Utdrag fra foredraget:
Da den engelske naturfilosofen Joseph Priestley forlot en blanding av vann og svoveldioksyd (SO2) i vinduskarmen på laboratoriet sitt en sen vinterkveld i 1778 i Birmingham, håpet han på en skikkelig kald natt, slik at han kunne se hva som skjedde med blandingen. Kaldt ble det: cirka -8 °C, og blandingen var om morgenen frosset til is. Lite ante han at dette var starten på et fagområde som skulle få stor betydning for en av vår tids – og i alle fall Norges – viktigste industrier, nemlig olje- og gassindustrien.
Etter Priestleys arbeid og noen liknende forsøk i årene som fulgte, var det imidlertid svært lite som skjedde før i 1930-årene, og da var scenen flyttet til Nord-Amerika.
Der hadde man en god stund hatt problemer med at rørledninger for transport av naturgass hadde en tendens til å fryse igjen om vinteren. Gassen inneholder alltid en del vann, så det var naturlig å anta at akkumulering av dette vannet og isdannelse var problemet.
Forbauselsen var derfor stor hos den ingeniøren som til slutt ble sendt ut for å etterforske fenomenet nærmere – ved å sette et enkelt termometer i "isen" i røret, kunne han se at temperaturen på den lå langt over frysepunktet – i noen tilfeller høyere enn 20 °C! Søking i litteraturen måtte til før han etter hvert skjønte at han hadde et eksempel på naturlig forekomst av det fenomenet som først var blitt observert 150 år tidligere: han hadde funnet gasshydrater.
Gass og vann
Gasshydrater er en forbindelse som dannes av vann og lette (dvs. små) gassmolekyler når spesiell betingelser er til stede - særlig ved høye trykk og lave temperaturer. Metangass – som er den vanligste bestanddelen i naturgass, og som er spesielt viktig i denne sammenhengen – kan f.eks. danne hydrater ved -80 °C ved atmosfæretrykk, mens temperaturkravet ikke er lavere enn +13 °C hvis trykket er øket til 100 atmosfærer. Slike trykk er slett ikke uvanlig å oppnå i rørtransport av olje og gass, eller på havbunnen og nede i jordskorpen.
Noe av det som gjør gasshydrater spesielle i vitenskapelig sammenheng, er at de to bestanddelene – gass og vann – ikke inngår normale kjemiske bindinger med hverandre. Derimot lager vannmolekylene en slags gitterstruktur som inneholder hulrom som er akkurat passelige for å inneslutte gassmolekyler av en viss størrelse. Gassen er dermed fysisk sperret inne, og forholdet er nærmest "symbiotisk": vanngitteret er ikke stabilt uten at gassmolekylene fyller mange av hulrommene.
Minner om snø
Gasshydratene både ser ut som snø og føles som snø, men en meget stor forskjell kommer frem når man stikker en brennende fyrstikk bort i en haug med denne "snøen": de antennes, og brenner lystig til all gassen er brukt opp! Dette er et både slående og uventet syn for den som ikke er forberedt – og er samtidig en strålende illustrasjon av hvor mye energi dette stoffet kan inneholde.
Denne måten å pakke sammen gass på er faktisk oppsikts-vekkende effektiv: dersom man tar 1 m3 med rent gasshydrat og smelter det, ender man opp med 0,8 m3 rent vann, og inntil 180 m3 med gass ved atmosfæretrykk. Dette faktum har gjort at det bl.a. forskes på å utnytte denne pakkingen av gass til transportformål – studier ved NTNU i Trondheim indikerer f.eks. at dette kan være en billigere måte å transportere gass på enn såkalt flytende naturgass, LNG, under gitte forutsetninger.
Et problembarn
I tråd med nyoppdagelsen på 1930-tallet er det imidlertid som et problem i oljeindustrien at gasshydratene først og fremst har vært satt på dagsordenen i de siste tiårene, og det er også med det utgangspunktet at midler har blitt stilt til rådighet for forskning på området.
I tradisjonell, eller "gammeldags", olje- og gassutvinning trengte man ikke å tenke så mye på hydrater. Dengang stod plattformen rett over brønnen, og den varme produksjonen rakk som regel aldri å bli kjølt ned til hydratbetingelser før den var trygt tatt hånd om i prosessanlegget. Hydratproblemer var derfor begrenset til lange transportrør, og der løste man gjerne problemet med å tilsette vanlig frostvæske – metanol eller glykol.
Imidlertid har industrien siden tidlig på 1980-tallet beveget seg mot utbyggingsløsninger hvor transportrørene mellom selve brønnen på havbunnen og prosessanlegget (enten på en plattform eller sågar på land – som f.eks. Ormen Lange) kan være svært lange – i noen tilfelle flere hundre kilometer. Dette gjør at temperaturen er vanskelig å holde oppe, og når trykket er høyt og lette gassmolekyler er til stede, trenger vi bare å tilføye det faktum at så godt som alle produksjonsstrømmer av olje og gass inneholder større eller mindre mengder vann – og vi forstår at hydratdannelse absolutt er et aktuelt fenomen.
Hør hele foredraget torsdag 8. desember kl 13.03 og 21.30 eller lørdag 07.03, i P2!
Roar Larsen
er sjefsforsker ved SINTEF Petroleumsforskning AS og professor II ved Norges Teknisk-naturvitenskapelige Universitet