Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Coupled processes in gas hydrate disassociation

Alternativ tittel: Koblede prosesser i gasshydrater

Tildelt: kr 6,7 mill.

Gasshydrater er faste stoffer som på atomær skala består av et "bur" av vannmolekyler rundt et gassmolekyl, som for eksempel metan eller karbondioksyd. De finnes naturlig i artiske regioner og langs kontinentalsokkelen, og det er mer hydrokarboner låst i gasshydrater enn i alle andre kjente kilder til hydrokarboner til sammen. Produksjon av hydrokarboner fra gasshydrater kan derfor har stor betydning for tilgangen til fossil energi på jorda. I dette prosjektet har vi sett på de underliggende fysiske prosessene som begrenser i hvilken grad gashydratproduksjon kan kombineres med CO2 lagring. Vi har studert prosesser fra atomær skala og opp til makroskopisk skala. Det langsiktige målet med denne forskningen er å forbedre produksjonsprosessen og akselerere hvor fort CH4 kan erstattes av CO2, slik at produksjon av gasshydrater ved å erstatte CH4-molekyler med CO2-molekyler blir teknisk mulig og økonomisk lønnsomt. Gjennom dette prosjektet har vi bygget ny kunnskap om hvordan oppsprekking i materialer som endrer sin styrke eller sitt volum ved reaksjon, slik som når metan erstattes av CO2 i et gasshydrat, kan akselerere reaksjonsprosessen. På stor skala, har studiene vært gjort i materialer hvor vi har god kjennskap til oppførselen, slik som for ultramafiske bergarter, fordi vi har begrenset kunnskaper om materialegenskapene til gasshydrater. Vi ha dessuten utviklet nye modeller hvor vi kan knytte sammen fluid-transport i sprekker i gasshydrater og andre materialer med oppsprekking av hydratet og reaksjonen mellom hydrat og fluiden. Basert på disse studiene har vi kartlagt hvilke mekanismer som gjør at en reaksjonsprosess kan akselereres. Disse resultatene kan senere utvikles til å gjøre oss i stand til å bestemme når injeksjon av CO2 i gasshydrater kan akselerere utvinningen av metan. For å få bedre kunnskap om materialegenskapene til gasshydrater har vi utviklet nye modeller for å studere prosesser på molekylær skala ved hjelp av molekylær-dynamikk simuleringer. Disse modellene gjør det mulig å forstå mekaniske egenskaper og transport i intakte gasshydrater og i disassosierende hydrater. Modellene for gasshydrater viser at disse bryter sammen pga en langsom, termisk aktivert prosess og ikke pga hurtig oppsprekking. Dette har store konsekvenser for styrken til gasshydrater og når disse vil bryte sammen pga temperaturendringer i atmosfære eller hav. Vi har også demonstrert hvordan styrken til gasshydrater er i forskjellige kornblandinger og hvordan styrken endres når hydratene ligger inne blant mineralkorn. Metodene som har blitt utviklet har dessuten blitt brukt til å utvikle mer generell forståelse for dannelsen av nanokrystaller ? noe som er et viktig fagområde i seg selv. Gjennom prosjektet har vi utviklet internasjonale samarbeidsavtaler med ledende grupper på Columbia Universitet og University of Southern California for å styrke vår kompetanse innen storskala molekylær modellering og innen felt-skala studier av relevante geologiske systemer. Vi har også utviklet et nytt samarbeid med Wuhan University i Kina knyttet til modellering av gasshydrater. Disse samarbeidene vil være viktige i det videre arbeidet for å forstå oppførselen til gasshydrater og på lengre sikt utvikle nye metoder for utvinning av metan fra gasshydrater gjennom injeksjon av CO2.

Gas hydrates are crystalline solids consisting of cages of water molecules around a gas molecule such as methane. They are stable at 0-10C at 300-600m and are found in arctic regions and along the continental margins. There are more hydrocarbons in gas hy drates than in all other sources of hydrocarbons together. Gas hydrates therefore represent a possible energy game-changer. However, it is currently not economically or technologically feasible or safe to produce hydrocarbons from gas hydrates at large sc ales. Gas hydrate production can be combined with CO2 storage by CO2 injection, but it is limited by slow exchange rates. This project comprises fundamental research on how fracture and deformation of gas hydrates are related to the disassociation of the hydrates and to the possible replacement of methane by CO2. By understanding the underlying physical processes from atoms to the continuum, we aim to improve the production process and accelerate the conversion process. Our strategy involves three scient ifically coupled subprojects that combined will give new insights into the mechanisms of gas hydrate deformation and how it affects disassociation: Molecular dynamics simulations of fracturing during gas hydrate disassociation; Continuum scale simulation of coupled processes during gas hydrate disassociation; and Combining atomic and continuum results to improve production methods. The project will be carried out at the Center for the Physics of Geological Processes, an established cross-disciplinary coll aboration between physics and geology lasting more than 15 years with a record of producing research of fundamental importance with practical applications. The center is therefore in a unique position to address the proposed cross-disciplinary project. Th rough strong international collaborations and extended international stays, we will build a local competence in atomic scale modeling, and open for networking, exchange of knowledge, and scientific visibility.

Budsjettformål:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek