж соответ­ствующего оборудо­вания считается вмешатель­ством в заводскую конструкцию машины. Возмож­ность такого вмешатель­ства нужно согласовывать с техниче­скими специалистами перед началом работ.

Процедура оформления ГБО во многом напоминает процедуру замены мотора — о ней мы писали в отдельной статье. Сначала автовладельцу нужно направить заявку в организацию, получившую аккреди­тацию на техническую экспертную деятель­ность — они есть в списке Национальной системы аккредитации. К заявке нужно приложить копии ПТС, СТС, паспорта владельца, сведения о выбранном ГБО, прежде всего серти­фикаты соответ­ствия. Их копии обязан выдать продавец оборудо­вания. Проверить, действительны ли они, можно на сайте Федеральной службы аккредитации. Все эти документы разрешено отправить заказным письмом по почте.

Эксперты рассмотрят заявку в течение нескольких дней, затем организация выдаст заключение о предвари­тельной технической экспертизе кон­струкции ТС. Его пришлют по почте. Если это заключение будет положи­тельным, можно подавать через Госуслуги заявление в МРЭО, чтобы получить разрешение на установку ГБО. Тут к документам на машину нужно приложить ещё и копию заключения.

ГИБДД выдаст разрешение, с которым можно обращаться в сервис. Тут, как и в случае с заменой мотора, подойдёт не любой техцентр. Установки ГБО вправе проводить только специ­алисты, которые получили аттестацию на выпол­нение работ с газовым оборудо­ванием. Подтвержде­нием этого служит серти­фикат, выдаваемый сервису.

После установки ГБО владельцу машины, согласно ГОСТу 31972-2013, должны выдать пакет документов:

  • Декларацию обо всех проведённых работах, оформ­ленную юрлицом или ИП авто­сервиса. В ней обязательно должна быть указана новая снаряжённая масса машины.

  • Копию сертификата соответствия на ГБО, подтверж­дения возмож­ности установить его на данный тип транс­портного средства, а также приложение о составе комплекта оборудования.

  • Два экземпляра заверенного свидетель­ства о соответ­ствии пере­оборудо­ванного автомобиля требованиям безопасности.

  • Два экземпляра свидетель­ства о проведении периоди­ческих испытаний ГБО, которое стоит на машине.

Со всеми этими документами нужно отправиться на пункт техосмотра. Машина туда едет на эвакуаторе, поскольку своим ходом ей это делать запрещено — ведь её реальное техническое состояние не соответ­ствует заявлен­ному в регистраци­онных документах! На пункте ТО машину осмотрят и выдадут диагно­стическую карту. В ней оператор обязательно должен сделать пометку, что машина оборудована газобалонной техникой.

Теперь, несмотря на все копии подтвер­ждающих сертификатов, нужно получить окончатель­ное заключение технических экспертов. Для этого владелец направляет заявление в ту же экспертную организацию, что выдавало предвари­тельное одобрение на установку ГБО. К нему нужно приложить все документы, полученные в процессе оформ­ления установки, а также предоставить машину для осмотра.

Организация выдаёт финальное заключение. Приложив его ко всем остальным бумагам, можно подавать заявление в ГИБДД на коррекцию данных ТС, связанных с изменением конструкции, — для этого есть отдельная вкладка на Госуслугах. И лишь после того, как на руках авто­владельца будет «Свидетель­ство о внесении изменений в конструкцию», настанет время финального шага — коррекции данных в ПТС и пере­регистрации машины. Для этого нужно будет снова посетить МРЭО ГИБДД.

Только после этого можно начинать эксплуатировать машину с ГБО на законных основаниях. О том, как правильно это делать, мы расскажем во второй части этого материала.

Метановая бомба или разгадка тайны века? Газовые фонтаны у российских берегов вскрыли истинную причину глобального потепления | Экология

Учёные привезли из очередной экспедиции с Северного Ледовитого океана устрашающие фото и видео взрывоопасного газа, вырывающегося на поверхность. Теперь в мировой науке идёт спор: этот газ высвобождается из-за изменения климата или ВЫЗЫВАЕТ его?

Это сфотографировали во время научной экспедиции в Восточную Арктику на судне «Академик Келдыш». Вода кажется закипающей из-за метана, который поднимается с морского дна. Такое явление называется сипом. Глава экспедиции известный океанолог Игорь Семилетов рассказал, что за 45 лет своих исследований вместе с коллегами нашёл в Арктике несколько тысяч таких газовых фонтанов. Журналист Сергей Никифоров (он тоже был на борту) описал один из них как пятно изумрудного цвета на поверхности воды с нитями пузырьков.

В этом году «Академик Келдыш» побывал в море Лаптевых и там тоже нашёл в воде облака пузырьков. Как пишет The Guardian, концентрация метана над ними в четыре-восемь раз выше «ожидаемого уровня». По словам Игоря Семилетова, на дне в местах сипов есть газовые кратеры.

Кратеры выглядят как дыры в мерзлоте. Наши комплексные исследования показали: морские кратеры, которые в диаметре достигают 30 метров, образованы в результате массивных выбросов пузырькового метана. По нашим оценкам, до сотен килограммов с квадратного метра в сутки выделяется с этими мощными сипами

Игорь Семилетов

Руководитель экспедиции, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией арктических исследований Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичёва ДВО РАН

По данным команды исследователей под руководством Семилетова, несколько лет назад учёные прибыли в Якутию, побывали на острове Муостах, полуострове Быковский. Там в начале 1980-х пробурили несколько скважин, чтобы оценить глубину вечной (правильнее сказать, многолетней) мерзлоты. Так вот, повторное бурение показало, что за прошедшие три десятка лет мерзлота в этих местах оттаяла примерно на пять с лишним метров вглубь. Говоря более научным языком, «кровля» мерзлоты опустилась на пять метров.

Член-корреспондент РАН, профессор Томского политехнического университета Игорь Семилетов. Фото © Томский политехнический университет

Учёные выразили опасения, что эта «кровля» местами уже достигла той глубины, на которой находятся залежи газогидратов — соединений газа и воды. При нагревании они, соответственно, разъединяются. Это значит, что метан, который копился в арктических осадочных породах миллионы лет, начинает высвобождаться. А ведь по своей «парниковости» он примерно в 30 раз хуже углекислого газа.

Сколько метана хранится в Арктике в том или ином виде, точно никто не знает. Однако в Институте океанологии РАН считают, что речь идёт примерно о триллионе или полутора триллионах тонн. Для сравнения: сейчас в атмосфере около пяти миллиардов тонн. По подсчётам Семилетова, в российском арктическом шельфе уже сейчас ежегодно выбрасывается в воздух в четыре раза больше метана, чем выделяет весь остальной Мировой океан. Впрочем, не всё российское научное сообщество согласно с этими оценками. Исследующий Арктику много лет заместитель директора Института проблем нефти и газа Василий Богоявленский уверен, что они очень сильно преувеличены и не согласуются с данными космических наблюдений.

В этом году вышла очередная статья, её подготовили более 90 авторов, они оценивают весь вклад арктической зоны [в уровень годовых выбросов метана] примерно в четыре процента. Они базируются на данных космических спутников, это очень серьёзно, в космосе летает целый ряд аппаратов разных стран, они ведут космосъёмку, спектральная обработка которой позволяет оценить уровни выбросов различных газов. И главный источник выбросов — это, как ни парадоксально, сельское хозяйство и животноводство, а отнюдь не сипы

Василий Богоявленский

Заместитель директора Института проблем нефти и газа РАН, член-корреспондент РАН

Данные Семилетова и его коллег интересны, но их выводы основаны на точечных замерах, оценивать по ним общую концентрацию метана во всей Арктике некорректно, подчеркнул Богоявленский.

Если прямо к объекту дегазации приблизиться, то здесь может и зашкаливать. Откройте газовую горелку и над ней сделайте замер — у вас на несколько процентов, а может, и на несколько десятков процентов концентрация вырастет, то есть в принципе может образоваться взрывная смесь. А теперь давайте обобщим это на всю Москву — это корректно?

Василий Богоявленский

Заместитель директора Института проблем нефти и газа РАН, член-корреспондент РАН

Кроме того, учёный считает, что на самом деле причиной многих выбросов метана является не глобальное потепление, а изменения в недрах Земли, которые идут с незапамятных времён.

