Исследованием руководили Хоакин Сильвестре Альберо, Франсиско Родригес Рейносо и Мануэль Мартинес Эскандель, а проведением — Мириан Э. Каско, который в настоящее время проходит стажировку в Университете Аликанте. Эти исследователи продемонстрировали, что можно приготовить гидраты метана в лаборатории, имитируя и даже улучшая естественные процессы, используя материалы из активированного угля в качестве нанореакторов. Одним из ключевых моментов этого исследования было то, что ученые смогли сократить процесс образования гидратов метана, который в природе занимает много времени, до нескольких минут, что значительно упростило его технологическое применение.
Университет Аликанте работает над разработкой и синтезом высокоэффективного активированного угля более 30 лет.
По словам Хоакина Сильвестра, главного исследователя, «эти материалы обладают огромным потенциалом не только для устранения загрязняющих молекул в воздухе и в промышленных водотоках, но и для использования в качестве систем хранения газа."
Эти результаты являются шагом вперед к пониманию процесса искусственного синтеза этих природных структур и новым путем к использованию топлива, такого как природный газ, для транспорта (вместо бензина и дизельного топлива) или для транспортировки природного газа на большие расстояния ( е.грамм. в отличие от нынешних транспортных условий, где газ сжижается при -162ºC, поскольку этот новый метод позволяет транспортировать газ при температуре, которая намного ближе к комнатной температуре). «Наши результаты показывают, что некоторые из наших углей могут поставлять до 300 объемов метана, хранящихся при 100 атмосфер на каждую единицу объема влажного угля», — говорят исследователи.
Сильвестр объясняет, что в этом исследовании использовался так называемый эффект «локализации» для искусственного синтеза гидратов метана внутри полостей или пор угля. «Гидраты метана были приготовлены на материалах из активированного угля, которые предварительно увлажнялись в более мягких условиях давления и температуры (30 атмосфер и 2 атмосферы)ºВ) чем в естественной среде."
После того, как синтез и анализ были выполнены в лабораториях Университета Аликанте, исследование перешло к завершающей стадии в лаборатории Резерфорда Эпплтона в Оксфорде (Великобритания), где проводилось рассеяние нейтронов, и на синхротроне ALBA в Барселоне (Испания). "Эти исследования являются первым экспериментальным доказательством того, что возможно образование гидратов метана в ограниченном пространстве, с естественной стехиометрией и значительно более высокой кинетикой."
Другими членами международной группы LMA являются японский преподаватель Кацуми Канеко, который участвует в разработке проекта CONCERT по предмету этого исследования, и Фернандо Рей из Института технологий кимики Валенсии (ITQ-CSIC), который сотрудничал в измерения на ускорителях ALBA и Oxford. Исследователь Тимми Рамирес, ныне сотрудник Окриджской национальной лаборатории США и бывший научный сотрудник Оксфордского ускорителя нейтронов, также принимал участие в этом исследовании.
Научное обоснование
Газовые гидраты (также известные как клатраты) представляют собой кристаллические структуры, похожие на клетку, где группа молекул окружает центральную молекулу определенной природы. Когда указанная клетка состоит из молекул воды и внутри полости находится молекула метана, образуются так называемые гидраты метана. Гидраты метана образуются в природе в очень специфических физических, химических и геологических условиях, которые можно найти только на дне океанов или, реже, в недрах холодных регионов, таких как Сибирь, которая известна как вечная мерзлота.
Происхождение метана, вызывающего эти морские гидраты, заключается в термическом, микробном и бактериальном разложении органических веществ, которые на протяжении миллионов лет уносятся речными течениями. Как следствие, запасы гидратов метана расположены на континентальных склонах, недалеко от берега, примерно на глубине 300-500 м под землей, где накапливается достаточно органического вещества и существует правильное сочетание давления и температуры. Гидраты метана — крупнейшие запасы природного газа на Земле. Они расположены недалеко от континентальной зоны, и, согласно расчетам, их запасы вдвое превышают запасы всех ископаемых видов топлива (нефти, природного газа и угля), которые в настоящее время существуют на планете Земля.
По оценкам экспертов, существует 5000 гигатонн метана, что примерно в 500 раз превышает количество углерода, который ежегодно выделяется при сжигании угля, нефти и природного газа. В 2013 году в Японии были проведены первые разведочные работы по извлечению метана путем разгерметизации морских месторождений.
Ожидается, что эта технология будет доступна в 2018 году.
Формула гидрата (CH4) 4 (H2O) 23, или один моль метана на 5.75 моль воды, что соответствует 13.4% от веса метана (один кубический метр гидрата выделяет 180 кубометров метана, основного компонента природного газа). Высокая плотность энергии гидратов и их стабильность при температурах выше, чем сжиженный природный газ (-2ºC против -162ºC) означают, что гидраты метана могут быть будущим решением для транспортировки метана на большие расстояния в больших количествах, если они могут быть получены синтетическим путем, имитируя природу в течение достаточно короткого периода времени (всего за несколько минут)
