Metanhydrat (metanklatrat) – vad det är, bildning och förekomst

Metanhydrat (metanklatrat): upptäckt, bildning och förekomst — metan inkapslat i fruset vatten i grunda marina miljöer och geosfären.

Metanhydrat, även kallat metanis eller metanklatrat, består av metan som är inneslutet i fruset vatten. Vattenmolekylerna omger metanet fullständigt. Metanhydrat är en vanlig beståndsdel i den grunda marina (oceaniska) geosfären. År 1971 upptäcktes det för första gången i Svarta havet.

Vad är metanhydrat (metanklatrat)?

Metanhydrat tillhör en grupp ämnen som kallas gashydrater eller klatrater: fasta kristalliska strukturer där vatten bildar ett gitter med hålrum som fångar upp gasmolekyler. Metanhydrat innehåller i praktiken metanmolekyler (CH4) i dessa hålrum. Rent utseendemässigt kan metanhydrat i borrkärnor se ut som isig eller porös massa som ibland kan brinna när den värms eller depressuriseras och metanet frigörs.

Bildning och stabilitetsförhållanden

Metanhydrat bildas när tre saker sammanfaller:

• Tillgång på metan – metan kan bildas biogent (mikrobiell nedbrytning av organiskt material) i sedimentens övre skikt eller komma upp från djupare termogena källor.
• Låg temperatur – kalla förhållanden, t.ex. i djupa hav eller i permafrostområden, gynnar hydratformering.
• Högt tryck – det krävs högt tryck för att stabilisera hydrater; i havet uppfylls detta oftast under vattenmassor från några hundra meters djup och nedåt i sedimenten (gas hydrate stability zone, GHSZ).

Metanhydrat för metan bildar oftast den s.k. struktur I (sI) av klatrater. I marina miljöer finns hydrater vanligen i kontinentalsockelns sediment, medan i landnära permafrostområden hydrater kan förekomma i iskall jord nära ytan.

Var finns metanhydrat?

• Marina avlagringar längs kontinentala sluttningar och i skredbassänger – vanligt på många av jordens kontinentala marginaler.
• Permafrostområden i Arktis och subarktiska regioner där hydrater kan finnas nära markytan.
• Global utbredning uppskattas vara mycket stor, men osäkerheten i volymer är stor. Studier ger varierande uppskattningar; det kan röra sig om hundratals till tusentals gigaton kol i form av metanhydrat, beroende på antaganden.

Hur upptäcks och studeras metanhydrat?

• Seismik: en karakteristisk spegelreflektionsyta i seismiska profiler, så kallad bottom-simulating reflector (BSR), indikerar ofta övergången mellan hydratefyllda sediment och fri gas under detta lager.
• Borrkärnor och provtagning: direkta prover från borrade kärnor bekräftar förekomst och kan analyseras i laboratorium.
• Geokemiska analyser och loggning: mätningar av gasinnehåll, temperatur, tryck och geofysiska loggar i hål ger detaljerad information.
• Laboratorietekniker: röntgendiffraktion, Raman-spektroskopi och andra metoder används för att bestämma struktur och sammansättning.

Potential som energikälla

Metanhydrat innehåller stora mängder metan och ses därför som en potentiell framtida energiresurs. Flera demonstrations- och pilotprojekt har visat att det är tekniskt möjligt att frigöra gas:

• Mallik-projektet i Kanada (tidigt 2000-tal) visade praktisk provborrning och uppvärmning i permafrost.
• Japan har genomfört havsbaserade produktionsförsök i Nankai-området (bland annat tester 2013 och 2017) med depressuriseringsmetoder och uppvisat uthållig gasproduktion under kortare perioder.

Trots det återstår stora tekniska, ekonomiska och miljömässiga utmaningar innan storskalig kommersiell utvinning blir vanlig.

Utmaningar vid utvinning

• Teknik och ekonomi: hydrater finns ofta i porösa sediment där stabilisering och kontrollerad frigörelse av gas är komplicerad. Kostnader för offshore-utvinning är höga.
• Säkerhet och stabilitet: utvinning kan förändra tryck/temperatur i sedimenten och därmed påverka sedimentstyrkan och risken för skred.
• Miljö och klimat: oavsiktlig frisättning av metan till vattenkolumn och atmosfär är en viktig riskfaktor.

Miljörisker och klimatpåverkan

Metan är en potent växthusgas och om stora mängder frigörs snabbt kan det förstärka den globala uppvärmningen. Dock oxideras mycket av metanet i vattenkolumnen till koldioxid innan det når atmosfären, beroende på djup och andra faktorer. Andra risker inkluderar underjordiska och undervattensskred som kan orsaka tsunamier eller skador på infrastruktur.

Forskning och framtida möjligheter

Aktuell forskning fokuserar på att:

• förbättra metoder för säker och effektiv utvinning (depressurisering, termisk stimulering, kemiska inhibitorer, och CO2–CH4-utbytesmetoder där CO2 kan lagras samtidigt som metan utvinns),
• kartlägga förekomst och mängder mer exakt med nya geofysiska och geokemiska tekniker,
• bedöma miljörisker och utveckla reglering för att minimera läckage och påverkan på ekosystem.

Sammanfattningsvis är metanhydrat en intressant och omfattande naturresurs med både potential som energikälla och betydande miljörisker. Fortsatt forskning behövs för att avgöra om och hur hydrater kan utnyttjas säkert och lönsamt.

Sök med bokstav