Эта зона, куда идёт ежегодное паломничество всех экспедиций, расположена точно над системой лаптевоморских рифтов, сочленяющихся с разломами хребта Гаккеля, и газ — это прописная истина — стремится по разломам выходить в воду и атмосферу

Василий Богоявленский

Заместитель директора Института проблем нефти и газа РАН, член-корреспондент РАН

Исследователь поведал, что сипы ранее находили также в Баренцевом и Норвежском морях, где уже несколько десятилетий работают зарубежные специалисты.

Полно сипов, абсолютно подобных, как и в море Лаптевых, наблюдается в норвежских акваториях, в Чёрном и Охотском морях. На озере Байкал сипы газа наблюдаются и исследуются с середины ХIХ века. При этом нет никакой истерии, что это меняет климат и так далее

Василий Богоявленский

Заместитель директора Института проблем нефти и газа РАН, член-корреспондент РАН

Вместе с тем учёный согласен, что газа в Арктике накоплено действительно очень много и время от времени он разными способами рвётся на поверхность. Один из самых ярких примеров — знаменитый Ямальский кратер. Василий Богоявленский подчеркнул, что с самого начала, то есть с момента обнаружения огромного провала в 2014 году, был убеждён, что это след не от падения на Землю небесного тела, а от выброса газа из подземных льдов.

Фото © РАН / В.И. Богоявленский

С тех пор возглавляемая Василием Богоявленским группа исследователей нашла на Русском Севере порядка двух десятков подобных кратеров. А небольшие отверстия — по-английски «покмарки» — на дне морей и озёр, можно сказать, не поддаются счёту. Только на одном Ямале насчитали более полутора тысяч озёр, и дно каждого из них усеяно десятками или даже сотнями кратеров.

Мы видим очень высокую газонасыщенность придонных отложений, первые сотни метров от дна. Вплоть до того, что каждые 20 километров в среднем встречаются небольшие залежи свободного газа, не газогидратов. То есть таких залежей в океане тысячи, даже многие сотни тысяч

Василий Богоявленский

Заместитель директора Института проблем нефти и газа РАН, член-корреспондент РАН

Эти залежи довольно интересны с точки зрения добычи, отметил учёный, объёмы запасов в них исчисляются миллиардами и даже десятками миллиардов кубометров. Впрочем, для «избалованных» российских промышленников это мелочь — они привыкли к месторождениям гораздо более внушительным. К тому же многие сравнительно небольшие запасы расположены весьма далеко от берегов, разрабатывать их было бы не так просто. Может быть, оно и к лучшему.

Залежи газа в придонных отложениях представляют достаточно серьёзную угрозу при бурении скважин, и в ряде случаев происходили катастрофические выбросы газа во время бурения, неоднократно были возгорания и гибли люди

Василий Богоявленский

Заместитель директора Института проблем нефти и газа РАН, член-корреспондент РАН

Исследователь напомнил о печально известном событии в Мексиканском заливе: в 2010 году там взорвалась нефтедобывающая платформа Deepwater Horizon, погибло 11 человек, произошёл ошеломляющий разлив нефти — более 700 тысяч тонн, пятно на 75 тысяч квадратных километров. Удалось убрать всего 20% загрязнения. Это была одна из крупнейших техногенных катастроф в мировой истории нефтедобычи. И произошла она, как выяснилось, из-за того, что в систему вентиляции на платформе попал газ.

Газ просочился, произошёл объёмный взрыв и, по сути, порвал эту платформу. Газ шёл по скважине, были ошибки в её обустройстве. В итоге компания BP полтора года назад потратила более 65 миллиардов долларов на штрафные выплаты и ликвидацию последствий. Это больше стоимости «Газпрома» и «Роснефти». Ошибка с одной скважиной способна подорвать экономику всей страны

Василий Богоявленский

Заместитель директора Института проблем нефти и газа РАН, член-корреспондент РАН

По мнению учёного, есть и ещё одна причина считать подземный метан потенциальной бомбой, и причина эта — огненные стены и столбы над Чёрным морем во время землетрясения 1927 года. Позже выяснилось, что тогда из-за сдвига земной коры в воздух с морского дна стремительно вырывался и воспламенялся газ.

Стены огня были до трёх-четырёх километров по горизонтали и 500 метров в высоту. Здесь можно дискутировать: это газогидраты или свободный газ? Я уверен, что это свободный газ

Василий Богоявленский

Заместитель директора Института проблем нефти и газа РАН, член-корреспондент РАН

Леопольд Лобковский, в свою очередь, не исключает, что в метановых залежах Арктики кроется разгадка тайны века — истинная причина глобального потепления. Как рассказал учёный, исторические данные говорят о том, что в XX веке в Арктике было два особенно резких скачка температуры — первый начался в 1920 году, а второй в 1980-м.

Фото © Институт океанологии имени П.П. Ширшова РАН

Океанолога особенно интересует 1980-й. Он подозревает, что тут дело не только, а может быть, и не столько в человеческой деятельности.

Что это за точка? По моей гипотезе, это связано с катастрофами сейсмическими. Сильнейшие землетрясения были в Алеутской дуге, которая обрамляет Арктику. И они дают такие ударные волны, которые идут в сторону Арктики. Эти землетрясения были примерно в середине прошлого века, и за 20 лет вот эта волна возмущения от Алеутской дуги дошла до шельфа и до арктической зоны, и это могло сработать как некий спусковой крючок

Леопольд Лобковский

Руководитель Геологического направления Института океанологии имени П.П. Ширшова, доктор физико-математических наук, академик РАН

Очаги сильнейших землетрясений в Алеутской зоне субдукции в Тихом океане во второй половине XX в. и направление распространения тектонического возмущения в Арктику. Красным цветом выделены очаги землетрясений. Фото © Институт океанологии имени П.П. Ширшова РАН

Во всяком случае, то, что разложение газогидратов и выбросы метана в океане вызваны глобальным потеплением, пока ещё никем не доказанный факт, добавил Василий Богоявленский. По его данным, какого-либо серьёзного прогрева дна Северного Ледовитого океана на сегодняшний день не наблюдают, в глубоководных зонах оно по-прежнему сковано морозом. Так что это очень интересный вопрос, где тут причина, а где следствие.

Молекула метана

Простейший углеводород, метан представляет собой газ с химической формулой Ch5.

Для просмотра молекулы метана в 3D —>>в 3D с Jmol

Химические и физические свойства метана

Атом углерода, находящийся в центре молекулы метана, имеет 4 валентных электрона, и поэтому для завершения его октета требуется еще 4 электрона от четырех атомов водорода.Атомы водорода имеют валентный угол 109 градусов, что придает молекуле тетраэдрическую геометрию.

Основным компонентом природного газа является метан. При сгорании одной молекулы метана в присутствии кислорода выделяется одна молекула CO2[двуокись углерода] и две молекулы h3O (вода):

Ch5 + 2O2 —> CO2 + 2h3O
Прочность ковалентной связи углерод-водород в молекуле метана одна из самых прочных среди всех углеводородов, поэтому его использование в качестве химического сырья ограничено.Поиск того, что может способствовать активации связи С-Н в метане и других низших алканах, является областью исследований, имеющей большое промышленное значение.

Чистый метан не имеет запаха, но при использовании в качестве топлива его обычно смешивают с небольшими количествами сильно пахнущих соединений серы, таких как этилмеркаптан, для обнаружения утечек. Метан является парниковым газом с потенциалом глобального потепления 22 (это означает, что его способность нагревать в 22 раза больше, чем у углекислого газа).Метан образуется в результате разложения некоторых органических веществ в отсутствие кислорода. Поэтому он также классифицируется как биогаз.

По оценкам Геологической службы США, в Соединенных Штатах имеется 320 000 триллионов кубических футов газогидратов, что примерно в 200 раз превышает обычные ресурсы и запасы природного газа в стране. Если бы только 1 процент ресурсов гидрата метана мог быть восстановлен, Соединенные Штаты могли бы более чем удвоить свою внутреннюю базу ресурсов природного газа. Основными источниками метара являются: разложение органических отходов; природные источники (болота): 23 % добыча ископаемого топлива : 20 % добыча метана из угольных пластов процессы пищеварения животных (крупный рогатый скот) : 17 % бактерии, обнаруженные на рисовых плантациях : 12 % биомасса анаэробное нагревание или сжигание 80 % мировых выбросов имеют человеческий источник.Они поступают в основном в результате сельскохозяйственной и другой деятельности человека. За последние 200 лет концентрация этого газа в атмосфере увеличилась вдвое, с 0,8 до 1,7 промилле.

