मीथेन क्लैथ्रेट

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जलती हुई बर्फ. गर्म करने से निकलने वाली मीथेन जलती है; जल टपकता है.
इनसेट: क्लैथ्रेट संरचना (गौटिंगेन विश्वविद्यालय, जीजेडजी। एबट। क्रिस्टालोग्राफी)।
स्रोत: संयुक्त राज्य भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण।

मीथेन क्लैथ्रेट (CH4·5.75H2O) या (8CH4·46H2O), जिबर्फ़ मीथेन हाइड्रेट, हाइड्रोमेथेन, मीथेन बर्फ, अग्नि बर्फ, प्राकृतिक गैस हाइड्रेट या गैस हाइड्रेट भी कहा जाता है, जो कि ठोस क्लैथ्रेट यौगिक (अधिक विशेष रूप से, क्लैथ्रेट हाइड्रेट) है जिसमें उच्च मात्रा में मीथेन क्रिस्टल संरचना के अन्दर फंस जाता है। इस प्रकार से जल से बर्फ जैसा ठोस पदार्थ बनता है।[1][2][3][4] [5] अतः मूल रूप से माना जाता है कि यह केवल सौर मंडल के बाहरी क्षेत्रों में होता है, जहां तापमान कम होता है और जल में बर्फ समान होती है, इस प्रकार से पृथ्वी के समुद्र तल पर तलछट के नीचे मीथेन क्लैथ्रेट के महत्वपूर्ण संचयन पाए गए हैं।[6] जिसमे मीथेन हाइड्रेट तब बनता है जब हाइड्रोजन-बंधित जल और मीथेन गैस महासागरों में उच्च दाब और कम तापमान पर संपर्क में आते हैं।

इस प्रकार से मीथेन क्लैथ्रेट उथले समुद्री भूमंडल के सामान्य घटक हैं और वह गहरी तलछटी चट्टान संरचनाओं में पाए जाते हैं और समुद्र तल पर बहिर्वाह बनाते हैं। और यह माना जाता है कि मीथेन हाइड्रेट फॉल्ट (भूविज्ञान) के साथ गहराई से पलायन करने वाली मीथेन की वर्षा या क्रिस्टलीकरण से बनता है। किन्तु वर्षा तब होती है जब मीथेन तापमान और दाब के अधीन समुद्र तल के जल के संपर्क में आता है। और 2008 में, अंटार्कटिका वोस्तोक स्टेशन और अंटार्कटिका में दक्षिणध्रुवीय के लिए यूरोपीय प्रोजेक्ट या डोम सी आइस कोर पर कॉनकॉर्डिया स्टेशन पर शोध से पता चला कि गहरे अंटार्कटिका आइस कोर में मीथेन क्लैथ्रेट भी उपस्तिथ थे और वायुमंडलीय मीथेन सांद्रता का इतिहास समिलित करते हैं, जो 800,000 वर्ष पूर्व का है।[7] अतः आइस-कोर मीथेन क्लैथ्रेट रिकॉर्ड ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड के साथ-साथ ग्लोबल वार्मिंग अनुसंधान के लिए डेटा का प्राथमिक स्रोत है।

अतः clathrate gun hypothesis के पश्चात मीथेन क्लैथ्रेट को अचानक जलवायु परिवर्तन का संभावित स्रोत माना जाता था। इस परिदृश्य में, गर्मी के कारण मुख्य रूप से समुद्र के नीचे के हाइड्रेट्स के विनाशकारी पिघलने और टूटने का कारण बनता है, जिससे मीथेन की उच्च माप पर छोड़ दी जाती है और वार्मिंग में तीव्रता बढ़ जाती है। वर्तमान शोध से पता चलता है कि हाइड्रेट्स वार्मिंग पर अधिक धीमी गति से प्रतिक्रिया करते हैं, और पृथक्करण के पश्चात मीथेन के लिए वायुमंडल तक पहुँचाने में अधिक कठिनाई होती है।[8][9] इसके अतिरिक्त कुछ सक्रिय रिसाव छोटे कार्बन सिंक के रूप में कार्य करते हैं, क्योंकि अधिकांश मीथेन जल के अन्दर घुल जाता है और मीथेनोट्रॉफ़ समुदायों को प्रोत्साहित करता है, रिसाव के चारो ओर का क्षेत्र पादप प्लवक के लिए भी अधिक उपयुक्त हो जाता है। [10] परिणामस्वरूप, मीथेन हाइड्रेट्स को अब जलवायु प्रणाली में महत्वपूर्ण बिंदुओं में से नहीं माना जाता है, और आईपीसीसी छठी मूल्यांकन रिपोर्ट के अनुसार, इस सदी में वैश्विक तापमान पर पता लगाने योग्य कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।[11] अनेक सहस्राब्दियों में, और भी अधिक महत्वपूर्ण 0.4–0.5 °C (0.72–0.90 °F) प्रतिक्रिया अभी भी देखी जा सकती है।[12]

सामान्य

अतः मीथेन हाइड्रेट्स की खोज 1960 के दशक में रूस में की गई थी, और इससे गैस निकालने के अध्ययन 21वीं सदी की प्रारंभ में सामने आए है।[13]

संरचना और रचना

माइक्रोस्कोप छवि

नाममात्र मीथेन क्लैथ्रेट हाइड्रेट संरचना (CH4)4(H2O)23 है, या प्रत्येक 5.75 मोल जल के लिए 1 मोल (इकाई) मीथेन, द्रव्यमान द्वारा 13.4% मीथेन के अनुरूप है, चूंकि वास्तविक संरचना इस बात पर निर्भर करती है कि कितने मीथेन अणु जल के क्रिस्टल संरचना के विभिन्न पिंजरे संरचनाओं में फिट होते हैं। प्रेक्षित घनत्व लगभग 0.93 ग्राम/सेमी है, जिसका अर्थ है कि मीथेन हाइड्रेट समुद्र या झील की सतह पर तब तक तैरता रहेगा जब तक कि यह तलछट में निर्मित या स्थिर होकर अपनी जगह पर बंधा न हो।[14] इसलिए लीटर पूर्ण रूप से संतृप्त मीथेन क्लैथ्रेट ठोस में लगभग 120 ग्राम मीथेन (या 0 डिग्री सेल्सियस और 1 एटीएम पर लगभग 169 लीटर मीथेन गैस) होगी,[nb 1]या घन मीटर मीथेन क्लैथ्रेट लगभग 160 घन मीटर गैस उत्सर्जित करता है।[13]

मीथेन संरचना-I हाइड्रेट बनाती है जिसमें दो द्वादशफ़लक (12 कोने, इस प्रकार 12 जल के अणु) और छह टेट्राडेकेहेड्रोन (14 जल के अणु) प्रति यूनिट सेल जल के पिंजरे होते हैं। (पिंजरों के मध्य जल के अणुओं के बंटवारे के कारण, प्रति इकाई कोशिका में केवल 46 जल के अणु होते हैं।) इसकी तुलना जलीय घोल में मीथेन के लिए 20 की जलयोजन संख्या से की जाती है।[15] 275 केल्विन और 3.1 पास्कल (इकाई) पर रिकॉर्ड किया गया मीथेन क्लैथ्रेट एमएएस एनएमआर स्पेक्ट्रम प्रत्येक पिंजरे प्रकार के लिए शिखर और गैस चरण मीथेन के लिए अलग शिखर दिखाता है। अतः 2003 में, क्ले-मीथेन हाइड्रेट इंटरकेलेट को संश्लेषित किया गया था जिसमें मीथेन हाइड्रेट कॉम्प्लेक्स को सोडियम-समृद्ध मॉन्टमोरिलोनाइट मिट्टी के इंटरलेयर में प्रस्तुत किया गया था। इस चरण की ऊपरी तापमान स्थिरता संरचना-I हाइड्रेट के समान है।[16]

मीथेन हाइड्रेट चरण आरेख। क्षैतिज अक्ष -15 से 33 सेल्सियस तक तापमान दिखाता है, ऊर्ध्वाधर अक्ष 0 से 120,000 किलोपास्कल (0 से 1,184 वायुमंडल) तक दाब दिखाता है। हाइड्रेट रेखा के ऊपर बनता है। उदाहरण के लिए, 4 सेल्सियस पर हाइड्रेट लगभग 50 एटीएम/5000 केपीए के दाब से ऊपर बनता है, जो लगभग 500 मीटर समुद्र की गहराई पर पाया जाता है।

प्राकृतिक निक्षेप

See also: मीथेन हाइड्रेट स्थिरता क्षेत्र
पुष्टि या अनुमानित अपतटीय गैस हाइड्रेट-असर तलछट का विश्वव्यापी वितरण, 1996।
स्रोत: यूएसजीएस
ओरेगॉन के सबडक्शन क्षेत्र से गैस हाइड्रेट-असर तलछट
ओरेगॉन के सबडक्शन क्षेत्र से गैस हाइड्रेट टुकड़े की विशिष्ट संरचना

इस प्रकार से मीथेन क्लैथ्रेट उथले स्थलमंडल (अर्थात <2,000 मीटर गहराई) तक ही सीमित हैं। इसके अतिरिक्त , आवश्यक परिस्थितियाँ केवल ध्रुवीय क्षेत्रों में महाद्वीपीय तलछटी चट्टानों में पाई जाती हैं जहाँ औसत सतह का तापमान 0°C से कम होता है; या 300 मीटर से अधिक गहराई पर समुद्री तलछट में जहां जल का द्रव्यमान तापमान 2 डिग्री सेल्सियस के चारो ओर होता है। इसके अतिरिक्त , गहरे ताजे जल की झीलें गैस हाइड्रेट्स की भी होस्ट कर सकती हैं, इस प्रकार उदाहरण के लिए, मीठे जल की झील बैकाल, साइबेरिया,[17] महाद्वीपीय निक्षेप साइबेरिया और अलास्का में बलुआ पत्थर और सिल्टस्टोन तलों में 800 मीटर से कम गहराई पर स्थित हैं। महासागरीय निक्षेप महाद्वीपीय शेल्फ में व्यापक रूप से फैले हुए प्रतीत होते हैं (चित्र देखें) और तलछट के अन्दर गहराई में या तलछट-जल इंटरफेस के समीप हो सकते हैं। वह गैसीय मीथेन के और भी उच्च संचयन को सीमित कर सकते हैं।[18]

