Hidrato de Metano

Artigo por: Hobart M. King, Ph.D., RPG (data não disponível) 
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O maior recurso de gás natural do mundo está preso sob o permafrost e os sedimentos oceânicos.

Hidrato de metano: À esquerda está um modelo de bola e pau de hidrato de metano mostrando a molécula de metano central cercada por uma "gaiola" de moléculas de água. Outras moléculas de hidrocarbonetos, como pentano e etano, podem ocupar a posição central nessa estrutura. (Departamento de Energia dos Estados Unidos). À direita, um espécime ardente de gelo de hidrato de metano (imagem do United States Geological Survey).

A próxima energia "Game Changer"? 
À medida que o gás natural do xisto se torna um "trocador de energia" global, os pesquisadores de petróleo e gás estão trabalhando para desenvolver novas tecnologias para produzir gás natural a partir de depósitos de hidratos de metano. Esta pesquisa é importante porque acredita-se que os depósitos de hidrato de metano sejam um recurso maior de hidrocarbonetos do que todos os recursos mundiais de petróleo, gás natural e carvão combinados.  Se esses depósitos puderem ser eficientemente e economicamente desenvolvidos, o hidrato de metano pode se tornar o próximo trocador de energia.

Enormes quantidades de hidrato de metano foram encontradas sob o permafrost ártico, sob o gelo da Antártida, e em depósitos sedimentares ao longo das margens continentais em todo o mundo. Em algumas partes do mundo eles estão muito mais próximos de áreas de alta população do que qualquer campo de gás natural. Esses depósitos próximos podem permitir que países que atualmente importam gás natural se tornem auto-suficientes. O desafio atual é inventariar esse recurso e encontrar maneiras seguras e econômicas de desenvolvê-lo.

Hidrato de metano "cimento" em conglomerado ?: Esta foto mostra uma amostra central da zona de hidrato de metano no Poço de Teste de Mallik. Este poço penetra nos depósitos de permafrost na área do Delta do Mackenzie no Canadá. Esta parte do núcleo mostra cascalhos cimentados em um "conglomerado" por gelo de hidrato de metano.

gráfico de estabilidade do hidrato de metano Gráfico de estabilidade do hidrato de
metano: Este diagrama de fases mostra a profundidade da água (pressão) no eixo vertical e a temperatura no eixo horizontal. As linhas tracejadas separam campos de estabilidade de água, gelo de água, gás e hidrato de gás. A linha marcada "transição de hidrato para gás" é significativa. Condições para a formação de hidrato de metano ocorrem abaixo desta linha. Acima desta linha, o hidrato de metano não se formará. A linha vermelha traça um geotermo (a mudança de temperatura com profundidade em um local específico). Note como, à medida que a profundidade aumenta, o geotérmico atravessa a linha de transição de hidrato para gás. Isso significa que o hidrato de gás nos sedimentos normalmente cobre o gás livre. Gráfico modificado após o NOAA. 

O que é o hidrato de metano? 
O hidrato de metano é um sólido cristalino que consiste em uma molécula de metano cercada por uma gaiola de moléculas de água entrelaçadas (veja a imagem no topo desta página). O hidrato de metano é um "gelo" que só ocorre naturalmente em depósitos subterrâneos, onde as condições de temperatura e pressão são favoráveis ​​à sua formação. Essas condições são ilustradas no diagrama de fases desta página.

Se o gelo for removido desse ambiente de temperatura / pressão, ele se torna instável. Por esta razão, os depósitos de hidrato de metano são difíceis de estudar. Eles não podem ser perfurados e escavados para estudo como outros materiais de subsuperfície porque, à medida que são trazidos à superfície, a pressão é reduzida e a temperatura sobe. Isso faz com que o gelo derreta e o metano escape.

Vários outros nomes são comumente usados ​​para o hidrato de metano. Estes incluem: clatrato de metano, hidrometano, gelo de metano, gelo de fogo, hidrato de gás natural e hidrato de gás. A maioria dos depósitos de hidrato de metano também contém pequenas quantidades de outros hidratos de hidrocarbonetos. Estes incluem hidrato de propano e hidrato de etano.

Onde estão os depósitos de hidrato de metano? 
Quatro ambientes terrestres possuem as condições de temperatura e pressão adequadas para a formação e estabilidade do hidrato de metano. São eles:

 1) sedimentos e unidades de rochas sedimentares abaixo do permafrost ártico;

 2) depósitos sedimentares ao longo das margens continentais; 

3) sedimentos de águas profundas de lagos e mares interiores; e

 4) sob gelo antártico.  Com exceção dos depósitos antárticos, as acumulações de hidratos de metano não são muito profundas abaixo da superfície da Terra. Na maioria das situações, o hidrato de metano está a poucas centenas de metros da superfície do sedimento.

Mapa de hidrato de metano: Este mapa é uma versão generalizada de locais no inventário global USGS de banco de dados de ocorrência de hidrato de gás natural

Mapa de hidratos de gás: Um dos depósitos de hidratos de gás mais estudados é Blake Ridge, no litoral da Carolina do Norte e Carolina do Sul. Desafios da produção de metano a partir deste depósito são o alto teor de argila e a baixa concentração de metano.  Este mapa é um exemplo da proximidade dos depósitos de margens continentais aos potenciais mercados de gás natural. Imagem por NOAA. 

Modelos de depósito de hidrato de metano: Modelos de depósito para depósitos de hidratos de metano nas margens continentais e sob permafrost.