Метан как топливо

Метан важен для производства электроэнергии, поскольку он сжигается в качестве топлива в газовой турбине или парогенераторе. По сравнению с другими углеводородными видами топлива при сжигании метана образуется меньше углекислого газа на каждую единицу выделяемого тепла. Приблизительно 891 кДж/моль теплота сгорания метана ниже, чем у любого другого углеводорода, но отношение теплоты сгорания (891 кДж/моль) к молекулярной массе (16.0 г/моль, из которых 12,0 г/моль приходится на углерод) показывает, что метан, будучи простейшим углеводородом, выделяет больше тепла на единицу массы (55,7 кДж/г), чем другие сложные углеводороды. Во многих городах метан подается в дома для отопления и приготовления пищи. В этом контексте его обычно называют природным газом, который, как считается, имеет энергоемкость 39 мегаджоулей на кубический метр или 1000 БТЕ на стандартный кубический фут.

Метан в виде сжатого природного газа используется в качестве автомобильного топлива и считается более экологически безопасным, чем другие ископаемые виды топлива, такие как бензин/бензин и дизельное топливо.Проведены исследования адсорбционных методов хранения метана для использования в качестве автомобильного топлива.
Сжиженный природный газ (СПГ) — это природный газ (преимущественно метан, группа 5), который был преобразован в жидкую форму для облегчения хранения или транспортировки.

Сжиженный природный газ занимает около 1/600 объема природного газа в газообразном состоянии. Он не имеет запаха, бесцветен, нетоксичен и не вызывает коррозии. Опасности включают воспламеняемость после испарения в газообразное состояние, замерзание и удушье.

Процесс сжижения включает удаление определенных компонентов, таких как пыль, кислые газы, гелий, вода и тяжелые углеводороды, которые могут вызвать затруднения на последующих этапах. Затем природный газ конденсируется в жидкость при давлении, близком к атмосферному (максимальное транспортное давление составляет около 25 кПа или 3,6 фунта на квадратный дюйм), путем охлаждения его примерно до -162 ° C (-260 ° F).

СПГ обеспечивает более высокое уменьшение объема, чем сжатый природный газ (СПГ), поэтому плотность энергии СПГ равна 2.в 4 раза больше, чем у СПГ или на 60% больше, чем у дизельного топлива. Это делает экономичной транспортировку СПГ на большие расстояния, где нет трубопроводов. Для его транспортировки используются специально сконструированные криогенные морские суда (газовозы) или криогенные автоцистерны.

СПГ, если он не подвергается глубокой очистке для специального использования, в основном используется для транспортировки природного газа на рынки, где он регазифицируется и распределяется как трубопроводный природный газ. Его также начинают использовать в дорожных транспортных средствах, работающих на СПГ.Например, грузовые автомобили, находящиеся в коммерческой эксплуатации, достигают периода окупаемости примерно в четыре года за счет более высоких первоначальных инвестиций, необходимых для оборудования СПГ на грузовиках и инфраструктуры СПГ для поддержки заправки. Тем не менее, по-прежнему более распространена конструкция транспортных средств, работающих на сжатом природном газе. По состоянию на 2002 год относительно более высокая стоимость производства СПГ и необходимость хранить СПГ в более дорогих криогенных резервуарах замедлили его широкое коммерческое использование.

Мощность на газ

Power to gas — это технология преобразования электроэнергии в газовое топливо.Этот метод используется для преобразования углекислого газа и воды в метан (см. природный газ) с использованием электролиза и реакции Сабатье. [Требуется уточнение] Избыточная мощность или непиковая мощность, генерируемая ветряными генераторами или солнечными батареями, теоретически может использоваться для балансировки нагрузки. в энергосистеме.[нужна цитата]

Ракетное топливо на жидком метане

Жидкий метан в высокоочищенной форме используется в качестве ракетного топлива.

Несмотря на то, что исследования использования метана ведутся уже несколько десятилетий, в орбитальных космических полетах еще не использовались серийные метановые двигатели.Это меняется, и недавно жидкий метан был выбран для активной разработки различных двухкомпонентных ракетных двигателей.

С 1990-х годов в ряде российских ракет предлагалось использовать жидкий метан. Одним из российских двигателей, предложенных в 1990-х годах, был РД-192, вариант РД-191, работающий на метане и жидком кислороде.

В 2005 году американские компании Orbitech и XCOR Aerospace разработали демонстрационный ракетный двигатель на жидком кислороде/жидком метане, а в 2007 году более крупный двигатель с тягой 7500 фунтов силы (33 кН) для потенциального использования в качестве возвращаемого на Луну двигателя CEV, до Позже программа CEV была отменена.

Совсем недавно американская частная космическая компания SpaceX объявила в 2012 году об инициативе по разработке ракетных двигателей на жидком метане, в том числе, первоначально, очень большого ракетного двигателя Raptor. Raptor проектируется для создания тяги в 4,4 меганьютона (1 000 000 фунтов силы) с удельным импульсом вакуума (Isp) 363 секунды и Isp на уровне моря 321 секундой, и ожидается, что испытания на уровне компонентов начнутся в 2014 году. В феврале 2014 года. Выяснилось, что конструкция двигателя Raptor относится к высокоэффективному и теоретически более надежному полнопоточному ступенчатому циклу сгорания, в котором оба потока топлива — окислитель и топливо — будут полностью находиться в газовой фазе, прежде чем они попадут в камеру сгорания.До 2014 года только два полнопоточных ракетных двигателя когда-либо были достаточно развиты для испытаний на испытательных стендах, но ни один из двигателей не завершил разработку и не летал на летательных аппаратах.

В октябре 2013 года Китайская корпорация аэрокосмической науки и техники, государственный подрядчик китайской космической программы, объявила о завершении первого испытания зажигания нового метанового ракетного двигателя LOX. Объем двигателя не указан.

В сентябре 2014 года другая американская частная космическая компания — Blue Origin — публично объявила о том, что они уже третий год работают над большим метановым ракетным двигателем.Новый двигатель Blue Engine 4 или BE-4 был разработан для создания тяги в 2400 килоньютонов (550 000 фунтов силы). Первоначально планировалось использовать его исключительно на собственной ракете-носителе Blue Origin, но теперь он будет использоваться на новом двигателе United Launch Alliance (ULA) на новой ракете-носителе, которая является преемником Atlas V. В 2014 году ULA указала, что они совершит первый полет новая ракета-носитель не ранее 2019 года.

в изобилии встречается во многих частях Солнечной системы, и его потенциально можно собирать на поверхности другого тела Солнечной системы (в частности, используя производство метана из местных материалов, найденных на Марсе или Титане), обеспечивая топливо для обратного пути.

К 2013 году в рамках проекта НАСА «Морфеус» был разработан небольшой перезапускаемый метановый ракетный двигатель LOX с тягой 5000 фунтов силы (22 кН) и удельным импульсом 321 секунда, подходящий для применения в космосе, включая посадочные модули. Также были разработаны небольшие метановые двигатели LOX с усилием 5–15 фунтов (22–67 Н), подходящие для использования в системе управления реакцией (RCS).

SpaceNews сообщает в начале 2015 года, что французское космическое агентство CNES работает с правительствами Германии и нескольких других стран и к середине 2015 года предложит двигатель LOX/метан для многоразовой ракеты-носителя, а летные испытания маловероятны до 2026 года.

См. также:

Какова геометрия молекулы метана? Интерактивная деятельность, которая включает в себя апплет jmol метана.

Атмосферный метан

× Эта страница содержит заархивированный контент и больше не обновляется. На момент публикации он представлял собой наилучшую доступную науку.

Метан является важным следовым газом в атмосфере Земли.Несмотря на то, что он составляет всего 0,00017% (1,7 части на миллион по объему) атмосферы, метан удерживает значительное количество тепла, помогая планете оставаться теплой и пригодной для жизни. Количество метана в атмосфере является результатом баланса между образованием на поверхности и разрушением в атмосфере. Метан образуется при разложении органических веществ в среде с низким содержанием кислорода, например, на болотах, рисовых полях или в пищеварительной системе крупного рогатого скота. Он также возникает в результате сжигания (сжигания) углеродсодержащего топлива.

На этих картах показано распределение метана на поверхности (вверху) и в стратосфере (внизу), рассчитанное с помощью компьютерной модели НАСА. Концентрации указаны в частях на миллион по объему. Метан образуется вблизи поверхности и уносится в стратосферу восходящим воздухом в тропиках. Неконтролируемое накопление метана в атмосфере Земли естественным образом сдерживается (хотя влияние человека может нарушить эту естественную регуляцию) реакцией метана с молекулой, известной как гидроксильный радикал, молекула водорода и кислорода, образующаяся при взаимодействии отдельных атомов кислорода с водяным паром. .

