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メタンハイドレート： 左側にあるのは、水分子の「ケージ」に囲まれた中央のメタン分子を示すメタンハイドレートのボールアンドスティックモデルです。ペンタンやエタンなどの他の炭化水素分子は、この構造の中心位置を占めることができます。 （米国エネルギー省の画像）。右側には、メタンハイドレート氷の燃焼標本があります（米国地質調査所の画像）。
con岩中のメタンハイドレート「セメント」： この写真は、Mallik Test Wellのメタンハイドレートゾーンのコアサンプルを示しています。これは、カナダのマッケンジー川デルタ地域の永久凍土層によく浸透しています。コアのこの部分は、メタンハイドレート氷によって「con岩」にセメントで固められた砂利を示しています。クリックして画像を拡大します。
次のエネルギー「ゲームチェンジャー」？
シェールからの天然ガスが世界的なエネルギー「ゲームチェンジャー」になると、石油とガスの研究者は、メタンハイドレート鉱床から天然ガスを生産するための新しい技術の開発に取り組んでいます。メタンハイドレート鉱床は、世界のすべての石油、天然ガス、石炭資源を合わせたものよりも大きな炭化水素資源であると考えられているため、この研究は重要です。これらの堆積物を効率的かつ経済的に開発できれば、メタンハイドレートが次のエネルギーの流れを変える可能性があります。
膨大な量のメタンハイドレートが、北極の永久凍土層の下、南極の氷の下、そして世界中の大陸縁辺に沿った堆積物中に発見されています。世界の一部の地域では、天然ガス田よりも人口密度の高い地域に非常に近くなっています。これらの近くの鉱床は、現在天然ガスを輸入している国が自給自足できるようにするかもしれません。現在の課題は、このリソースのインベントリを作成し、安全で経済的な開発方法を見つけることです。
メタンハイドレート安定性チャート： この状態図は、縦軸に水深（圧力）を、横軸に温度を示しています。破線は、水、水氷、ガス、ガスハイドレートの安定フィールドを分離します。 「ハイドレートからガスへの移行」というラベルの付いた線は重要です。メタンハイドレートの形成条件は、この線より下で発生します。この線より上では、メタンハイドレートは形成されません。赤い線は、地熱（特定の場所での深さによる温度の変化）をトレースします。深度が増加するにつれて、地熱がハイドレートからガスへの遷移線を横切ることに注意してください。これは、通常、堆積物中のガスハイドレートが遊離ガスの上にあることを意味します。 NOAAの後に変更されたグラフ。
メタンハイドレートとは何ですか？
メタンハイドレートは、連動する水分子のケージに囲まれたメタン分子で構成される結晶性固体です（このページの上部の画像を参照）。メタンハイドレートは、温度と圧力の条件がその形成に適している地下堆積物でのみ自然に発生する「氷」です。これらの条件は、このページのフェーズ図に示されています。
この温度/圧力環境から氷が取り除かれると、氷は不安定になります。このため、メタンハイドレート堆積物の研究は困難です。それらは、表面に運ばれると圧力が低下し、温度が上昇するため、他の地下材料のように、研究のために穴を開けたり、芯を取ることはできません。これにより、氷が溶け、メタンが逃げます。
メタンハイドレートには他のいくつかの名前が一般的に使用されています。これらには、メタンクラスレート、ハイドロメタン、メタンアイス、ファイアアイス、天然ガスハイドレート、ガスハイドレートが含まれます。ほとんどのメタンハイドレート堆積物には、少量の他の炭化水素ハイドレートも含まれています。これらには、プロパン水和物とエタン水和物が含まれます。
メタンハイドレートマップ： このマップは、USGSの天然ガスハイドレート発生データベースのグローバルインベントリ内の場所を一般化したバージョンです。
ガスハイドレートマップ： 最も広く研究されているガスハイドレート堆積物の1つは、ノースカロライナおよびサウスカロライナ沖のブレイクリッジです。この鉱床からメタンを生成する際の課題は、粘土含有量が高く、メタン濃度が低いことです。このマップは、大陸の縁の堆積物が潜在的な天然ガス市場に近いことの例です。 NOAAによる画像。
USGS Gas Hydrates Lab： このビデオでは、USGS Gas Hydrates Labを訪問し、研究者が極地および大陸縁辺地域から収集したガスハイドレートのサンプルで実験を行います。また、合成ガスハイドレートを作成し、化学的および物理的特性を決定するための実験を行います。
メタンハイドレートの堆積物はどこですか？
4つの地球環境には、メタンハイドレートの形成と安定性に適した温度と圧力の条件があります。これらは次のとおりです。1）北極永久凍土層の下の堆積物と堆積岩ユニット。 2）大陸縁辺に沿った堆積物。 3）内陸の湖と海の深海堆積物;そして、4）南極の氷の下。 。南極の堆積物を除いて、メタンハイドレートの蓄積は地球の表面よりも深くはありません。ほとんどの場合、メタンハイドレートは堆積物表面から数百メートル以内にあります。
