Hidrat nedir?

Suyun bazı madenler üzerindeki etkisiyle meydana gelen bileşiklerdir. Bir cismin su ile birleşmesi sonunda meydana gelen bileşiğe de «hidrat» denir. Mesela, «klor hidrat», klorun su ile yaptığı bir bileşiktir. Şu formülle gösterilir: Cl2,6 H20.  Bu reaksiyon tipinde su, madde ile bağlanırken bir bölünmeye uğramaz. Halbuki hidrolizde su bölünmeye uğrayarak reaksiyona girer.

Hidratlar, iyonlarla (H + iyonu gibi), kovalent moleküllerle (H 2 SO 4 gibi) veya daha yaygın olarak iyonik tuzlarla (CuSO 4 gibi) teşekkül eder. Hidratların özellikleri komponentlerinkinden farklılıklar gösterir. Mesela bakır sülfat beş su (CuSO 4 .5H 2 O) mavi renkli bir kristaldir. Halbuki susuz bakır sulfat renksizdir. Hidratlar fiziki olarak su varlığı göstermezler. Yani hidrate bir bileşik nemli gibi görünmez.

Hidratlar, bir tuzun çözeltisi buharlaştırma işlemine tabi tutulurken teşekkül edebilirler. Fiziksel olarak mevcut olan su gittiğinde geriye kimyasal olarak bağlı olan hidrat suyu kalır. Hidratasyon veya dehidratasyon (bağlı suyun ayrılması) reaksiyonlarında kristal yapıda değişiklik de sözkonusudur. Mesela susuz nikel sülfat (NiSO 4 ) kübik kristal yapıdayken yedi sulu nikel sülfat (NiSO 4 .7H 2 O) rombik yapıdadır. Bir bileşiğin birden fazla hidrat şekli olabilir. Mesela bakır sülfatın 1 mol su, 3 mol su ve 5 mol su ihtiva eden hidratları vardır.

Gaz hidratların oluşum ve durağanlık koşulları

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.

hidrat

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 hidratların önemi

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).

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.

Gaz hidratların jeofizik belirtileri ve araştırılması

Gaz hidratlar, ilk kez 1800’ lerin başlarında, Humphrey Davy ve Michael Faraday’ ın klorin-su karışımı ile yaptıkları deneyler sırasında keşfedildi. Daha sonra birçok araştırmacı, özellikle gaz hidratların durağanlığı üzerine çalışmalar yaptı, ancak bunların doğal olarak oluşabildiği henüz bilinmediğinden, çalışmalar genelde akademik çevrelerce sınırlı kaldı. Hidrat araştırmaları, 1930’ larda Hammerschmidt’ in, özellikle soğuk bölgelerde gaz hidratların doğal gaz boru hatlarını tıkadığını belirlemesinin ardından ikinci evresine girmiştir.

İzleyen 40 yıl boyunca, farklı bileşimdeki gaz hidratların oluşumu ve durağanlığı, özellikle oluşumunun engellenmesi üzerine çalışmalar yapılmıştır. 1960’ lı yılların sonunda, Batı Sibirya baseninde geniş gaz alanı tortulları içerisinde doğal olarak oluşmuş katı doğal gaz veya metan hidratların gözlenmesiyle, dünyanın hidratlara bakış açısı büyük ölçüde değişmeye başlamıştır. Kısa süre sonra, Alaska’ nın kuzey yamaçlarında donmuş bölgenin altında sığ hidrat bulunmuştur. Ardından, özellikle Sovyet bilim adamları, hidrat oluşumunun sadece donmuş alanlarda değil, düşük sıcaklık/yüksek basıncın hakim olduğu tüm denizel ortamlarda var olabileceğini ileri sürmüşler ve küresel hidrat araştırmaları böylece başlamıştır.

1970’ lerin başında, Blake Sırtı üzerinde deniz tabanının topoğrafyasını takip eden güçlü yansıtıcıların (BSR) altına ilk denizel sondaj yapılmış ve bu yansımanın gaz hidrat durağanlık zonunun tabanına karşılık geldiği anlaşılmıştır. Ayrıca bu zonun hemen altında serbest gaz birikiminin olduğu görülmüş, ardından tüm dünyada kıtasal yamaçlar üzerinde BSR varlığı, gaz hidrat oluşumunun kanıtı olarak değerlendirilmeye başlanmıştır. Gaz hidratlar oluştukları ortamdan çıkarıldıklarında hızla ayrıştıkları için, 1974’ de Sovyet bilim adamları Karadeniz’ de büyük hidrat yumruları bulana kadar, hiç kimse doğal gaz hidratları görememişti.

Ardından Glomar Challenger’ ın 1980’ lerin başında Guatemala açıklarında yaptığı bir sondajda 1 m uzunluğunda metan hidrat örneklendi. 1990’ ların ortasında, sınırlı enerji kaynaklarına sahip iki ülke, Japonya ve Hindistan, gaz hidrattan enerji üretimine yönelik proje hazırlıklarına başlamış, artan gaz ihtiyacı nedeniyle ABD’ de bu yönelime katılmıştır. 1998 ve 1999’ da, metan hidrat içeren ortamların araştırılması amacıyla, McKenzie Nehri deltasında (kuzeybatı Kanada) ve Nankai Çukurunda (Japon Denizi) uluslararası çapta iki sondaj yapılmış ve her iki sondaj da geniş çapta gaz hidrat oluşumunu ortaya koymuştur.

Sözlükte "hidrat" ne demek?

1. Bir cismin ya da bir çok su molekülüyle oluşturduğu bileşik.

Hidrat kelimesinin ingilizcesi

n. hydrate