В начале истории Земли — около 3,5 миллиардов лет назад — в атмосфере было в 1000 раз больше метана, чем сейчас. Самый ранний метан был выпущен в атмосферу в результате вулканической деятельности. В это время на Земле появилась самая ранняя жизнь. Эти первые, древние бактерии увеличили концентрацию метана, превратив водород и углекислый газ в метан и воду. Кислород не стал основной частью атмосферы, пока фотосинтезирующие организмы не развились позже в истории Земли.Без кислорода метан оставался в атмосфере дольше и в более высоких концентрациях, чем сегодня.

Ученые считают, что одно тело в Солнечной системе — спутник Сатурна Титан — теперь имеет состав атмосферы подобен составу атмосферы ранней Земли, включая несколько процентов газообразного метана. Зонд НАСА/Европейского космического агентства «Гюйгенс», приземлившийся на поверхность Титана 14 января 2005 года, изучал атмосферу спутника во время его спуска. Метан, который существует в виде жидкости и газа в холодном (-179°C) небе Титана, по-видимому, действует на Титан примерно так же, как вода на Земле.Гюйгенс сделал наблюдения, которые, по-видимому, указывают на то, что недавние метановые ливни происходили на Титане, а особенности на поверхности указывают на реки жидкого метана. Дальнейшее изучение Титана Кассини и возможные будущие миссии могут помочь нам понять раннюю историю нашей планеты.

Изображения предоставлены GMAO Chemical Forecasts и GEOS-CHEM Моделирование НЗТ для ICARTT (вверху) и Рэнди Кава, NASA GSFC Отделение химии и динамики атмосферы (внизу)

Жидкий метан – обзор

6.1.4 Плотность адсорбированного метана

В этом разделе удобно обсудить хранение метана из-за важности микропористости, создаваемой химической активацией, а использование методов физической активации представляется гораздо менее перспективным. Интерес к адсорбции метана и водорода вновь открыл область адсорбции газов при сверхкритических температурах (Agarwal and Schwartz, 1988; Clarkson et al. ., 1997; Ming et al. ., 2003). Установленные исследования адсорбции обычно проводят при температурах ниже критических, как для N 2 при 77 К или бензола при 298 К.Здесь предполагается, что адсорбат заполняет микропоры при низких относительных давлениях и что адсорбированные молекулы упакованы как в жидкости, что позволяет определить объем микропор по количеству адсорбированного газа. Однако для хранения метана адсорбцию проводят при комнатной температуре, значительно превышающей критическую температуру (191 К), когда плотность адсорбированной фазы ниже плотности жидкого метана. Эта плотность является функцией не только приложенного давления, но и адсорбционного потенциала пористости, который увеличивается с уменьшением ширины поры.Для хранения метана предусмотрено давление 3,4 МПа, при котором адсорбированное количество не достигло предельного значения. Следовательно, количества, адсорбированные при 3,4 МПа двумя активированными углями с одинаковым объемом микропор, но разным распределением размеров микропор, будут различаться. Оценки плотности метана, адсорбированного в микропорах, и ее связь с распределением пор по размерам описаны ниже.

Первое приближение к экспериментальной плотности адсорбата состоит в том, чтобы рассчитать соотношение между массой адсорбированного метана при 3.4 МПа и объем микропор углерода, поскольку несколько авторов показали взаимосвязь между метаном, адсорбированным при 3,4 МПа, и объемом микропор или площадью поверхности Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ) (Parkyns and Quinn, 1995; MacDonald and Quinn, 1996; Alcañiz-Monge et al. ., 1997; Lozano-Castelló et al. ., 2002). Используя адсорбцию азота при 77 К для последнего, они нашли плотность в диапазоне от 0,13 до 0,16 г см 90 103 -3 90 104 и, следовательно, около значения 0.16 г см 90 103 -3 90 104 при критической температуре. Однако есть некоторые отклонения от этого поведения. Например, когда пористость узкая (как следует из кинетики медленной адсорбции азота при 77 К), углерод может адсорбировать больше метана, чем можно предположить, исходя из объема микропор. Следует отметить, что N 2 (77 К) не заполняет узкую микропористость. Соотношение лучше при использовании объема микропор, полученного при адсорбции CO 2 при 273 К.В других случаях наличие более крупных микропор приводит к адсорбции меньшего количества метана, чем можно было бы ожидать исходя из объема микропор. Эти два случая иллюстрируют важность соответствующего распределения размеров микропор. Теоретические и модельные исследования показали, что максимально возможное значение плотности составляет 0,37 г см -3 , когда ширина пор эквивалентна молекулярному размеру метана (Chen et al ., 1997; Ming et al ., 2003). Это значение очень близко к тому, что соответствует жидкому состоянию, 0.42 г см -3 и быстро уменьшается с увеличением ширины микропоры.

Плотность адсорбированного метана рассчитана для дисков, активированных ZnCl 2 и H 3 PO 4 , а также для углей, полученных газификацией двуокисью углерода (800 °C) некоторых дисков. Таким образом, относительно большое разнообразие углеродных дисков охватывает широкий диапазон распределения размеров микропор, более широкий, чем при попытке приготовления только одним методом активации.

Рисунок 6.11 включает данные по объему адсорбированного метана в сравнении с объемом, полученным в результате адсорбции азота и диоксида углерода. Таким образом, каждый углерод представлен двумя экспериментальными точками, одна из которых соответствует ( V CH 4 ) по сравнению с ( V mi N 2 ), а вторая соответствует ( V CH 4 ). ) против ( V миль CO 2 ). Только в углях, у которых микропористость узкая и равномерная – для которых ( V mi N 2 ) = ( V mi CO 2 ) – обе точки совпадают и отклонение от эталона линия маленькая (опорная линия разделяет две тенденции: точки, относящиеся ( V CH 4 ) к ( V mi CO 2 ), находятся слева, тогда как относящиеся ( V CH 4 ) против ( V mi N 2 ) находятся справа от линии).Различия между точками для данного углерода значительны для большинства атомов углерода (это можно вывести, представив горизонтальную линию, общую ( V CH 4 ), как диапазон значений, регистрируемых ( V mi CO 2 ) маленький, от 0,2 до 0,4 см 3 г −1 , по сравнению с диапазоном для ( V mi N 2 ) 0,2–0,9 см . −1 ). С другой стороны, углероды, имеющие одинаковые ( V mi CO 2 ), адсорбируют разное количество метана (это можно вывести, представив себе вертикальную линию), что указывает на то, что метан адсорбируется не только в узких микропорах, но и также на широких микропорах.Однако адсорбированный метан не удерживается одинаково при обоих типах микропористости, так как угли с очень разной ( V mi N 2 ) могут адсорбировать одинаковое количество метана. Эти результаты еще раз показывают, что распределение микропор по размерам влияет на количество адсорбированного метана и, следовательно, на плотность адсорбированной фазы.

Рисунок 6.11. Соотношение между объемом метана, адсорбированного при 3,4 МПа, и объемом микропор, полученным по адсорбции диоксида углерода (○) и азота (•).Сюжетная линия приведена для справки (Молина-Сабио и Родригес-Рейносо, 2004).

Так как при адсорбции СО 2 обеспечивается объем узких микропор (до 0,7 нм), а при адсорбции N 2 объем общей микропоры (до 2,0 нм), можно оценить плотность адсорбированного метана в каждом диапазоне размеров пор. Масса метана, адсорбированного при данном давлении, представляет собой сумму массы метана в узких микропорах ( V mi CO 2 ) × плотность в узких микропорах) и массы в широких микропорах [( V mi N 2 ) – ( ​​ V mi CO 2 )] × плотность в широких микропорах):

(6.1)mCh5=dn×(VmiCO2)+dw×[(VmiN2)−(VmiCO2)]

Поскольку известны масса метана, адсорбированного при 3,4 МПа, и объемы микропор, обе плотности могут быть рассчитаны графически при большом доступно несколько углеродов с различным распределением размеров микропор. Результаты собраны на рис. 6.12.

