Los hidratos de metano son un tipo de hielo que contiene metano y que se forman a ciertas profundidades debajo del mar o enterrados en el permafrost. También pueden formarse en tuberías que transportan petróleo y gas, lo que conduce a la obstrucción. Sin embargo, los hidratos de metano son casi imposibles de eliminar.estudiar porque es muy difícil obtener muestras, y las muestras en sí mismas son muy inestables en el laboratorio.
Un equipo de científicos de Noruega, China y los Países Bajos ahora ha demostrado cómo el tamaño de los granos de las moléculas que conforman la estructura natural de los hidratos de metano determina cómo se comportan si están cargados de peso o alterados.
Eso podría tener implicaciones importantes para todo, desde la ciencia climática hasta su uso como fuente de energía futura, dijo Zhiliang Zhang, profesor de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Noruega y fundador del Laboratorio Nanomecánico de la universidad.
"Si tenemos un conocimiento básico sobre las propiedades mecánicas de los hidratos de metano, podemos usar esta información para manejarlos adecuadamente", dijo Zhang. "El comportamiento de los hidratos de metano puede tener un gran impacto en la seguridad, los problemas ambientales y el cambio climático"
Mal entendido e inestable
Los hidratos de metano se conocen desde la década de 1930, cuando las compañías de gas natural descubrieron que sus tuberías a veces estaban obstruidas por una especie de hielo compuesto de agua y metano. Los hidratos de metano se encontraron más tarde en el permafrost en la década de 1960, y en los océanos, comúnmenteen los bordes de las plataformas continentales, pero solo a ciertas presiones y temperaturas oceánicas. También se cree que se encuentran en otros planetas, incluido Marte.
Cuando los hidratos de metano se "derriten", liberan el metano atrapado dentro del hielo, pero debido a que el metano fue atrapado por primera vez bajo presión cuando se formó el hidrato, un metro cúbico de hidrato de metano sólido liberará 160 metros cúbicos de gas metano.los convierte en una potente fuente de energía, o si se derriten a medida que se derrite el permafrost, una potente fuente de metano, que actuará como un gas de efecto invernadero.
Pero extraer hidratos de metano como fuente de energía, una opción que Japón está explorando entre otros, es técnicamente difícil. Su ubicación en los bordes blandos y cargados de sedimentos de las plataformas continentales los hace difíciles de extraer, y cuando estánperturbado, su estructura cristalina puede disociarse repentinamente y liberar el metano atrapado dentro.
Este mecanismo ha sido sugerido como una de las razones por las que el deslizamiento de tierra más grande conocido por la humanidad, el Deslizamiento de Storegga, fue tan destructivo. El Deslizamiento de Storegga tuvo lugar hace unos 8000 años, desde una ubicación submarina en la costa oeste del sur de Noruega
Las diapositivas, había tres en total, enviaron una pared de agua a través del Mar del Norte y el Mar de Noruega. La evidencia del paso de la ola de tsunami en Escocia que muestra que la ola alcanzó alturas de 3-6 metros enesa región. Una hipótesis para el deslizamiento fue que un terremoto causó que los hidratos de metano en la región se volvieran inestables y liberaran explosivamente su gas.
Las simulaciones por computadora muestran un comportamiento sorprendente
Los investigadores del Laboratorio Nanomecánico de NTNU y del Departamento de Química de la universidad y sus colaboradores en China y los Países Bajos están interesados en comprender la relación entre las estructuras moleculares y la estabilidad mecánica de los materiales. Los hidratos de metano, con su estructura reticular de hielo que contiene moléculas atrapadas demetano, plantee un intrigante problema tridimensional y práctico desde esta perspectiva.
En un artículo publicado en la edición del 2 de noviembre de Comunicaciones de la naturaleza , el autor correspondiente Zhang y sus colegas describen cómo utilizaron una simulación por computadora de dos tipos de hidratos de metano, los hidratos monocristalinos y los hidratos policristalinos, para ver qué sucedería si se comprimieran o si las presiones sobre los hidratos se liberaran repentinamente.
Los investigadores construyeron sus modelos de computadora utilizando modelos moleculares comunes para hielo / agua y metano, dispuestos como granos monocristalinos o policristalinos, y simularon el efecto de aplicar fuerzas a la recolección de granos.
Capacidad máxima encontrada
Las estructuras de hidrato simuladas fueron sometidas a dos tipos diferentes de tensión: tensión de tensión, o las fuerzas que experimentarían al separarse, y tensión de compresión, o las fuerzas que experimentarían si fueran aplastadas por el peso.
Las simulaciones mostraron que el tamaño de los cristales, lo que los investigadores llaman el tamaño del grano, que formaban la estructura del hidrato tenía mucho que decir en términos de cómo reaccionó la estructura a ambos tipos de tensiones.
En las simulaciones de tensión de tensión y compresión, el hallazgo sorprendente fue que a medida que el tamaño del grano se hizo más pequeño, los hidratos se volvieron más fuertes, capaces de tolerar tanto la tensión de compresión como la tensión, pero solo hasta que alcanzaron un cierto tamaño de grano.Los investigadores realizaron simulaciones en tamaños de grano más pequeños que los identificados como el punto de inflexión, el hidrato en realidad se debilitó.
La capacidad máxima de los hidratos aparece cuando el tamaño de grano es de alrededor de 15 a 20 nm. Esto se asemeja al comportamiento de los metales policristalinos, como el cobre. Sin embargo, esta es la primera vez que los investigadores han visto este tipo de comportamiento en los hidratos de metanocomo material. La resistencia dependiente del tamaño de grano y la capacidad máxima que encontraron los investigadores pueden usarse para predecir y prevenir la falla de los hidratos en el futuro.
la inestabilidad se puede activar
Este inesperado debilitamiento rápido de la estructura cristalina a medida que el tamaño del grano se hace más pequeño tiene implicaciones importantes para cualquier trabajo en áreas donde se encuentran hidratos.
Los investigadores informaron que la disociación de los hidratos de metano puede ser provocada por la deformación del suelo causada por "terremotos, tormentas, fluctuaciones del nivel del mar o perturbaciones causadas por el hombre incluida la perforación de pozos y la producción de gas de los depósitos de hidratos".
"Esto tiene un impacto en estos grandes problemas", dijo Zhang. "Aquí hemos dado un paso adelante, pero por supuesto hay mucho más trabajo por hacer".
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Materiales proporcionados por Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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