メタンハイドレート堆積モデル： 大陸縁辺および永久凍土層下のメタンハイドレート堆積物の堆積モデル。
これらの環境では、メタンハイドレートは堆積物中に層、結節、および粒間セメントとして発生します。堆積物はしばしば非常に密で横方向に持続するため、下から上に移動する天然ガスを閉じ込める不浸透性の層を作成します。
2008年、米国地質調査所は、アラスカノーススロープ地域の未発見のガスハイドレート資源の合計を推定しました。彼らは、ガスハイドレートの形で発見されていない天然ガスの総量は、25.2兆から157.8兆立方フィートの範囲にあると推定しています。ガスハイドレートの蓄積に掘削された井戸はほとんどないため、推定値には非常に高い不確実性があります。
USGS Gas Hydrates Lab： このビデオでは、USGS Gas Hydrates Labを訪問し、研究者が極地および大陸縁辺地域から収集したガスハイドレートのサンプルで実験を行います。また、合成ガスハイドレートを作成し、化学的および物理的特性を決定するための実験を行います。
ガスハイドレート： アラスカ北斜面のイグニクシクミ＃1ガスハイドレート。 USGSガスハイドレートリソース評価により、ノーススロープには永久凍土層より下に閉じ込められた広範囲のガスハイドレートリソースがあることが判明しました。エネルギー省の写真。
イグニク・シクミ： このビデオでは、永久凍土層より下のガスハイドレートから天然ガスを生産したアラスカノーススロープの井戸であるIgnik Sikumiガスハイドレートのフィールドトライアルをご覧いただけます。ここでの成果は、ガスハイドレートを溶かすことなく、二酸化炭素を二酸化炭素に置き換えることでメタンを遊離させることでした。
メタンハイドレートは現在どこで生産されていますか？
今日まで、ガスハイドレート鉱床からの大規模な商業的メタン生産はありませんでした。生産はすべて小規模または実験的でした。
2012年初頭、米国と日本の共同プロジェクトにより、メタンハイドレートの蓄積に二酸化炭素が注入され、メタンの安定した流れが生み出されました。二酸化炭素は、ハイドレート構造内のメタンに置き換わり、メタンを解放して表面に流れました。このテストは、溶融ガスハイドレートに関連する不安定性なしでメタンを生成できるため、重要でした。
最初の開発に選択される可能性が最も高いメタンハイドレート鉱床には、次の特徴があります。1）ハイドレート濃度が高い。 2）浸透性の高い貯留岩。および、3）既存のインフラストラクチャがある場所。これらの特性を満たす堆積物は、アラスカ北斜面またはロシア北部に位置する可能性があります。
イグニク・シクミ： このビデオでは、永久凍土層より下のガスハイドレートから天然ガスを生産したアラスカノーススロープの井戸であるIgnik Sikumiガスハイドレートのフィールドトライアルをご覧いただけます。ここでの成果は、ガスハイドレートを溶かすことなく、二酸化炭素を二酸化炭素に置き換えることでメタンを遊離させることでした。
ガスハイドレート融解： 油井がハイドレートを含む堆積物に掘削されると、凍結ハイドレートゾーンを通過するオイルの温かい温度により、融解が発生する可能性があります。これにより、故障が発生する場合があります。凍結した水和物の露頭の上を走る暖かいパイプラインも危険です。 USGSイメージ。
メタンハイドレートの危険
メタンハイドレートは敏感な堆積物です。それらは温度の上昇または圧力の低下とともに急速に解離します。この解離により、遊離のメタンと水が生成されます。固体堆積物が液体と気体に変わると、支持力とせん断強度が失われます。これらは、潜水艦の暴落、地滑り、または地盤沈下を引き起こし、生産設備やパイプラインを損傷する可能性があります。
メタンは強力な温室効果ガスです。北極の気温が高いと、永久凍土層よりも低いガスハイドレートが徐々に融解する可能性があります。温暖化する海洋は、堆積物と水との界面付近でガスハイドレートを徐々に融解させる可能性があります。多くのニュースレポートがこれを潜在的な大惨事として提示しましたが、USGSの研究では、ガスハイドレートが現在全大気メタンに寄与しており、不安定なハイドレート堆積物の壊滅的な融解が大気中に大量のメタンを送り込む可能性は低いと判断しています。
巨大な可能性
メタンハイドレートの蓄積は困難な環境に位置し、多くの技術的課題を提示しますが、それらは広く分布し、地球上で最大の炭化水素源です。減圧、イオン交換、および独自の化学的および物理的特性を利用する他のプロセスを使用して、それらを生成するためのさまざまな技術を開発できます。米国、カナダ、日本、およびインドはすべて、ガスハイドレートを生成するための実行可能な技術を発見するために取り組んでいる精力的な研究プログラムを持っています。メタンハイドレートは、将来のエネルギーミックスで重要な役割を果たす可能性があります。