Рисунок 6.12. Взаимосвязь между метаном, адсорбированным при 3,4 МПа углеродными дисками из многих источников, и объемом микропор, полученным из адсорбции азота и диоксида углерода.Координата и наклон прямой (y = 0,09x + 0,25) соответствуют плотности метана в узких и широких микропорах соответственно

(Molina-Sabio and Rodríguez-Reinoso, 2004). Copyright © 2004

Есть разброс данных из-за широкого диапазона используемых распределений пор по размерам. Это делает вычисление массы адсорбированного метана по значениям ( V mi N 2 ) и ( V mi CO 2 ) относительно сложно.Экстраполяция прямой на ординату (соответствует углероду, для которого ( V mi N 2 ) = ( V mi CO 2 ) дает «среднее» значение плотности 0,25 г см -3 , но может варьироваться от 0,41 до 0,19 г см -3 . Chen и др. (1997), с использованием Большого конического ансамбля Монте-Карло (GCEMC) молекулярного моделирования адсорбции метана в щелевидных оценочные значения углеродных пор для адсорбированного метана 0.37, 0,27 и 0,20 г см -3 для микропор с размерами, соответствующими 1,2 и 3 молекулярному размеру метана. Эти значения немного выше, чем значения, приведенные выше, потому что они предполагали графитовые слои, более плотные, чем слои активированного угля. В любом случае плотность выше, чем у метана при критической температуре, 0,16 г см 90 103 -3 90 104, что позволяет сделать вывод, что адсорбированное состояние представляет собой своего рода перегретую жидкость, как это было предложено Ozawa et al. (1976), или скопление молекул сжатого газа, как предполагал Дубинин (1960).

На рис. 6.12 показано, что если уголь содержит микропоры, которые обнаруживаются при адсорбции азота, но не двуокиси углерода (широкие микропоры), то метан будет адсорбироваться с плотностью 0,09 г см −3 , как следует из наклона кривой прямая линия. Из-за разброса экспериментальных точек плотность могла достигать 0,15 г см 90 103 -3 90 104 . Чен и др. (1997) получили значения 0,14 и 0,09 г см -3 для пор с 4-м и 5-м молекулярным размером метана.

Приведенные выше данные плотности относятся к метану, адсорбированному при 3,4 МПа. Этот метод был применен к изотермам адсорбции метана при различных давлениях, когда были получены графики, подобные изображенным на рис. 6.12, по одному для каждого выбранного давления. Значения d n Уравнение (6.1) показывает, что плотность адсорбированного метана в узких микропорах быстро увеличивается с давлением примерно до 0,25 г см -3 при 2,5 МПа. Это означает, что максимальная емкость активированного угля только с узкими микропорами достигается при 2.5 МПа. Наличие широких микропор увеличивает адсорбционную способность, но плотность в этих порах значительно ниже и существенно зависит от давления. Плотность метана, адсорбированного в этих широких микропорах при 0,5 МПа, незначительна и линейно возрастает с давлением до значения 0,9 г·см 90 103 -3 90 104 при 3,4 МПа, что намного превышает плотность сжатого метана при этом давлении ( около 0,023 г см -3 ).

Родригес-Рейносо и др. (2003 г.) имеют патент на использование углеродных монолитов для хранения метана.

Будущее использование энергии

 


Курсы Calspace

 Изменение климата · Часть первая
Изменение климата · Часть вторая

      Изменение климата 2 Программа обучения

    1.0 – Ледниковые периоды: введение
2.0 – Открытие ледниковых периодов 90 017 3.0 — Климатические циклы ледникового периода 90 017 4.0 — Климат за последние 1000 лет 90 017 5.0 — Определение прошлого климата
6.0 – Причины тысячелетних изменений 90 017 7.0 — Климат и CO 2 в атмосфере
8.0 — Недавнее глобальное потепление
9.0 — Изменение климата в политической сфере
10.0 — Ссылка на проблему озона

  11.0 Будущее использование энергии
· 11.1 – Попытки угадать будущее
· 11.2 — Будущее использование ископаемого топлива
· 11.3 — Будущее метана
· 11.4 — Будущее закиси азота

    12.0 — Перспективы на будущее

Введение в астрономию
Жизнь во Вселенной

 Глоссарий: Изменение климата
Глоссарий: Астрономия
Глоссарий: Жизнь во Вселенной

 

Будущее метана

Текущие и будущие источники метана

Помимо углекислого газа, большую озабоченность вызывают растущие концентрации метана.Относительная скорость увеличения количества метана за последние несколько десятилетий значительно превысила скорость увеличения количества углекислого газа. Молекула за молекулой, этот газ является гораздо более мощным парниковым газом, чем углекислый газ, хотя и живет в атмосфере гораздо меньше. Метан в настоящее время обеспечивает около 20 процентов парникового эффекта, поэтому дальнейшее развитие его распространенности в атмосфере представляет большой интерес. Нынешняя скорость увеличения (от 1 до 1,5 процента в год) эквивалентна добавлению еще 30-40 процентов CO 2 к нынешнему вводу с точки зрения радиационного эффекта.

Метан частично является результатом выращивания продуктов питания и скотоводства (рис, крупный рогатый скот), образования свалок (разложение органических веществ) и вырубки лесов (сжигание и разложение древесины), а также побочным продуктом углеводородной экономики. Ожидается, что ни один из этих источников не уменьшится в будущем. Напротив, с учетом того, что ежегодно на 100 миллионов человек требуется продовольствие и топливо, следует ожидать увеличения выбросов метана в результате деятельности человека.

Другим источником метана являются естественные выбросы в результате различных процессов, таких как разложение влажного торфа и разложение органического вещества в стоячих водоемах и нагревание морского дна.Для этих источников важны изменения в окружающей среде, вызванные глобальным потеплением. Например, таяние вечной мерзлоты на Аляске и в Сибири может существенно повлиять на баланс метана, так как ранее недоступное органическое вещество может разлагаться после таяния во влажной среде при недостатке свободного кислорода. Это рецепт производства метана. Мы не знаем, как пойдет глобальное потепление (это зависит от будущих выбросов парниковых газов и всей связанной с этим физики климата), и мы не знаем, как это потепление повлияет на потенциальные источники метана.Следовательно, все оценки будущих выбросов метана из природных источников являются чистыми догадками.

Метан в ледяных кернах


Ледяной керн Восток запись изменений температуры воздуха (относительно текущей средней температуры 55,5°C) и концентрации CH 4 от пузырьков газа во льду. (данные Petit et al., 1999)
Некоторое представление о том, как метан изменяется в атмосфере в ответ на глобальное потепление и похолодание, можно получить из изучения истории климата.Длинные ледяные керны, пробуренные на станции «Восток» в Антарктиде, содержат данные о концентрации атмосферных газов и климате за последние 400 000 лет. Древние концентрации метана и углекислого газа сохранились в пузырьках воздуха, застрявших во льду. Кроме того, оценки прошлых температур могут быть получены на основе соотношения изотопов водорода и кислорода в молекулах льда. Концентрации метана значительно менялись в недавней истории Земли. Корреляция между записями CH 4 и записями температуры в Антарктике поразительна.Это подтверждает идею о том, что метан усилил изменение климата (то есть обеспечил положительную обратную связь). Основные переходы от самых низких к самым высоким значениям метана связаны с каждым переходом температуры от холодного климата (ледниковые периоды или ледниковые условия) к теплому климату (межледниковья). В эти периоды, называемые терминациями, концентрации Ch5 в атмосфере возрастали с 320-350 частей на миллиард по объему до 650-770 частей на миллиард по объему. Почему число CH 4 так быстро выросло во время этих прекращений? Это одно из самых больших неизвестных в исследованиях климата.Вероятными кандидатами являются таяние вечной мерзлоты, рост болот в низких широтах по мере повышения уровня моря и общее увеличение заболоченных земель на континентах. Также не исключено, что потепление океана могло спровоцировать выделение метана с морского дна из-за таяния гидратов метана. (Узнайте больше об исследованиях полярных льдов в публикациях Американского химического общества)

Гидраты метана — крупнейшие неизвестные


Структура молекулы гидрата метана.Он состоит из газообразного метана (CH 4 ), заключенного в приспосабливающую структуру из замороженной воды (H 2 O). Источник Геологической службы США.
Самый большой неизвестный и тот, который имеет наибольшее потенциальное воздействие, — это выброс метана с нагревающегося морского дна. Считается, что количество метана на морском дне превышает количество всех углеводородных газов, хранящихся в резервуарах на суше. На самом деле было заявлено, что ледяные кристаллы с примесью метана на морском дне хранят больше энергии, чем все мировые запасы ископаемого топлива вместе взятые (Erwin Suess, Scientific American, ноябрь 1999 г.).Ледяное хранилище находится внутри соединения, называемого клатратом метана, также называемым гидратом метана (дополнительную информацию о гидратах газа см. в глоссарии). Гидраты метана образуются в зловонной грязи на глубине нескольких сотен метров в воде с температурой, близкой к температуре замерзания, ниже высокопродуктивных регионов в океанах. Они неустойчивы при нагревании или разгерметизации и быстро начинают разрушаться при подъеме со дна моря. Значение гидратов метана стало очевидным только в последние двадцать лет или около того.Их изобилие предполагает, что они могут быть новым неиспользованным источником природного газа. Природный газ относительно безопасен с точки зрения образования загрязняющих веществ, поскольку метан состоит только из одного атома углерода и четырех атомов водорода, и при его сжигании образуется больше воды, чем углекислого газа.

