Energia del gel: hidrats de gas

1988/12/01 Barandiaran, Mariaje | Irazabalbeitia, Inaki - kimikaria eta zientzia-dibulgatzaileaElhuyar Fundazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Energia

Estructura de l'hidrat de metà.

Gran part de la superfície terrestre està ocupada per hidrocarburs gasosos atrapats en el gel. Les molècules de gas estan emmagatzemades en caixes formades per gel i s'estima que la quantitat de gas natural així emmagatzemada pot ser cent vegades major que la que està en forma de gas lliure. Encara que l'explotació d'aquests hidrats de gas planteja problemes tècnics, pot servir per a satisfer en part les necessitats energètiques de la nostra civilització.

Segons alguns investigadors, per exemple, el soviètic Juri Makogon podria explicar la formació de planetes del sistema solar mitjançant hidrats de gas. D'altra banda, el Cometa Halley està format per hidrats de gas.

Els hidrats de gas es troben en moltes parts de la superfície terrestre (continents i oceans), sempre que les condicions de pressió i pressió siguin adequades. Requereix baixes temperatures i altes pressions. 1. La figura mostra les condicions d'estabilitat dels hidrats de gas que es formen en els oceans. Gairebé tots els gasos lleugers (metans, etans, òxids de carboni (II)...) formen compostos sòlids amb molècules d'aigua i en condicions adequades.

Una mica d'història

Els hidrats de gas no són composts nous, ja que en 1810 el conegut químic anglès Humphry Davy va aconseguir per casualitat un hidrat de clor. En el seu laboratori, a una temperatura de 9 °C, va obtenir flocs d'hidrat de clor barrejats amb aigua clorada. No va anar llavors quan es va fer cas.

Durant anys els hidrats de gas van estar oblidats i marginats. No obstant això, en la dècada de 1930 l'interès va tornar a sorgir en el seu entorn, quan es va descobrir que les obstruccions dels gasoductes de les regions polars eren degudes als hidrats de gas. Per a evitar l'obstrucció dels gasoductes era necessari deshidratar el gas.

No obstant això, el boom dels hidrats de gas es remunta als anys 60, quan es va observar que els hidrats de gas es troben en la superfície terrestre i en el sòl dels oceans. Llavors van començar a veure els hidrats de gas com a font d'energia.

Pressió de vapor de l'hidrat de metà. En aquest gràfic es representen les condicions de pressió i pressió per a l'estabilitat de l'hidrat submarí metà. A la dreta de la corba l'hidrat de metà és inestable i es disocia en metà i aigua. Hidrat estable a l'esquerra. és.

Característiques dels hidrats de gas

Segons els químics, els hidrats de gas tenen una estructura bàsica tridimensional. Aquesta estructura forma orificis en el seu interior a manera de caixa, on el gas queda atrapat. Els hidrats de gas són familiars coneguts com clatratos entre els químics. Aquests compostos són sòlids i tenen forma de gel o neu esponjosa.

Els gasos de grandària molecular inferior a 0,69 nm produeixen fàcilment hidrats de gasos. Però els gasos de major grandària, com el butà i l'età, necessiten molècules de gas de menor grandària (com el metà) per a formar un hidrat.

En els hidrats de gas es coneixen dos tipus d'estructures. En l'estructura denominada I, el gas està atrapat en 46 molècules de gel i només admet gasos de petit diàmetre molecular. L'altra estructura, denominada II, admet gasos de gran diàmetre molecular i està formada per 136 molècules d'aigua.

Els hidrats de gas que es formen en els gasoductes tenen una estructura generalment confusa. Una característica molt interessant dels hidrats de gas és la velocitat de propagació de les ones sísmiques en si mateixes. En mitjans porosos saturats d'hidrats de gas, la velocitat de propagació de les ones sísmiques és entre el 60 i el 100% superior a la de les zones saturades de gas lliure. Això permet diferenciar el gel, els hidrats de gas i el gas lliure, mètode utilitzat per a trobar hidrats de gas en les capes de sediments.

