Добыча газа (экологическая характеристика)
Определение и состав газа
Природные горючие газы — это газообразные углеводороды, которые образовались естественным путем. Если эти газы сопутствуют нефтяным месторождениям, такие местарождения называются газонефтяными или газоконденсатными. Газ имеет свойство растворяться в нефти. Природный газ в основном состоит из метана, но его состав сильно варьируется в зависимости от месторождения. В составе могут присутствовать этан, которого больше на небольшой глубине, а также бутан, водород, гелий, аргон и сера, которая является вредным элементом при сгорании.
Попутный газ и проблемы сжигания
Попутные газы растворены в нефтяных месторождениях, и они выделяются в процессе добычи нефти. Эти газы составляют примерно 30% всей мировой добычи газа. При добыче одной тонны нефти выделяется до 300 кубических метров газа. В России четверть всего добываемого газа просто сгорает. Как правило, попутные газы сжигаются в факелах, поскольку нет соответствующего оборудования для их сбора и переработки, особенно в суровых условиях, например, в Сибири, что приводит к загрязнению природы. В развитых странах оборудование для сбора и переработки есть, но там условия часто теплее, например, в Техасе, а не на полуострове Ямал.
Перспективы добычи из газогидратов
В настоящее время добыча метана из твердых соединений, называемых газогидратами, считается перспективной. Газогидраты представляют собой твердое соединение природного газа и воды, которое внешне выглядит как снег, но содержит метан. В приполярных районах, которыми владеет Россия, условия способствуют образованию газогидратов, в том числе на дне Северного океана. Метан, испаряясь из глубинной нефти или образуясь благодаря анаэробным бактериям, идет наверх и вмерзает в лед. Подсчитано, что объем газа, заключенного в газогидратах, во много раз превосходит объемы газа, добываемого сейчас на материке. Арктика находится под контролем России, и освоение гидратов является актуальной темой. Гидраты — это способ, которым природа аккумулировала метан в ледовых шапках; если они будут таять, метан, являющийся парниковым газом, попадет в атмосферу, что могло быть связано с вымираниями в истории Земли. Проблема заключается в том, что пока не разработаны эффективные и экономически выгодные методы добычи этих гидратов. Кроме того, газогидраты могут образовываться в системах человека, например, в скважинах, при транспортировке углеводородов, так как для их образования нужны газ, вода и холод.
Источники метана и загрязнение
Метан постоянно поступает в атмосферу как из природных, так и из промышленных источников. Природа постоянно производит метан; например, метановые бактерии производят около 2,6 млн тонн углеводородов, делая его до некоторой степени возобновляемым ресурсом. Анаэробные бактерии преобразуют органику в метан и сероводород. Основными природными источниками являются болота (21% выбросов), рисовые поля (20%) и коровы (15% выбросов). Тем не менее, антропогенные источники сейчас выбрасывают 40–70% всего метана, или до 1000 млн тонн ежегодно. Эти источники включают постоянную утечку газа при разработке, особенно в северных условиях. По оценкам, в России ежегодно теряется до 14 миллиардов кубометров газа. К другим антропогенным источникам относятся: сжигание газа в факелах, аварии на буровых установках, при которых концентрация метана может в 100 раз превышать ПДК, повреждения газопроводов, а также свалки городского мусора и разработка угольных месторождений.
Токсикологические последствия
Высокая концентрация метана в атмосфере вызывает парниковый эффект и снижает содержание кислорода. С точки зрения токсикологии, метан, а также пропан и бутан, являются наркотиками и поражают в первую очередь нервную систему. В воде растворенный метан действует на рыбу, вызывая сначала одурение, а затем ее гибель при высоких концентрациях.
В случае газового конденсата, который представляет собой нефть с растворенным газом и другими тяжелыми углеводородами, он испаряется на поверхности, но оставшиеся тяжелые компоненты растворяются. Разлив газового конденсата хуже утечки чистого газа, так как он покрывает море пленкой, подобно легкой нефти, и насыщает морские организмы метаном.
Для предотвращения образования газогидратов в скважинах при разработке месторождений добавляют огромное количество метанола, исчисляемое тысячами тонн. Метанол (метиловый спирт) является токсикологическим фактором загрязнения, так как это яд с нервно-паралитическим действием.
Концентрация метана увеличивается в прибрежных водах. В условиях Крайнего Севера, где затруднено самоочищение, метан может создавать участки высоких концентраций, в десятки раз превышающие равновесное значение. Также высокие концентрации метана, до 10 раз выше, наблюдаются в мертвой зоне Черного моря, где скопился газ и сероводород. Как и для нефти, для метана различают зоны острой токсичности, пороговых эффектов, толерантности и предельно допустимую концентрацию (ПДК).