(A) Гидраты метана выглядят как белый лед (B) Заключенные молекулы метана легко воспламеняются и при воспламенении образуют горящий лед (Изображения из Геологической службы США.)
Гидраты метана также представляют собой потенциальный источник нестабильности климата.По мере того, как потепление распространяется вниз по океану, достигая более глубоких слоев воды, часть метанового льда достигает пределов стабильности и распадается, высвобождая газообразный метан. Часть этого газа улетучивается в воздух, усиливая парниковый эффект. Выделение метана при нагревании метанового льда, по-видимому, может быть внезапным и, возможно, катастрофическим. Например, огромный подводный оползень у берегов Норвегии был датирован 8000 лет назад. Считается, что это было вызвано потеплением морских глубин и связанным с этим выбросом метана из метанового льда.Мы полагаем, что связанные с этим паводковые волны на берегах Норвегии и Гренландии были бы очень большими. Такие волны, по-видимому, могут способствовать удалению шельфового льда, что может вызвать дополнительные отклики в ледяных потоках, подкрепленных таким шельфовым льдом. Узнайте больше о газогидратах в информационном бюллетене Геологической службы США: Программа прибрежной и морской геологии Геологической службы США
 

Почему мы сравниваем метан с углекислым газом на протяжении 100 лет? Не недооцениваем ли мы важность выбросов метана?

Этот парниковый газ недолговечен, но имеет гораздо больший потенциал улавливания тепла, чем CO 2 .Чем больше мы обеспокоены глобальным потеплением в ближайшие 10 или 20 лет, тем больше внимания мы должны уделять сокращению выбросов метана.

 

28 июня 2021 г.

Метан — это бесцветный газ без запаха, который образуется как в природе (например, в заболоченных местах, когда растения разлагаются под водой), так и в промышленности (например, природный газ в основном состоит из метана). Он считается вторым по важности парниковым газом после углекислого газа (CO 2 ).Однако метана в атмосфере примерно в 200 раз меньше, и он сохраняется там в среднем всего около десяти лет, тогда как CO 2 может существовать веками. Иными словами, метан быстро наносит ущерб, но вскоре исчезает, в то время как CO 2 улавливает меньшее количество тепла последовательно, десятилетие за десятилетием.
 
Джессика Транчик, доцент Массачусетского технологического института в Институте данных, систем и общества, говорит, что это взаимодействие различных факторов затрудняет прямое сравнение этих двух газов.Ученые-климатологи часто думают об этом так: сколько именно тонн CO 2 потребуется, чтобы нагреть Землю так же сильно, как одна тонна метана?

Проблема в том, что ответ меняется в зависимости от того, как далеко в будущее вы смотрите. Допустим, сегодня завод выбрасывает в атмосферу тонну метана и тонну CO 2 . Метан сразу же начинает улавливать много тепла — как минимум в 100 раз больше, чем CO 2 . Но метан начинает распадаться и относительно быстро покидать атмосферу.По мере того, как проходит больше времени, и по мере того, как больше этой первоначальной тонны метана исчезает, устойчивый согревающий эффект CO 2 постепенно сокращает разрыв. За 20 лет метан будет улавливать примерно в 80 раз больше тепла, чем CO 2 . За 100 лет эта первоначальная тонна метана уловила бы примерно в 25 раз больше тепла, чем тонна CO 2 .

Транчик говорит, что экологические организации и модели климата, в том числе те, которые используются для крупных исследований или международных соглашений, таких как Парижское соглашение, учитывают воздействие метана на потепление на протяжении ста лет.(Агентство по охране окружающей среды, например, утверждает, что метан в 25 раз мощнее CO 2 , что соответствует 100-летней статистике. 1 ). Почему это число, когда метан гораздо более опасен в краткосрочной перспективе? Отчасти, по словам Транчика, это была «историческая случайность». Десятилетия назад, когда ученые начали решать сложную задачу сравнения различных парниковых газов, большинство климатических прогнозов были рассчитаны на 2100 год — примерно на 100 лет вперед.
 
Но ситуация начала меняться по мере ускорения изменения климата в 21 веке.«Было признано, что мы должны перенести эти цели примерно на 2050 год», — говорит Транчик, который является целевой датой президента Джо Байдена для США, чтобы прекратить увеличивать накопление парниковых газов в атмосфере. Метан, как и CO 2 , быстро увеличивается в атмосфере, и мы знаем, что новый выброс метана нанесет большую часть ущерба в первые несколько десятилетий после его выброса. Транчик говорит, что все больше ученых начинают моделировать эффекты потепления, которые сегодняшние выбросы метана будут иметь в течение следующих 20 или 30 лет, чтобы более точно предсказать, сможет ли человечество избежать превышения целевых показателей, таких как остановка глобального потепления на уровне 1.5 градусов Цельсия.
 
Выбор правильного измерения метана может иметь серьезные политические последствия. Если ученые-климатологи начнут использовать модели, в которых каждая тонна метана рассчитывается как 80 или 100 тонн CO 2 , тогда воздействие новых промышленных проектов на окружающую среду внезапно станет совсем другим. Возьмите энергетические установки, которые сжигают природный газ. Большое количество метана попадает в воздух в различных точках цепочки поставок природного газа. «Если вы оцените степень, в которой природный газ является экологически чистым источником энергии, вы быстро увидите, что выбор показателя, а также количество утечек природного газа могут быстро повлиять на ответ», — говорит Транчик.Например, распространенное утверждение о том, что природный газ сокращает выбросы парниковых газов наполовину по сравнению со сжиганием угля 2 , может оказаться неверным, если исследователи измерят, сколько тепла будет улавливаться новыми выбросами метана в краткосрочной перспективе, а не в течение столетия.
 
«Дьявол здесь действительно кроется в деталях, — говорит Транчик. «Это выглядит как простое число, но происходит гораздо больше».

 

Спасибо Тому Уэллсу из Гейнсвилля, Флорида, за вопрос.Вы можете отправить свой вопрос в Ask MIT Climate здесь.

 

Подробнее Спросите MIT Climate

 

Глобальные уровни метана взлетели до рекордно высокого уровня

Животноводство является одним из факторов, способствующих увеличению выбросов метана. Фото: Лу Бенуа/AFP/Getty

Глобальные выбросы метана выросли почти на 10% за последние два десятилетия, что привело к рекордно высоким концентрациям мощного парникового газа в атмосфере.

В 2017 году, последнем году, за который доступны исчерпывающие данные, глобальные ежегодные выбросы газа достигли рекордных 596 миллионов тонн, по данным ученых из Глобального углеродного проекта, который отслеживает изменения в парниковых газах.

Ежегодные выбросы увеличились примерно на 50 миллионов тонн по сравнению со средним показателем за 2000–2006 годы, в основном за счет сельского хозяйства и газовой промышленности, сообщают ученые в двух статьях 1 , 2 о глобальном балансе метана, освобожден 14 июля.Атмосферные концентрации газа — 1875 частей на миллиард в прошлом году — теперь более чем в 2,5 раза превышают доиндустриальные уровни (см. «Рекордно высокий уровень»).

Метан, газ без запаха, поступает из нескольких природных и антропогенных источников. Он вносит важный вклад в глобальное потепление, поскольку удерживает тепло в атмосфере. Он также участвует в образовании озона на уровне земли, который загрязняет воздух и вреден для здоровья человека.

Срок жизни метана в атмосфере — около 12 лет — намного короче, чем у углекислого газа, который существует более века.Но метан на единицу более чем в 20 раз мощнее CO 2 в качестве парникового газа. Это означает, что за 20-летний период потенциал глобального потепления одной тонны атмосферного метана аналогичен потенциалу примерно 85 тонн CO 2 , по данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Если посмотреть на его воздействие за 100 лет, одна тонна метана по-прежнему эквивалентна примерно 28 тоннам CO 2 .

Примерно треть глобальных выбросов метана приходится на бактерии в естественных водно-болотных угодьях, которые выделяют газ при разложении органического материала.На сельское хозяйство и источники ископаемого топлива приходится по 20–25% глобальных выбросов метана.

Ученые не обнаружили доказательств того, что выбросы из водно-болотных угодий или других природных источников существенно увеличились по сравнению со средним показателем за 2000–2006 годы. Но выбросы от сельского хозяйства, вызванные ростом потребления красного мяса в некоторых частях мира, выросли почти на 12% до 227 миллионов тонн в 2017 году. Ископаемые виды топлива, включая месторождения природного газа и протекающие трубопроводы, привели к 108 миллионам тонн выбросов метана. в 2017 году рост составил 17%.

Животноводство и добыча нефти и газа, несомненно, являются двумя двигателями роста выбросов метана, говорит Роберт Джексон, исследователь систем Земли из Стэнфордского университета в Калифорнии, который возглавляет Глобальный углеродный проект и является соавтором обеих статей. «Люди могут шутить, но коровы и другие жвачные животные отрыгивают столько же метана, сколько нефтяная и газовая промышленность», — говорит он.

Отчеты показывают, что выбросы увеличились в большинстве регионов, и наиболее заметно в Африке, на Ближнем Востоке, в Китае и Южной Азии.Европа — единственный регион, где выбросы метана в последние годы, по-видимому, снизились благодаря сокращению поголовья крупного рогатого скота и мерам политики по сокращению выбросов, например, от свалок и навоза.

Изменение климата и гидраты метана « Обзор мирового океана

Влияние изменения климата на гидраты метана

> Огромные количества метана хранятся по всему миру на морском дне в виде твердых гидратов метана.Эти гидраты представляют собой большой запас энергии для человечества. Однако потепление климата может привести к дестабилизации гидратов. Метан, мощный парниковый газ, улетучится в атмосферу неиспользованным и может даже ускорить изменение климата.

Как метан попадает в океан

Люди сжигают уголь, нефть и природный газ уже более ста лет. С другой стороны, гидраты метана только недавно стали предметом спорных дискуссий как — потенциальный источник энергии из океана в будущем — потенциальный источник энергии из океана в будущем. Дополнительную информацию по этой теме можно найти здесь: .Они представляют собой новый и совершенно неиспользованный резервуар ископаемого топлива, потому что они содержат, как следует из их названия, огромное количество метана, который является основным компонентом природного газа. Гидраты метана принадлежат к группе веществ, называемых клатратами – веществами, в которых молекулы одного типа образуют кристаллическую структуру клетки и заключают в себе молекулы другого типа. Если образующая клетку молекула представляет собой воду, ее называют гидратом. Если молекула, попавшая в водяную клетку, представляет собой газ, то это гидрат газа, в данном случае гидрат метана.
Гидраты метана могут образовываться только в очень специфических физических, химических и геологических условиях. Высокое давление воды и низкие температуры обеспечивают наилучшие условия для образования гидрата метана. образование гидрата метана. Дополнительную информацию по этой теме можно найти здесь: . Однако, если вода теплая, давление воды должно быть очень высоким, чтобы вдавить молекулу воды в клатратную клетку. В этом случае гидрат образуется только на больших глубинах. Если вода очень холодная, гидраты метана предположительно могут образовываться на более мелких глубинах или даже при атмосферном давлении.В открытом океане, где средняя температура придонной воды составляет от 2 до 4 градусов по Цельсию, гидраты метана образуются начиная с глубины около 500 метров.
2.16 > Гидрат метана выглядит как кусок льда, когда его поднимают с морского дна. Этот кусок был извлечен во время экспедиции к «гидратному хребту» у побережья штата Орегон в США.
Удивительно, но в самых глубоких районах океана, в областях с самым высоким давлением, нет гидрата метана, потому что метана здесь очень мало.Причина этого в том, что метан в океане вырабатывается микробами на морском дне, которые расщепляют органическое вещество, оседающее из освещенной солнцем зоны у поверхности.
Органическое вещество состоит, например, из остатков погибших водорослей и животных, а также их экскрементов. В самых глубоких районах океана, на глубине от 2000 до 3000 метров, лишь очень небольшое количество органических остатков достигает дна, потому что большинство из них разрушается другими организмами на пути вниз через толщу воды.Как правило, можно сказать, что только около 1 процента органического материала, образующегося на поверхности, фактически попадает в глубокое море. Чем глубже морское дно, тем меньше органических веществ оседает на дне. Таким образом, гидраты метана в основном встречаются на континентальных склонах, в тех местах, где континентальные плиты соприкасаются с глубоководными районами. Здесь на дне скапливается достаточно органического вещества, а сочетание температуры и давления является благоприятным. В очень холодных регионах, таких как Арктика, гидраты метана встречаются даже на мелководье континентального шельфа (глубина воды менее 200 метров) или на суше в условиях вечной мерзлоты, глубоко промерзшей арктической почвы, которая не оттаивает даже летом.
2.17 > Гидраты метана встречаются во всех океанах, а также на суше. Зеленые точки показывают залегания в северных районах вечной мерзлоты. Красным цветом отмечены проявления, выявленные геофизическими методами. События, показанные синими точками, были подтверждены прямым отбором проб.
Подсчитано, что в гидратах метана может содержаться больше потенциального ископаемого топлива, чем в классических запасах угля, нефти и природного газа.В зависимости от используемой математической модели, текущие расчеты их содержания колеблются от 100 до 530 000 гигатонн углерода. Наиболее вероятны значения от 1000 до 5000 гигатонн. Это примерно в 100–500 раз больше углерода, чем ежегодно выбрасывается в атмосферу при сжигании угля, нефти и газа. Их возможные будущие раскопки, по-видимому, будут производить только часть этого топлива в качестве реального пригодного для использования топлива, потому что многие месторождения недоступны, или производство будет слишком дорогим или потребует слишком много усилий.Тем не менее, Индия, Япония, Корея и другие страны в настоящее время занимаются разработкой методов добычи, чтобы иметь возможность использовать гидраты метана в качестве источника энергии в будущем (глава 7).
2.18 > В гидратах газ (большой шар) заключен в клетку, образованную молекулами воды. Ученые называют такое расположение молекул клатратом.

Гидраты метана и глобальное потепление

Учитывая, что гидраты метана образуются только в очень специфических условиях, можно предположить, что глобальное потепление, которое, по сути, включает в себя потепление океанов, может повлиять на стабильность газовых гидратов.В истории Земли есть указания на то, что климатические изменения в прошлом могли привести к дестабилизации гидратов метана и, следовательно, к выделению метана. Эти показания, в том числе, например, измерения содержания метана в ледяных кернах, до сих пор вызывают споры. Тем не менее, как бы то ни было, вопрос весьма актуален и представляет особый интерес для ученых, занимающихся прогнозированием возможных последствий повышения температуры для существующих месторождений гидрата метана.
Метан является мощным парниковым газом, примерно в 20 раз более эффективным на молекулу, чем углекислый газ. Увеличение выбросов из океана в атмосферу может еще больше усилить парниковый эффект. Поэтому крайне необходимы исследования устойчивости гидратов метана в зависимости от колебаний температуры, а также поведения метана после его выделения.

2.19 > Газогидраты образуются при образовании достаточного количества метана в результате разложения органического вещества на морском дне в условиях низкой температуры и высокого давления.Эти условия возникают преимущественно на континентальных окраинах. Чем теплее вода, тем больше должна быть глубина воды для образования гидрата. Однако глубоко внутри морского дна температура слишком высока для образования гидратов метана из-за внутреннего тепла Земли.

Окисление Многие бактерии используют метан для получения энергии для своего метаболизма. Они поглощают метан и химически преобразуют его. В этом процессе метан высвобождает электроны и таким образом окисляется.Некоторые бактерии расщепляют метан с помощью кислорода. Это называется аэробным окислением. Другие бактерии не нуждаются в кислороде. Такой вид окисления называется анаэробным.