Una altra característica interessant dels hidrats és la seva impermeabilitat. Els hidrats de gas són molt impermeables al gas i a l'aigua, més impermeables que les argiles saturades amb aigua que treballen com a cobertura d'embornals de gas i petroli. Aquesta autoobstrucción permet la formació de grans jaciments d'hidrat de gas en el sòl oceànic.

El metà és el gas més abundant en els hidrats de gas, encara que també pot trobar-se età, propà, butà, sulfur d'hidrogen i gasos inerts.

Embornals d'hidratació de la Unió Soviètica.

Formació d'hidrats de gas

Han d'existir condicions adequades de pressió i temperatura per a formar hidrats de gas. Les millors regions de la Terra per a formar hidrats de gas cobreixen el 25% dels continents i el 90% dels oceans. Per tant, i tenint en compte que 3/4 de la Terra estan coberts d'oceans, existeixen enormes reserves d'hidrat de gas.

Els gasos naturals es troben lliures en els orificis i esquerdes de les roques sedimentàries, o ben dissolts en l'aigua, però quan es donen les condicions adequades es converteixen en sòlids i precipiten com a hidrats de gasos. Els estudis d'isòtops realitzats en hidrats de metà presents en les fosses del fons marí tenen el seu origen en la descomposició de la matèria orgànica.

Perquè aquesta formació es produeixi a les regions adequades per a la formació dels hidrats, és necessari assegurar una quantitat de gas que mantingui la saturació en l'aigua. Quan l'hidrat precipita sobre el porus dels sediments, la concentració de gasos en l'aigua circumdant disminueix considerablement. Aquesta disminució de la concentració atreu el gas que es troba en les pedres circumdants per a aconseguir l'equilibri i aquest gas atret es precipita augmentant la concentració d'hidrat. Es deu al fet que els hidrats de gas són impermeables al gas.

Explotació d'hidrats de gas

S'estan estudiant les vies per a explotar els hidrats de gas.

Si els hidrats de gas es plantegen com a font d'energia, hauran d'estudiar-se els mètodes d'aprofitament dels embornals d'aquests. Els embornals d'hidrat de gas poden trobar-se en dues zones molt diferents (en terra i mar), per la qual cosa les vies d'explotació hauran de ser diferents.

En els plantejaments en terra existeix un eix general que consisteix a alliberar el gas de l'hidrat de gas per al seu posterior aprofitament per mètodes convencionals. El canvi de fase del gas es pot realitzar per diferents vies.

Si la pressió disminueix en la fossa, els hidrats de gas comencen a descompondre's. També poden utilitzar-se mètodes termodinàmics i electroacústics. La descomposició dels hidrats es pot aconseguir injectant aigua o vapor calent. Encara que no es coneix amb exactitud, l'energia necessària per a alliberar el gas atrapat en els hidrats no és molt major que la necessària per a fondre el gel. Alguns creuen que part del metà alliberat pel fossat pot cremar-se per a escalfar el fossat.

Els jaciments submarins presenten característiques especials, ja que no estan coberts per una capa de roca impermeable. A més, estan molt estesos en el fons marí i la seva profunditat pot variar entre un i cent metres. Però en estar sotmesos a grans quantitats d'aigua, la seva explotació a pressió hidroestàtica constant és possible independentment de la via de descomposició de l'hidrat. Un altre factor a tenir en compte en les fosses submarines és que normalment constitueixen una coberta impermeable de fosses de gas lliure o petriolio. Per això, en aquest cas serà necessari explotar el gas lliure o el petroli abans de l'hidrat de gas.

Els hidrats de gas poden ser una font d'energia per al futur, però encara no n'hi ha prou amb els coneguts per a explotar els hidrats de gas. A tot el món i sobretot en la Unió Soviètica, s'està investigant aquest aspecte.