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O segredo da adsorção: como o metano do leito de carvão armazena e libera metano?
O metano de carvão (CBM) é um gás natural derivado de camadas de carvão, diferente dos recursos tradicionais de gás natural. À medida que a demanda por energia aumenta, especialmente nos Estados Unidos, Canadá e Austrália, o metano do carvão se tornou uma importante fonte de energia. A característica especial dessa fonte de energia é que o metano é armazenado na camada de carvão na forma de adsorção, em vez de fluir diretamente na forma de gás.
O metano do carvão não é apenas uma fonte de energia interativa, mas também um exemplo importante do processo de adsorção na indústria de petróleo e gás.
O processo de armazenamento de metano do leito de carvão utiliza a estrutura porosa do carvão, e o metano é adsorvido nos minúsculos poros do carvão em um estado próximo ao líquido. Isso torna o metano do leito de carvão diferente do arenito tradicional ou de outros reservatórios de gás convencionais. Essas rachaduras abertas nos poros, chamadas fissuras, também podem conter gás livre ou estar saturadas com água.
O processo de formação e a história do metano do carvão
A formação de metano do leito de carvão se deve principalmente ao processo de maturação térmica da matéria orgânica. Ao contrário das camadas comuns de carvão, que são recarregadas com água subterrânea, o metano das camadas de carvão é frequentemente gerado pela fermentação de comunidades microbianas dentro das camadas de carvão. Isso significa que a existência de metano nas camadas de carvão está intimamente relacionada ao estoque e à qualidade do carvão, e as condições internas das camadas de carvão em diferentes regiões afetarão a geração e o armazenamento de gás.
No final da década de 1970, a promoção do metano de carvão pelo governo dos EUA não apenas promoveu a pesquisa na área, mas também estimulou o interesse no desenvolvimento comercial.
Propriedades de armazenamento do metano do leito de carvão
O processo de armazenamento e liberação de metano do leito de carvão envolve várias propriedades físicas, como porosidade e capacidade de adsorção. A estrutura porosa dos reservatórios de metano do leito de carvão permite que as camadas de carvão sejam consideradas aquíferos de porosidade dupla, onde a porosidade das fraturas afeta o comportamento do fluxo do gás, enquanto a porosidade da matriz do carvão determina a quantidade de gás que pode ser armazenada. Em termos gerais, a porosidade do armazenamento de água de metano em leitos de carvão varia de cerca de 10% a 20%, enquanto a porosidade das fraturas está entre 0,1% e 1%.
Além disso, a capacidade de adsorção do reservatório de carvão também é crucial. A capacidade depende da qualidade e do tipo de carvão. Se a camada de carvão for de grau e qualidade superiores, a capacidade de adsorção pode atingir de 100 a 800 pés cúbicos padrão de gás por tonelada de carvão.
Métodos de extração de metano de leito de carvão
Os métodos de extração de metano em jazidas de carvão geralmente envolvem a perfuração de poços em camadas de carvão, um processo que pode atingir de 100 a 1.500 metros de profundidade. À medida que a pressão na camada de carvão diminui, o gás e a água produzida sobem para a superfície através de canos. O tratamento da água produzida depende principalmente de sua composição química, que pode conter sólidos dissolvidos, como hidróxido de sódio e cloreto de sódio. O gás gerado pode ser enviado para uma estação de compressão e transportado para um gasoduto de gás natural.
Devido às menores emissões de gases de efeito estufa do metano do carvão durante seu processo de combustão em comparação ao carvão, ele se tornou uma fonte de energia limpa que está gradualmente ganhando atenção.
Impactos e desafios ambientais
A exploração e o uso do metano do carvão não são isentos de impacto ambiental, especialmente o impacto do metano liberado no aquecimento global que não pode ser ignorado. Vários estudos mostraram que o efeito estufa do metano é muito maior que o do dióxido de carbono, portanto, o gerenciamento eficaz dos gases durante o processo de mineração é crucial para reduzir as emissões de gases de efeito estufa.
Além disso, a qualidade da água produzida durante o processo de produção também causa preocupação, pois contém grande quantidade de sal e metais pesados. Diferentes regiões precisam explorar métodos apropriados para lidar com esses subprodutos para proteger os recursos hídricos locais.
Áreas globais de produção de metano em jazidas de carvão
Atualmente, as principais áreas de produção de metano de carvão incluem os Estados Unidos, a Austrália e o Canadá. Com o avanço da tecnologia, muitos países como Índia e Cazaquistão também começaram a pesquisar e desenvolver o potencial do metano do carvão. De acordo com dados recentes, a produção anual de metano de carvão nos Estados Unidos ainda representa 3,6% da produção total de gás, enquanto a Austrália e o Canadá também relataram crescimento estável da produção.
Diante do aumento da demanda global por energia, o potencial de mercado e a sustentabilidade do desenvolvimento do metano de carvão ainda merecem nossa consideração aprofundada. Portanto, como equilibrar o impacto ambiental enquanto se expande o uso do metano do carvão deve se tornar uma questão importante para governos e empresas de energia.