महासागरीय

इस प्रकार से मीथेन हाइड्रेट विभिन्न रूपों में हो सकता है जैसे उच्च माप पर, छिद्र स्थानों, पिंडों, शिराओं/फ्रैक्चर/दोषों और स्तरित क्षितिजों के अन्दर फैला हुआ है।[19] सामान्यतः , यह मानक दाब और तापमान की स्थिति में अस्थिर पाया जाता है, और पृथक्करण पर 1 m3 मीथेन हाइड्रेट से लगभग 164 m3 मीथेन और 0.87 m3 मीठा जल प्राप्त होता है।[20] [21] [22] अतः समुद्री निक्षेप दो अलग-अलग प्रकार के होते हैं। अधिक सामान्य तथ्य यह है कि मैं क्लैथ्रेट संरचना में निहित मीथेन का प्रभुत्व (>99%) है और सामान्यतः तलछट में गहराई पर पाया जाता है। जहाँ, मीथेन समस्थानिक रूप से हल्का है, मान लीजिये (δ13C < −60‰), जो इंगित करता है कि यह CO2.की माइक्रोबियल कमी से प्राप्त हुआ है। ऐसा माना जाता है कि इन गहरे निक्षेपों में क्लैथ्रेट का निर्माण माइक्रोबियल रूप से उत्पादित मीथेन से हुआ है क्योंकि क्लैथ्रेट और चारो ओर के घुले हुए मीथेन के δ13C मान समान हैं।[18] चूंकि , यह भी माना जाता है कि संसार भर में पर्माफ्रॉस्ट और महाद्वीपीय शेल्फ में तेल और गैस के कुओं के दाब में उपयोग किया जाने वाला ताज़ा जल प्राकृतिक मीथेन के साथ मिश्रण करके गहराई और दाब पर क्लैथ्रेट बनाता है क्योंकि मीठे जल में मीथेन हाइड्रेट खारे जल की तुलना में अधिक स्थिर होते हैं। किन्तु स्थानीय विविधताएँ व्यापक हो सकती हैं क्योंकि हाइड्रेट बनाने की क्रिया, जो की खारे जल से शुद्ध जल निकालती है, प्रायः जल के खारेपन में स्थानीय और संभावित रूप से महत्वपूर्ण वृद्धि का कारण बन सकती है। हाइड्रेट्स समान रूप से उस छिद्र द्रव में नमक को बाहर कर देते हैं जहां से यह बनता है। इस प्रकार, वे बर्फ की तरह उच्च विद्युत प्रतिरोधकता प्रदर्शित करते हैं, और हाइड्रेट्स युक्त तलछट में गैस हाइड्रेट्स के बिना तलछट की तुलना में अधिक प्रतिरोधकता होती है (न्यायाधीश [67])।[23]: 9 

अतः यह जमाव लगभग 300-500 मीटर मोटे तलछट (गैस हाइड्रेट स्थिरता क्षेत्र, या जीएचएसजेड) के मध्य-गहराई वाले क्षेत्र में स्थित हैं, जहां वे नमक के छिद्र-जल में नहीं ताजे जल में घुले हुए मीथेन के साथ सह-अस्तित्व में रहते हैं, इस क्षेत्र के ऊपर मीथेन केवल अपने विघटित रूप में सांद्रता में उपस्तिथ है जो की तलछट सतह की ओर कम हो जाती है। इसके नीचे मीथेन गैसीय है। और अटलांटिक महाद्वीपीय उत्थान पर ब्लेक रिज पर, जीएचएसजेड 190 मीटर की गहराई पर प्रारंभ हुआ और 450 मीटर तक प्रवाहित रहा, जहां यह गैसीय चरण के साथ चरण संतुलन तक पहुंच जाता है। मापों से संकेत मिलता है कि मीथेन ने जीएचएसजेड में मात्रा के अधिकृत से 0-9% और गैसीय क्षेत्र में ~12% पर व्यस्त कर लिया है।[24][25]

तलछट सतह के पास पाए जाने वाले कम समान दूसरे प्रकार में, कुछ नमूनों में संरचना II क्लैथ्रेट में निहित लंबी श्रृंखला वाले हाइड्रोकार्बन (<99% मीथेन) का अनुपात अधिक होता है। इस प्रकार के क्लैथ्रेट से कार्बन समस्थानिक रूप से भारी (δ13C −29 से −57 ‰ होता है) और माना जाता है कि यह गहरी तलछट से ऊपर की ओर स्थानांतरित हुआ है, जहां कार्बनिक पदार्थ के थर्मल अपघटन से मीथेन का निर्माण हुआ था। इस प्रकार के जमाव के उदाहरण मैक्सिको की खाड़ी और कैस्पियन सागर में पाए गए हैं।[18]

कुछ निक्षेपों में सूक्ष्मजैविक और तापीय स्रोत वाले प्रकारों के मध्य की विशेषताएं इस प्रकार हैं और इन्हें दोनों के मिश्रण से निर्मित माना जाता है।

गैस हाइड्रेट्स में मीथेन मुख्य रूप से कम ऑक्सीजन वाले वातावरण में कार्बनिक पदार्थों को नष्ट करने वाले माइक्रोबियल कंसोर्टिया द्वारा उत्पन्न होता है, मीथेन स्वयं मीथेनोजेनिक आर्किया द्वारा उत्पादित होता है। और तलछट के ऊपरी कुछ सेंटीमीटर में कार्बनिक पदार्थ पर अधिक पहले एरोबिक बैक्टीरिया द्वारा अटैक किया जाता है, जिससे CO2 उत्पन्न होती है, जो तलछट से जल के स्तंभ में निकल जाता है। एरोबिक गतिविधि के इस क्षेत्र के नीचे, अवायवीय प्रक्रियाएं अपना कार्य करती हैं, जिसमें गहराई के साथ क्रमिक रूप से नाइट्राइट/नाइट्रेट, धातु ऑक्साइड की माइक्रोबियल कमी सम्मिलित होती है, और फिर सल्फेट्स को सल्फाइड में परिवर्तन कर दिया जाता है। अंत में, मेथनोजेनेसिस कार्बनिक कार्बन पुनर्खनिजीकरण के लिए प्रमुख मार्ग बन जाता है।

यदि अवसादन दर कम है (लगभग 1 सेमी/वर्ष), कार्बनिक कार्बन सामग्री कम है (लगभग 1%), और ऑक्सीजन प्रचुर मात्रा में है, तब एरोबिक बैक्टीरिया ऑक्सीजन समाप्त होने की तुलना में तीव्र से तलछट में सभी कार्बनिक पदार्थों का उपयोग कर सकते हैं, इसलिए निम्न-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता का उपयोग नहीं किया जाता है। किन्तु जहां अवसादन दर और कार्बनिक कार्बन सामग्री अधिक होती है, जो समान रूप से महाद्वीपीय शेल्फ और पश्चिमी सीमा के वर्तमान अपवेलिंग जोन के नीचे होती है, और तलछट में छिद्रित जल केवल कुछ सेंटीमीटर या उससे कम की गहराई पर हाइपोक्सिया (पर्यावरणीय) बन जाता है। ऐसे कार्बनिक-समृद्ध समुद्री तलछट में, समुद्री जल में इसकी उच्च सांद्रता के कारण सल्फेट अधिक महत्वपूर्ण टर्मिनल इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता बन जाता है। चूंकि, यह भी सेंटीमीटर से लेकर मीटर की गहराई तक संपूर्ण हो गया है। इसके नीचे मीथेन का उत्पादन होता है। मीथेन का यह उत्पादन सम्मिश्र प्रक्रिया है, जिसके लिए अत्यधिक कम करने वाले वातावरण (ईएच -350 से -450 एमवी) और 6 और 8 के मध्य पीएच, साथ ही सम्मिश्र सिंट्रोफिक, आर्किया और बैक्टीरिया की विभिन्न किस्मों के संघ की आवश्यकता होती है। चूंकि , यह केवल आर्किया है जो वास्तव में मीथेन उत्सर्जित करता है।

इस प्रकार से कुछ क्षेत्रों में (उदाहरण के लिए, मैक्सिको की खाड़ी, जोएत्सु बेसिन) क्लैथ्रेट में मीथेन कम से कम आंशिक रूप से कार्बनिक पदार्थ (जैसे पेट्रोलियम उत्पादन) के थर्मल क्षरण से प्राप्त हो सकता है, अतः तेल भी हाइड्रेट के अन्दर विदेशी घटक बनाता है जिसे तब पुनर्प्राप्त किया जा सकता है जब हाइड्रेट असंबद्ध है.[26][27] क्लैथ्रेट्स में मीथेन में समान रूप से बायोजेनिक आइसोटोपिक हस्ताक्षर और अत्यधिक परिवर्तनशील δ13C (−40 to −100‰), होता है, जिसका अनुमानित औसत लगभग −65‰ होता है।[28][29][30][31] ठोस क्लैथ्रेट्स के क्षेत्र के नीचे, मीथेन की उच्च मात्रा तलछट में मुक्त गैस के बुलबुले बना सकती है।[24][32][33]

किसी दिए गए स्थल पर क्लैथ्रेट्स की उपस्थिति प्रायः बॉटम सिमुलेटिंग रिफ्लेक्टर (बीएसआर) के अवलोकन से निर्धारित की जा सकती है, जो सामान्य तलछटों की असमान घनत्व और क्लैथ्रेट्स से युक्त तलछट से क्लैथ्रेट स्थिरता क्षेत्र इंटरफ़ेस पर भूकंपीय प्रतिबिंब है।

अतः आर्कटिक महासागर बैरेंट्स सागर में गैस हाइड्रेट पिंगोस की खोज की गई है। इन कलश जैसी संरचनाओं से मीथेन उबल रही है, इनमें से कुछ गैस की लपटें समुद्र की सतह के समीप तक फैल रही हैं।[34]

जलाशय का आकार

मेक्सिको की उत्तरी खाड़ी के समुद्र तल पर कार्बोनेट चट्टान के नीचे गैस हाइड्रेट

इस प्रकार से समुद्री मीथेन क्लैथ्रेट संचयन का आकार अधिक कम ज्ञात है, और इसके आकार का अनुमान प्रति दशक परिमाण के क्रम से कम हो गया है क्योंकि यह सर्वप्रथम पहचाना गया था कि 1960 और 1970 के दशक के समय महासागरों में क्लैथ्रेट उपस्तिथ हो सकते हैं।[35] अतः उच्चतम अनुमान (उदा. 3×1018 m3)[36] इस धारणा पर आधारित थे कि पूर्ण रूप से घने क्लैथ्रेट गहरे समुद्र के पूर्ण तल को गंदा कर सकते हैं। क्लैथ्रेट रसायन विज्ञान और तलछट विज्ञान की हमारी समझ में सुधार से पता चला है कि हाइड्रेट केवल गहराई की संकीर्ण सीमा (महाद्वीपीय शेल्फ) में बनते हैं, गहराई की सीमा में केवल कुछ स्थानों पर जहां वे हो सकते हैं (गैस हाइड्रेट स्थिरता क्षेत्र का 10-30%) ), और समान रूप से उन स्थानों पर कम सांद्रता (मात्रा के अधिकृत से 0.9-1.5%) पर पाए जाते हैं जहां वे होते हैं। प्रत्यक्ष नमूने द्वारा बाधित वर्तमान अनुमानों से पता चलता है कि वैश्विक इन्वेंट्री मध्य में व्याप्त है 1×1015 and 5×1015 cubic metres (0.24 and 1.2 million cubic miles).[35] 500-2500 गीगाटन कार्बन (जीटी सी) के अनुरूप यह अनुमान, अन्य सभी भू-जैविक ईंधन संचयन के लिए अनुमानित 5000 गीगाटन सी से छोटा है, किन्तु अन्य प्राकृतिक गैस स्रोतों के लिए अनुमानित ~230 गीगाटन सी से अधि उच्च है।[35][37] आर्कटिक में पर्माफ्रॉस्ट जलाशय का अनुमान लगभग 400 Gt C है,[38] किन्तु संभावित अंटार्कटिक जलाशयों का कोई अनुमान नहीं लगाया गया है। ये उच्च संख्या हैं. इसकी तुलना में, वायुमंडल में कुल कार्बन लगभग 800 गीगाटन है (देखें कार्बन: घटना)।

चूंकि आधुनिक अनुमान 10,000 से 11,000 जीटीसी (2×1016 m3) प्रस्तावित से अधिक छोटे हैं[39] पूर्व के शोधकर्ताओं द्वारा क्लैथ्रेट्स को भू-जैविक ईंधन संसाधन मानने का कारण (मैकडोनाल्ड 1990, केवेनवोल्डेन 1998) है। क्लैथ्रेट्स की कम प्रचुरता उनकी आर्थिक क्षमता को बाहर नहीं करती है, किन्तु अधिकांश स्थलों पर कम कुल मात्रा और स्पष्ट रूप से कम सांद्रता है[35] यह सुझाव देता है कि क्लैथ्रेट एकत्रित में केवल सीमित प्रतिशत ही आर्थिक रूप से व्यवहार्य संसाधन प्रदान कर सकता है।

महाद्वीपीय

महाद्वीपीय चट्टानों में मीथेन क्लैथ्रेट 800 मीटर से कम की गहराई पर बलुआ पत्थर या सिल्टस्टोन के चट्टानों में फंसे हुए हैं। अतः नमूने से संकेत मिलता है कि वे थर्मली और माइक्रोबियली व्युत्पन्न गैस के मिश्रण से बने हैं, जिसमें से भारी हाइड्रोकार्बन के पश्चात् चुनिंदा रूप से हटा दिया गया था। ये अलास्का, साइबेरिया और उत्तरी कनाडा में होते हैं।

अतः 2008 में, कनाडाई और जाजल शोधकर्ताओं ने मैकेंज़ी नदी डेल्टा में मल्लिक गैस हाइड्रेट साइट पर परीक्षण परियोजना से प्राकृतिक गैस की निरंतर धारा निकली है। मल्लिक में यह दूसरी ऐसी ड्रिलिंग थी: सर्वप्रथम 2002 में हुई थी और मीथेन छोड़ने के लिए गर्मी का उपयोग किया गया था। इसलिए 2008 के प्रयोग में, शोधकर्ता दाब कम करके, बिना हीटिंग के, अधिक कम ऊर्जा की आवश्यकता के कारण गैस निकालने में सक्षम थे।[40] मल्लिक गैस हाइड्रेट क्षेत्र की खोज सर्वप्रथम 1971-1972 में इंपीरियल तेल द्वारा की गई थी।[41]

व्यावसायिक उपयोग

हाइड्रेट के आर्थिक संचयन को प्राकृतिक गैस हाइड्रेट (एनजीएच) कहा जाता है और 1 m3 हाइड्रेट में 164 m3 मीथेन, , 0.8 m3 जल एकत्रित होता है।[42] अधिकांश एनजीएच समुद्र तल के नीचे (95%) पाया जाता है जहां यह थर्मोडायनामिक संतुलन में उपस्तिथ होता है। तलछटी मीथेन हाइड्रेट संचयन में संभवतः पारंपरिक प्राकृतिक गैस के वर्तमान ज्ञात संचयन as of 2013 का 2-10 गुना है,[43] यह हाइड्रोकार्बन ईंधन के संभावित रूप से महत्वपूर्ण भविष्य के स्रोत का प्रतिनिधित्व करता है। चूंकि , अधिकांश साइटों पर एकत्रित को आर्थिक निष्कर्षण के लिए बहुत अधिक फैला हुआ माना जाता है।[35]वाणिज्यिक दोहन के सामने आने वाली अन्य समस्याएं व्यवहार्य संचयन का पता लगाना और हाइड्रेट एकत्रित से मीथेन गैस निकालने के लिए प्रौद्योगिकी का विकास करना है।

अगस्त 2006 में, चीन ने प्राकृतिक गैस हाइड्रेट्स का अध्ययन करने के लिए अगले 10 वर्षों में 800 मिलियन युआन (यूएस $ 100 मिलियन) खर्च करने की योजना की घोषणा की थी।[44] चूंकि मेक्सिको की खाड़ी में संभावित आर्थिक रिजर्व में लगभग सम्मिलित हो सकता है 100 billion cubic metres (3.5×10^12 cu ft) गैस का[35] बर्गन विश्वविद्यालय में भौतिकी और प्रौद्योगिकी संस्थान में ब्योर्न क्वामे और अर्ने ग्रे ने हाइड्रेट्स में CO2 को इंजेक्ट करने और प्रक्रिया को उलटने के लिए एक विधि विकसित की है; इस प्रकार प्रत्यक्ष विनिमय द्वारा CH4 निकाला जाता है।[45] बर्गेन विश्वविद्यालय की पद्धति का परीक्षण कोनोकोफिलिप्स और राज्य के स्वामित्व वाली जापान ऑयल, गैस एंड मेटल्स नेशनल कॉर्पोरेशन (जोगमेक) द्वारा किया जा रहा है, और आंशिक रूप से अमेरिकी ऊर्जा विभाग द्वारा वित्त पोषित किया जा रहा है। परियोजना पहले ही इंजेक्ट चरण में पहुंच चुकी है और 12 मार्च 2012 तक परिणामी डेटा का विश्लेषण कर रही थी।[46]

12 मार्च 2013 को, जोगमेक शोधकर्ताओं ने घोषणा की कि उन्होंने जमे हुए मीथेन हाइड्रेट से प्राकृतिक गैस को सफलतापूर्वक प्राप्त किया है।[47] गैस निकालने के लिए, हाइड्रेट जमाओं में ड्रिलिंग करने और दाब कम करने के लिए विशेष उपकरणों का उपयोग किया गया, जिससे मीथेन बर्फ से अलग हो गई। फिर गैस को एकत्र किया गया और सतह पर पाइप के माध्यम से डाला गया जहां इसकी उपस्थिति प्रमाणित करने के लिए इसे प्रज्वलित किया गया था।[48] और उद्योग के प्रवक्ता के अनुसार, यह मीथेन हाइड्रेट से गैस का उत्पादन करने वाला संसार का प्रथम अपतटीय प्रयोग था।[47] सर्वप्रथम, गैस को तटवर्ती जमाओं से निकाला जाता था, किन्तु अपतटीय जमाओं से कभी नहीं निकाला जाता था जो कि अधिक सामान्य हैं।[48] वह हाइड्रेट क्षेत्र स्थित है जहां से गैस निकाली गई थी 50 kilometres (31 mi) मध्य जापान से नानकाई गर्त में, 300 metres (980 ft) समुद्र के नीचे।[47][48] जोगमेक के प्रवक्ता ने टिप्पणी की कि जापान के पास अंततः अपना कहने लायक ऊर्जा स्रोत हो सकता है।[48] समुद्री भूविज्ञानी मिकियो सातो ने टिप्पणी की, अब हम कह सकते हैं कि निष्कर्षण संभव है। अगला पद यह देखना है कि प्रौद्योगिकी को आर्थिक रूप से व्यवहार्य बनाने के लिए जापान निवेश को कितना कम कर सकता है।[48] जापान का अनुमान है कि नानकाई गर्त में कम से कम 1.1 ट्रिलियन क्यूबिक मीटर मीथेन फंसा हुआ है, जो देश की दस वर्षों से अधिक की आवश्यकताओ को पूर्ण करने के लिए पर्याप्त है।[48]

जापान और चीन दोनों ने मई 2017 में संसाधन निष्कर्षण मीथेन क्लैथ्रेट के लिए सफलता की घोषणा की, जब उन्होंने दक्षिण चीन सागर में हाइड्रेट्स से मीथेन प्राप्त की है।[13] चीन ने इस परिणाम को सफलता बताया है; नेशनल यूनिवर्सिटी ऑफ़ सिंगापुर में केमिकल और बायोमोलेक्यूलर इंजीनियरिंग विभाग के प्रवीण लिंग ने सहमति व्यक्त की कि जाजल शोध से हमने जो परिणाम देखे हैं, उनकी तुलना में, चीनी वैज्ञानिक अपने प्रयासों में सामान्य से अधिक गैस निकालने में सक्षम रहे हैं।[49] इस प्रकार से उद्योग की समान सहमति यह है कि व्यावसायिक माप पर उत्पादन में अभी भी कुछ वर्ष रह गये हैं।[50]

पर्यावरणीय चिंताएं

विशेषज्ञों ने चेतावनी दी है कि पर्यावरणीय प्रभावों की अभी भी जांच की जा रही है और मीथेन - ग्रीनहाउस गैस जिसमें 100 वर्ष की अवधि में कार्बन डाइऑक्साइड (जीडब्ल्यूपी 100) के रूप में लगभग 25 गुना अधिक ग्लोबल वार्मिंग क्षमता है - यदि कुछ असत्य होता है तो संभावित रूप से वायुमंडल में प्रवेश कर सकता है।[51] इसके अतिरिक्त , कोयले की तुलना में स्वच्छ होने के साथ-साथ, प्राकृतिक गैस जलाने से कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन भी होता है।[52][53][54]

प्राकृतिक गैस प्रसंस्करण में हाइड्रेट्स

नियमित संचालन

मीथेन क्लैथ्रेट (हाइड्रेट) भी समान रूप से प्राकृतिक गैस उत्पादन कार्यों के समय बनते हैं, जब उच्च दाब पर मीथेन की उपस्थिति में तरल जल संघनित होता है। यह ज्ञात है कि इथेन और प्रोपेन जैसे उच्च हाइड्रोकार्बन अणु भी हाइड्रेट्स बना सकते हैं, चूंकि लंबे अणु (ब्यूटेन, पेंटेन) जल पिंजरे की संरचना में फिट नहीं हो सकते हैं और हाइड्रेट्स के गठन को अस्थिर कर सकते हैं।

तत्पश्चात बनने के बाद, हाइड्रेट्स पाइपलाइन और प्रसंस्करण उपकरण को अवरुद्ध कर सकते हैं। फिर इन्हें समान रूप से दाब कम करके, गर्म करके या रासायनिक विधियों से घोलकर हटा दिया जाता है (समान रूप से मेथनॉल का उपयोग किया जाता है)। यह सुनिश्चित करने के लिए सावधानी बरतनी चाहिए कि हाइड्रेट्स के निष्कासन को सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाए, क्योंकि दाब कम होने पर हाइड्रेट के ठोस हाइड्रेट से जल और गैसीय मीथेन को उच्च दर पर छोड़ने के लिए चरण संक्रमण से निकलने की संभावना होती है। किसी बंद प्रणाली में मीथेन गैस के तीव्र से निकलने से दाब में तीव्र से वृद्धि हो सकती है।[14]

अतः समान रूप से हाइड्रेट्स को उपकरण बनाने या अवरुद्ध होने से रोकना उत्तम होता है। यह समान रूप से जल को हटाकर, या इथाइलीन ग्लाइकॉल (एमईजी) या मेथनॉल को मिलाकर प्राप्त किया जाता है, जो उस तापमान को कम करने का कार्य करता है जिस पर हाइड्रेट बनता है। वर्तमान वर्षों में, हाइड्रेट अवरोधकों के अन्य रूपों का विकास किया गया है, जैसे काइनेटिक हाइड्रेट अवरोधक (हाइड्रेट निर्माण दर में वृद्धि की मूल्य पर हाइड्रेट्स को बनाने के लिए आवश्यक उप-शीतलन को बढ़ाना) और एंटी-एग्लोमेरेट्स, जो रोकथाम नहीं करते हैं हाइड्रेट बनाते हैं, किन्तु उपकरण को अवरुद्ध करने के लिए उन्हें साथ चिपकने से रोकते हैं।

गहरे जल में ड्रिलिंग के समय हाइड्रेट चरण संक्रमण का प्रभाव

इस प्रकार से जब गहरे जल में डूबे तेल और गैस-असर संरचनाओं में ड्रिलिंग होती है, तो जलाशय गैस कुएं के बोर में प्रवाहित हो सकती है और गहरे जल की ड्रिलिंग के समय पाए जाने वाले कम तापमान और उच्च दाब के कारण गैस हाइड्रेट्स बना सकती है। फिर गैस हाइड्रेट्स ड्रिलिंग मिट्टी या अन्य डिस्चार्ज किए गए तरल पदार्थों के साथ ऊपर की ओर प्रवाहित हो सकते हैं। जब हाइड्रेट्स बढ़ते हैं, तो एनुलस (तेल कुआं) में दाब कम हो जाता है और हाइड्रेट्स गैस और जल में अलग हो जाते हैं। तीव्र गैस विस्तार से कुएं से तरल पदार्थ बाहर निकल जाता है, जिससे दाब और कम हो जाता है, जिससे अधिक हाइड्रेट पृथक्करण और आगे द्रव निष्कासन होता है। एनलस से तरल पदार्थ का हिंसक निष्कासन किक का संभावित कारण या योगदानकर्ता है।[55] (किक, जो ब्लोआउट का कारण बन सकती है, समान रूप से हाइड्रेट्स को सम्मिलित नहीं करती है: ब्लोआउट (वेल ड्रिलिंग) या फॉर्मेशन किक ब्लोआउट: फॉर्मेशन किक देखें)।

इस प्रकार से हाइड्रेट निर्माण के संकट को कम करने वाले उपायों में सम्मिलित हैं:

  • उच्च प्रवाह दर, जो तरल पदार्थ की मात्रा में हाइड्रेट बनने के समय को सीमित करती है, जिससे किक क्षमता कम हो जाती है।[55]
  • प्रारंभिक हाइड्रेट प्लगिंग का पता लगाने के लिए लाइन प्रवाह की सावधानीपूर्वक माप कि गयी है ।[55]
  • चूंकि जब गैस उत्पादन दर कम होती है और अपेक्षाकृत उच्च गैस प्रवाह दर की तुलना में हाइड्रेट गठन की संभावना अधिक होती है तो मापने में अतिरिक्त देखरेख की जाती है।[55]
  • शट-इन (तेल ड्रिलिंग) (पृथक) होने के पश्चात आवरण (बोरहोल) की देखरेख हाइड्रेट गठन का संकेत दे सकती है। इसको बंद करने के पश्चात्, दाब बढ़ जाता है जबकि गैस जलाशय के माध्यम से बोर छिद्र तक फैल जाती है; हाइड्रेट्स बनने के समय दाब बढ़ने की दर कम होने की दर प्रदर्शित करती है।[55]
  • अतिरिक्त ऊर्जा (उदाहरण के लिए, केसिंग (बोरहोल) या सीमेंटिंग द्वारा कुएं को पूर्ण करने में उपयोग की जाने वाली ऊर्जा) तापमान बढ़ा सकती है और हाइड्रेट्स को गैस में परिवर्तित कर सकती है, जिससे किक उत्पन्न हो सकती है।

ब्लोआउट रिकवरी

तेल रोकथाम कलश का संकल्पना आरेख, सतह के जहाजों में तेल पहुंचाने के लिए विपरीत फ़नल बनाता है। धँसा हुआ तेल रिग पास ही है।

इस प्रकार से पर्याप्त गहराई पर, मीथेन सीधे जल के साथ मिश्रण मीथेन हाइड्रेट बनाता है, जैसा कि 2010 में गहरे जल के क्षितिज में तेल रिसाव के समय देखा गया था। की बीपी इंजीनियरों ने गहरे जल के तेल कुएं से तेल रिसाव पर उपसमुद्र तेल पुनर्प्राप्ति प्रणाली विकसित को नियुक्त किया है। 5,000 feet (1,500 m) निकलते हुए तेल को पकड़ने के लिए जो समुद्र तल से नीचे है। और इसमें अधि उच्च रिसाव वाले कुएं पर 125-tonne (276,000 lb) कुएं के अधिक उच्च भाग का कलश लीक हो रहा है और इसे सतह पर संचयन पाइप लगाना सम्मिलित था।[56] इस विकल्प में लीक हुए तेल का लगभग 85% एकत्र करने की क्षमता थी किन्तु पहले इतनी गहराई पर इसका परीक्षण नहीं किया गया था।[56] बीपी ने 7-8 मई को प्रणाली नियुक्त की गई, किन्तु कलश के अंदर मीथेन क्लैथ्रेट के निर्माण के कारण यह विफल हो गया; इसका कम घनत्व लगभग 0.9 ग्राम/सेमी3 हैमीथेन हाइड्रेट कलश में एकत्रित हो गया, जिससे उछाल बढ़ गया और प्रवाह में बाधा उत्पन्न हुई।[57]

मीथेन क्लैथ्रेट और जलवायु परिवर्तन

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गैस संचयन ण और परिवहन के लिए प्राकृतिक गैस हाइड्रेट्स

चूंकि मीथेन क्लैथ्रेट तरलीकृत प्राकृतिक गैस तरलीकृत प्राकृतिक गैस (एलएनजी) (-20 बनाम -162 डिग्री सेल्सियस) की तुलना में उच्च तापमान पर स्थिर होते हैं, इसलिए प्राकृतिक गैस को द्रवीकृत करने के अतिरिक्त क्लैथ्रेट (ठोस प्राकृतिक गैस या एसएनजी) में परिवर्तित करने में कुछ रुचि है इसे एलएनजी वाहक द्वारा परिवहन करते समय महत्वपूर्ण लाभ यह होगा कि टर्मिनल पर प्राकृतिक गैस से प्राकृतिक गैस हाइड्रेट (एनजीएच) के उत्पादन के लिए छोटे प्रशीतन संयंत्र और एलएनजी की तुलना में कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। अतः इसकी भरपाई करते हुए, 100 टन मीथेन परिवहन के लिए, 750 टन मीथेन हाइड्रेट का परिवहन करना होगा; चूँकि इसके लिए 7.5 गुना अधिक विस्थापन वाले जहाज की आवश्यकता होती है, या अधिक जहाजों की आवश्यकता होगी, यह आर्थिक रूप से व्यवहार्य प्रमाणित होने की संभावना नहीं है। वर्तमान में , सह-अतिथि के रूप में टेट्राहाइड्रोफ्यूरान (टीएचएफ) को सम्मिलित करने के साथ अधिक हल्की संचयन स्थितियों के कारण मीथेन हाइड्रेट को उच्च माप पर स्थिर संचयन अनुप्रयोग के लिए अधिक रुचि मिली है।[58][59] इस प्रकार से टेट्राहाइड्रोफ्यूरान को सम्मिलित करने से, चूंकि गैस संचयन क्षमता में थोड़ी कमी आई है, वर्तमान अध्ययन में हाइड्रेट्स को -2 डिग्री सेल्सियस और वायुमंडलीय दाब पर अनेक महीनों तक स्थिर दिखाया गया है।[60] आधुनिक अध्ययन से पता चला है कि एसएनजी को टीएचएफ के संयोजन में शुद्ध जल के अतिरिक्त सीधे समुद्री जल से बनाया जा सकता है।[61]

यह भी देखें

टिप्पणियाँ

  1. ↑ The average methane clathrate hydrate composition is 1 mole of methane for every 5.75 moles of water. The observed density is around 0.9 g/cm3.[14] For one mole of methane, which has a molar mass of about 16.043 g (see Methane), we have 5.75 moles of water, with a molar mass of about 18.015 g (see Properties of water), so together for each mole of methane the clathrate complex has a mass of 16.043 g + 5.75 × 18.015 g ≈ 119.631 g. The fractional contribution of methane to the mass is then equal to 16.043 g / 119.631 g ≈ 0.1341. The density is around 0.9 g/cm3, so one litre of methane clathrate has a mass of around 0.9 kg, and the mass of the methane contained therein is then about 0.1341 × 0.9 kg ≈ 0.1207 kg. At a density as a gas of 0.716 kg/m3 (at 0 °C; see the info box at Methane), this comes to a volume of 0.1207 / 0.716 m3 = 0.1686 m3 = 168.6 L.

संदर्भ

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