Для прогнозирования будущего развития используются различные методы. К ним, в частности, относится математическое моделирование. Компьютерные модели сначала рассчитывают гипотетическое количество гидратов метана на морском дне, используя фоновые данные (содержание органических веществ, давление, температура). Затем компьютер моделирует потепление морской воды, например, на 3 или 5 градусов Цельсия за 100 лет.Таким образом можно определить, как поведет себя гидрат метана в разных регионах. Расчеты залежей гидрата метана могут быть объединены со сложными математическими моделями климата и океана. С помощью этих компьютерных моделей мы получаем общее представление о том, насколько сильно будут разрушаться гидраты метана при различных сценариях повышения температуры. Сегодня предполагается, что в худшем случае, при устойчивом потеплении океана на 3 градуса Цельсия, около 85 процентов метана, попавшего на морское дно, может быть выброшено в толщу воды.
Другие, более чувствительные модели предсказывают, что потепление не угрожает гидратам метана на больших глубинах. Согласно этим моделям, в первую очередь будут затронуты только гидраты метана, находящиеся непосредственно на границах зон стабильности. В этих местах повышение температуры всего на 1 градус Цельсия было бы достаточным для выделения большого количества метана из гидратов. Метан гидратируется в открытом океане на глубине около 500 метров, и в основном это повлияет на отложения в мелководных районах Арктики.
В ходе потепления Земли ожидается также повышение уровня моря из-за таяния полярных ледяных шапок и ледниковых льдов. Это неизбежно приводит к увеличению давления на морское дно. Однако повышения давления было бы недостаточно, чтобы противодействовать эффекту повышения температуры для растворения гидратов метана. Согласно последним расчетам, повышение уровня моря на десять метров может замедлить растворение гидрата метана, вызванное потеплением на один градус Цельсия, лишь на несколько десятилетий.
Для прогнозирования последствий глобального потепления используется широкий спектр математических моделей. Результаты моделирования также очень изменчивы. Поэтому трудно точно оценить последствия глобального потепления для залежей газогидратов, не в последнюю очередь из-за больших расхождений в расчетах размеров современных залежей газогидратов. Одной из основных целей текущих исследований газовых гидратов является оптимизация этих моделей за счет использования все более точных входных параметров.Для этого необходимы дальнейшие измерения, экспедиции, бурение и анализы.

Дополнительная информация Бактерии превращают метан

Что происходит при плавлении гидрата метана?

Не весь метан, который выделяется из нестабильных гидратов метана, попадает в атмосферу. Наибольшая часть, вероятно, разрушается при подъеме через отложения и в толще воды. Это разложение опосредовано двумя биологическими процессами:
  • анаэробное окисление метана бактериями и археями (ранее называвшимися архебактериями) на морском дне;
  • аэробное окисление метана бактериями в толще воды.
При анаэробном окислении метана в осадке микробы используют для разложения метана сульфат (SO 4 2–) — соль серной кислоты, в больших количествах присутствующую в морской воде. В этом процессе метан превращается в бикарбонат (HCO 3 ). Если бикарбонат вступает в дальнейшую реакцию с ионами кальция (Ca 2 + ) в морской воде, карбонат кальция (CaCO 3 ) выпадает в осадок, который сохраняется на морском дне в течение длительных периодов времени.Это была бы идеальная ситуация, потому что это сделало бы мощный парниковый газ метан (Ch5) безвредным. В то же время сероводород (H 2 S) вырабатывается из сульфата, который обеспечивает энергией хемосинтетические сообщества, включая симбиотических моллюсков и трубчатых червей. Однако при аэробном окислении в толще воды бактерии расщепляют метан с помощью кислорода (O 2 ). В этом процессе образуется углекислый газ, который растворяется в воде. Углекислый газ способствует закислению океана.Кроме того, при аэробном окислении метана расходуется кислород. Истощение кислорода в толще воды может создать или расширить зоны минимума кислорода в океане, представляющие угрозу для рыб и других чувствительных организмов. По приблизительным оценкам, анаэробное и аэробное окисление метана вместе в настоящее время преобразует около 90 процентов метана, образующегося на морском дне, прежде чем он попадет в атмосферу. Чем медленнее метан мигрирует по морскому дну или через толщу воды, тем эффективнее микробы преобразуют его.
Необходимым условием такого разложения является растворение молекул метана в воде. Метан может быть разложен бактериями только в этой форме. Если метан быстро высвобождается из гидратов, он может подняться в виде пузырьков газа, недоступных для микроорганизмов. Таким образом, микробный фильтр метана выйдет из строя, по крайней мере, частично, если гидраты метана разрушатся очень быстро и сразу высвободится большое количество метана.
Также существует проблема на мелководье, когда пузырьки метана не могут полностью раствориться в воде на небольшом расстоянии от морского дна до атмосферы. Чтобы лучше понять такие процессы и иметь возможность делать прогнозы о функциях микробных фильтров, исследователи в настоящее время изучают естественные источники метана на морском дне, так называемые холодные просачивания, которые постоянно выделяют большие количества метана. К ним относятся приповерхностные залежи газовых гидратов, грязевые вулканы и выходы природного газа в мелководных морских районах.Эти просачивания являются своего рода естественной моделью, на которой можно изучать поведение метана в океане. Если мы поймем, как природа реагирует на эти просачивания метана на морском дне, это поможет нам оценить последствия больших выбросов метана из газогидратов. Данные, полученные на выходах метана, также должны помочь повысить точность математического моделирования гидрата метана.
2.20 > Большое количество гидрата метана хранится не только на морском дне, но и на суше, особенно в вечномерзлых вечномерзлых грунтах российской тундры, например, здесь, в российской республике Коми.Ученые обеспокоены тем, что вечная мерзлота может растаять из-за глобального потепления и, таким образом, высвободить гидраты метана.
Исчезновение гидратов метана Исчезновение гидратов метанаДополнительную информацию по этой теме можно найти здесь: может иметь фатальные последствия. Газогидраты действуют как цемент, который заполняет поры между мелкими частицами отложений и стабилизирует морское дно. Если гидраты метана разлагаются, устойчивость морского дна снижается из-за отсутствия цемента и возможного образования избыточного порового давления.В худшем случае разрушаются большие части континентальных окраин. В результате подводные оползни могут вызвать сильные цунами.
Массовые массовые перемещения происходили во время последнего ледникового периода и последующей дегляциации. Триггером, вероятно, было не всегда потепление атмосферы, но и наоборот. Поскольку во время последнего ледникового периода во льдах хранилось большое количество воды, уровень моря был примерно на 120 метров ниже, чем сегодня. Особенно в мелководных районах океана давление воды было настолько низким, что огромные количества гидрата метана могли быть дестабилизированы.Прямых доказательств таких обрушений склонов, вызванных разложением газогидратов, пока не обнаружено. Однако есть некоторые признаки, указывающие на то, что процесс имел место в прошлом. Признаки просачивания флюидов почти всегда обнаруживаются вблизи провалов откосов. Эти склоны, возможно, были дестабилизированы газами, выделяющимися при разложении газовых гидратов и жидкостей. Исследователи также, однако, определенно видят возможность обратной связи: вполне возможно, что обрушение склонов и связанное с этим снижение давления на нижележащие отложения вызвали диссоциацию гидратов метана на континентальных окраинах, тем самым высвободив большое количество свободного газа.Спады были бы причиной, а не результатом утечки газа. Эти неопределенности подчеркивают необходимость дальнейших исследований. Однако совершенно очевидно, что исчезновение гидратов метана может привести к серьезным проблемам.

Выбросы метана из Арктики – в центре внимания будущих исследований газовых гидратов

В области исследований эмиссии метана сегодня Арктика является одним из важнейших регионов мира.Считается, что метан здесь присутствует как в виде газогидрата в море, так и в виде свободного газа, захваченного глубокой мерзлотой вечной мерзлотой. Залежи метана в вечной мерзлоте и гидратах считаются очень чувствительными в обширных мелководных районах шельфа, потому что при относительно низком давлении достаточно небольшого изменения температуры, чтобы высвободить большое количество метана. Кроме того, постоянно образуется новый метан, потому что арктические регионы богаты органическим материалом, который разлагается микробами в отложениях.Активность этих микробов и, следовательно, биологическая скорость выделения метана также стимулируется повышением температуры. Следовательно, выбросы метана в Арктике имеют несколько источников. В настоящее время создаются международные научные консорциумы с участием исследователей различных специальностей – химиков, биологов, геологов, геофизиков, метеорологов, которые интенсивно занимаются этой проблемой. Пока никто не может с уверенностью сказать, как будет развиваться выброс метана в Арктике при глобальном потеплении ни в океане, ни на суше.Это исследование все еще находится в зачаточном состоянии.

Мы используем файлы cookie на нашем веб-сайте. Некоторые из них необходимы, в то время как другие помогают нам улучшить этот веб-сайт и ваш опыт.

Принять все

Сохранять

Индивидуальные настройки конфиденциальности

Информация о файлах cookie Политика конфиденциальности Выходные данные

.

Ответить

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *