Gaz hidrat nedir? Gaz hidratların önemi nedir?

Gaz hidratların kendi bünyelerindeki çok yüksek doğal gaz içeriği, gaz hidrat içeren tortul istiflerin altlarında oluşan gaz rezervuarları sebebi ile enerji kaynakları açısından çifte önem arz etmektedir. Peki, gaz hidrat nedir? Gaz hidratların önemi nedir?

GAZ HİDRAT NEDİR?

Gaz hidratlar, su molekülleri ile düşük moleküler ağırlıklı gazların bir kafes içerisine hapsolmasıyla oluşan ve buza benzeyen kristalin katılar olup, gaz yoğunluğu çözeltide tutulabilen miktarı aştığında yüksek basınç ve düşük sıcaklık koşulları altında oluşurlar. Gaz hidrat yapısında su molekülleri kafes görevi yapmakta ve farklı bileşimdeki gazlar (genellikle metan) bu kafese hapsolmaktadır.

En genel halde, 8 metan molekülü 46 su molekülü tarafından tutulur. Gaz hidrat bileşiminde etan, propan, bütan gibi hidrokarbon gazları veya CO2, H2S gibi hidrokarbon kökenli olmayan gazlar bulunabilmesine rağmen, en yaygın hidrat oluşturan gaz metandır. Katı gaz hidrat fazında büyük miktarlarda gaz depolanabilmesi nedeniyle, gaz hidratlara geleceğin enerji kaynağı gözüyle bakılmaktadır. Dünyadaki en büyük doğal gaz birikimleri gaz hidrat formunda olup, bunlar hem karada donmuş (permafrost) bölgelerde hem de deniz tabanı tortullarında geniş çapta bulunurlar. Gaz hidratlar pasif ve aktif kıtasal marjinlerde, marjinal denizlerin derin sularında, kutupsal alanlarda ve yaklaşan marjinlerin yığışım kamalarında geniş çapta bulunmaktadır. Gaz hidratlar okyanus çukurluklarında derin basenlerde yaygın değildir, iç ve marjinal denizlerde, kıtasal yamaç ve şelflerde oluşurlar.

ÜLKEMİZDEKİ GAZ HİDRAT ARAŞTIRMALARI

Denizel veya karasal ortamlarda gaz hidrat oluşumu, yüksek oranda metan gazı üretimi ve uygun termobarik koşulların sağlanması durumunda gerçekleşir. Gaz hidratın bileşiminde termojenik gazların bulunabilmesi için, derinlerdeki petrol ve doğal gaz üreten kaynak kayanın aktivitesi sonucu üretilen bu ağır hidrokarbon gazlarını, gaz hidratların durağan olabildiği uygun sıcaklık koşullarının bulunduğu sığ kısımlara taşıyacak fay sistemlerinin mevcut olması gerekmektedir. Biyojenik gaz üretimi durumunda ise, yüksek tortullaşma oranı (>30 m/My) ve en az %0.5 Toplam Organik Karbon (TOC) gereklidir.

Gaz hidratlar sadece, uygun termobarik koşullar altında oluşmakta ve durağan kalmaktadır. Termobarik gaz hidrat durağanlık zonu terimi, üstü deniz tabanı ile sınırlı olan ve gaz hidratın denizaltı koşullarında mevcut bulunduğu jeolojik alana verilen isimdir. Gaz bileşimi, su tuzluluğu, taban sıcaklığı ve jeotermal/hidrobarik gradyente bağlı olan gaz hidrat oluşum koşulları oldukça değişken olduğundan, gerçekte bu zonun kalınlığını doğru olarak kestirebilmek güçtür. Diğer koşullar eşit ise, gaz hidrat zonu kalınlığı su derinliği ile artar. Gaz hidrat oluşumunda hidrat zonu içerisine akışkan (gaz ve su) göçü kritik rol oynamaktadır. Gaz hidratın kristallendiği geçirgen tortullarda gazın yoğunlaşabilmesi için hızlı bir gaz taşınımı gerekmektedir ve bu taşınım, çözünmüş metanın gözenek suyunda taşınması şeklinde de olabilir. Gaz hidratların durağanlık koşulu temelde yüksek basınç ve düşük sıcaklık ile ifade edilir ve bu koşullara "termobarik koşullar" adı verilir. Gaz hidrat oluşumu için gereken basınç değerinde bir düşüş ve/veya sıcaklıkta bir yükselme olduğunda, gaz hidrat yapısı ayrışarak su ve metan gazı olarak iki faz durumuna geçer. Gaz hidratların kimyasal bileşimi durağanlık koşullarının belirlenmesinde büyük önem taşımaktadır. Gaz hidratlar genellikle metan gazından oluşmakla birlikte, gaz hidratı oluşturan metanın içerisine belirli miktarlarda etan, propan gibi ağır hidrokarbon gazları veya CO2 ya da H2S eklenmesiyle denge eğrisi sağa (yüksek sıcaklık/düşük basınç), gaz hidrat oluşturan suyun tuzluluğu arttığında ise sola (düşük sıcaklık/yüksek basınç) kayacaktır. Saf metan hidratlar, metan-etan, metan-propan, metan-CO2 ya da metan-H2S karışımından oluşan hidratlara göre daha yüksek basınç ve düşük sıcaklıklarda duraylıdırlar. Gaz hidrat durağanlık zonunun taban derinliği, jeotermal gradyent tarafından belirlenir ve bu zonun tabanından itibaren sıcaklık koşullarının gaz hidrat durağanlık koşullarını aşması nedeniyle, daha derinlerde gaz hidrat oluşmaz.

GAZ HİDRATLARIN ÖNEMİ

Gaz hidratlar, içerdikleri büyük metan hacmi nedeniyle geleceğin enerji kaynağı olabilirler. Standart basınç ve sıcaklık koşullarında, 1 m3 gaz hidrat, 164 m3 gaz ve 0.8 m3 su içermektedir. Denizel gaz hidratlarda depolanan gaz miktarının küresel kestirimleri 0.2x1015 m3' den 7600x1015 m3' e değişim göstermektedir (Milkov ve Sassen, 2002).

Kvenvolden (1999)' a göre denizel gaz hidratlarda depolanan gaz hacmi için, 21x1015 m3 değeri bir konsensüs olarak dikkate alınabilir. Bu değer, tüm dünyada fosil kaynaklardan üretilen gaz hacminin yaklaşık 50 katıdır (0.436x1015 m3) ve büyük miktarlardaki bu gaz, gaz hidratlar içerisinde güvenli şekilde kapanlanmış durumda olup, bu denli yüksek oranda metan içeren gaz hidratlardaki organik karbon miktarı, dünyadaki tüm fosil kaynaklarda bulunan organik karbonun 2 katıdır.

Rusya' daki Messoyakha gaz hidrat alanından 1970' den beri 9.35x109 m3 gaz üretilmiştir. Gaz hidratların kesin varlığının bilindiği en geniş alan Blake Sırtı olup, 20200 km2 genişliğindeki bu alan 7.8x1013 m3 metan gazı içermektedir (Max ve Dillon, 1998) ve bu sırttaki sadece 3000 km2' lik küçük bir alandaki gaz hidrat birikiminde, Amerika Birleşik Devletleri' nin yıllık gaz tüketiminin 30 katına eşit metan depolanmış bulunmaktadır (Dillon, 1995). Ancak, gaz hidrat üretiminde, gaz hidratın oluştuğu ortamda çözünmesini sağlayacak termal enerji kritik olup henüz çözüme kavuşturulamadığından, karasal gaz hidratlardan gaz üretimi 2010-2015 yılından önce olası görülmemektedir (Grauls, 2001). Teknik ve jeolojik belirsizlikler nedeniyle, denizel gaz hidratlardan gaz üretiminin de 2030 yılından önce olamayacağı öngörülmekte, bu nedenle günümüzde ilgi daha çok gaz hidrat zonunun altında biriken serbest gaza yönelmektedir (Grauls, 2001).

Ülkemizdeki Gaz Hidrat Araştırmaları

Gaz hidratlar, tüm dünyada birçok disiplinden araştırmacının ve çalışma gruplarının ilgisini çekmesine ve gaz hidratlar üzerine jeolojik, jeofizik, kimyasal, ekonomik ve hatta çevresel anlamda çok sayıda çalışmalar yapılıyor olmasına karşın, ülkemizde gaz hidratlar üzerine çalışan araştırmacı sayısı son derece azdır. Ülkemizde bu anlamda ilk ciddi çalışma, Ergün ve diğ. (2000) tarafından yapılmış olan ve Karadeniz' deki gaz hidrat oluşumları üzerine bir çalışmayı içeren bir TUBITAK projesidir. Parlaktuna ve Erdoğmuş (2001), yine Karadeniz' deki bir alanda gaz hidrat miktarının kestirimi üzerine bazı çalışmalar öne sürmüşler, 2000-2005 yılları arasında Dokuz Eylül Üniversitesi, Deniz Bilimleri ve Teknolojisi Enstitüsü' nden Prof.Dr. Günay ÇİFÇİ ve ekibi Karadeniz' deki gaz hidrat birikimleri üzerine çeşitli çalışmalar sunmuşlardır.

Bununla birlikte, ülkemizdeki gaz hidrat çalışmaları için en somut adım, Prof.Dr. Günay ÇİFÇİ ve ekibinin TPAO ile ortaklaşa yürüttüğü ve DTP tarafından 2003 yılından bu yana maddi olarak desteklenen araştırma projesidir (Çifçi ve diğer., 2003). Proje kapsamında, öncelikle (doğu) Karadeniz olmak üzere, ülkemizi çevreleyen tüm denizlerimizdeki doğal gaz hidrat birikimlerinin varlığının saptanması ve dağılımının haritalanması amacıyla, K. Piri Reis araştırma gemisine çok kanallı sismik yansıma sistemi alınmış ve Sismik Laboratuvarı (SeisLab) kurulmuştur. Proje TPAO Arama ve Araştırma gruplarının da katılımı ile sürdürülmektedir. Proje kapsamında gaz hidratlardan enerji elde edilmesine ilişkin yeni teknoloji ve stratejiler üretilmesi de hedefler arasındadır.

Gaz hidratların denizel yamaç kaymaları üzerinde potansiyel etkileri olabilir. Gaz hidratlar tortullarda çimento görevi yaptığı için, oluşumu ve ayrışması tortulların duraylılığı üzerinde önemli etkiye sahiptir. Büyük hacimdeki bir gaz hidrat çözünmesi meydana gelmesi durumunda, boşalan gaz ve sıvı hacmi, gaz hidrat tarafından işgal edilen hacmi aşar ve içsel boşluk basıncı aşırı derecede artar. Gaz hidratlar, kayma düzlemleri ile aynı derinliklerde oluştuklarında, tortullardaki gaz hidrat çözünmesi yamaç kaymalarını tetikleyebilir. Ayrıca metan gazı sera etkisi özelliğine sahip olduğundan, gaz hidratlarda depolanan büyük miktarlardaki metan gazı ani olarak boşaldığında, büyük çaplı bir sera etkisi oluşturarak, uzun dönem küresel iklim değişiklikleri üzerinde önemli rol oynayabilir.

Gaz hidratların tortul gözeneklerindeki çimentolama etkisi, gaz hidratları, altlarında metanın birikmesine izin veren iyi örtü kayaç haline getirir. Birçok gaz hidrat zonunun altında serbest gaz birikimi gözlenmektedir ve bu gaz sütunu 200-300 m kalınlığa ulaşabilir. Bu anlamda gaz hidrat oluşumu, derinlerde hidrokarbon varlığının bir belirtisi olabilir. Hidrat zonunun altındaki gaz sütununun kalınlığı, derinlerdeki petrol sisteminin güncel aktivitesine bağlı olabilir. Bu nedenle büyük gaz hidrat yoğunlaşmalarının varlığı, derin hidrokarbon aramaları için bir rehber niteliğindedir.

Gaz hidratın çözünmesi durumunda açığa çıkan metan gazı su kolonunda çözünerek suyun yoğunluğunu düşürür. Bu ise yüzebilirliği ve dolayısıyla gemilerin yüzme yeteneklerini azaltır. Basınç çok hızlı düştüğünde veya sıcaklık hızla arttığında gaz hidratlar patlama göstererek de ayrışabilir. Ayrıca gaz hidratlar, denizaltı doğalgaz iletim boru hatlarında engeller meydana getirebilmekte ve denizel sondaj çalışmalarında potansiyel tehlike oluşturmaktadırlar. Bunlara ek olarak, hidratlar, gaz üretim sahalarından tüketim alanlarına uzun mesafeler boyunca büyük miktarlarda gaz taşınmasında, gelecekte alternatif bir yaklaşım olarak dikkate alınabilir.

Haberler