El clatrato de metano (CH 4 · 5.75H 2 O) o (4CH 4 · 23H 2 O), también llamado hidrato de metano , hidrometano , hielo de metano , hielo de fuego , hidrato de gas natural o hidrato de gas , es un compuesto de clatrato sólido (más específicamente , un clatrato hidrato ) en el que una gran cantidad de metano queda atrapada dentro de una estructura cristalina de agua, formando un sólido similar al hielo . [1] [2] [3] [4]Originalmente se pensó que ocurría solo en las regiones exteriores del Sistema Solar , donde las temperaturas son bajas y el hielo de agua es común, se han encontrado depósitos significativos de clatrato de metano debajo de los sedimentos en los fondos oceánicos de la Tierra . [5] El hidrato de metano se forma cuando el agua con enlaces de hidrógeno y el gas metano entran en contacto a altas presiones y bajas temperaturas en los océanos.
Los clatratos de metano son componentes comunes de la geosfera marina poco profunda y se encuentran en estructuras sedimentarias profundas y forman afloramientos en el fondo del océano. Se cree que los hidratos de metano se forman por precipitación o cristalización del metano que migra desde las fallas geológicas profundas . La precipitación ocurre cuando el metano entra en contacto con agua dentro del lecho marino sujeto a temperatura y presión. En 2008, la investigación sobre la estación antártica Vostok y los núcleos de hielo EPICA Dome C revelaron que los clatratos de metano también estaban presentes en los núcleos de hielo antárticos profundos y registran un historial de concentraciones de metano atmosférico , que data de hace 800.000 años. [6] El registro de clatrato de metano en el núcleo de hielo es una fuente primaria de datos para la investigación del calentamiento global , junto con el oxígeno y el dióxido de carbono.
General
Los hidratos de metano se descubrieron en Rusia en la década de 1960, y los estudios para extraer gas de ellos surgieron a principios del siglo XXI. [7]
Estructura y composición
La composición nominal de hidrato de clatrato de metano es (CH 4 ) 4 (H 2 O) 23 , o 1 mol de metano por cada 5,75 moles de agua, lo que corresponde al 13,4% de metano en masa, aunque la composición real depende de cuántas moléculas de metano encajar en las diversas estructuras de la jaula de la red de agua . La densidad observada es de alrededor de 0,9 g / cm 3 , lo que significa que el hidrato de metano flotará hacia la superficie del mar o de un lago a menos que esté unido en su lugar por formarse o anclado a un sedimento. [8] Por lo tanto, un litro de clatrato de metano sólido completamente saturado contendría alrededor de 120 gramos de metano (o alrededor de 169 litros de gas metano a 0 ° C y 1 atm), [nb 1] o un metro cúbico de clatrato de metano libera alrededor de 160 metros cúbicos de gas. [7]
El metano forma un hidrato de "estructura I" con dos jaulas de agua dodecaédricas (12 vértices, es decir, 12 moléculas de agua) y seis tetradecaédricas (14 moléculas de agua) por celda unitaria. (Debido al intercambio de moléculas de agua entre jaulas, solo hay 46 moléculas de agua por celda unitaria). Esto se compara con un número de hidratación de 20 para el metano en solución acuosa. [9] Un espectro de RMN MAS de clatrato de metano registrado a 275 K y 3,1 MPa muestra un pico para cada tipo de jaula y un pico separado para el metano en fase gaseosa . [ cita requerida ] En 2003, se sintetizó un intercalato de hidrato de arcilla-metano en el que se introdujo un complejo de hidrato de metano en la capa intermedia de una arcilla de montmorillonita rica en sodio . La estabilidad a la temperatura superior de esta fase es similar a la del hidrato de estructura I. [10]
Depósitos naturales
Los clatratos de metano están restringidos a la litosfera poco profunda (es decir, <2000 m de profundidad). Además, las condiciones necesarias se encuentran solo en rocas sedimentarias continentales en regiones polares donde las temperaturas superficiales promedio son inferiores a 0 ° C; o en sedimentos oceánicos a profundidades superiores a 300 m donde la temperatura del agua del fondo es de alrededor de 2 ° C. Además, los lagos de agua dulce profundos también pueden albergar hidratos de gas, por ejemplo, el lago de agua dulce Baikal , Siberia. [11] depósitos continentales se han localizado en la Siberia y Alaska en piedra arenisca y limolita camas a menos de 800 m de profundidad. Los depósitos oceánicos parecen estar muy extendidos en la plataforma continental (ver Fig.) Y pueden ocurrir dentro de los sedimentos en profundidad o cerca de la interfaz sedimento-agua . Pueden tapar depósitos aún más grandes de metano gaseoso. [12]
Oceánico
Hay dos tipos distintos de depósitos oceánicos. El más común está dominado (> 99%) por el metano contenido en una estructura I clatrato y generalmente se encuentra en profundidad en el sedimento. Aquí, el metano es isotópicamente ligero ( δ 13 C <-60 ‰), lo que indica que se deriva de la reducción microbiana de CO 2 . Se cree que los clatratos en estos depósitos profundos se formaron in situ a partir del metano producido microbianamente, ya que los valores de δ 13 C del clatrato y el metano disuelto circundante son similares. [12] Sin embargo, también se cree que el agua dulce utilizada en la presurización de pozos de petróleo y gas en el permafrost y a lo largo de las plataformas continentales en todo el mundo se combina con metano natural para formar clatrato en profundidad y presión, ya que los hidratos de metano son más estables en agua dulce. que en agua salada. Las variaciones locales pueden ser muy comunes, ya que el acto de formar hidrato, que extrae agua pura de las aguas de formación salina, a menudo puede conducir a aumentos locales, y potencialmente significativos, en la salinidad del agua de formación. Los hidratos normalmente excluyen la sal en el fluido poroso del que se forma, por lo que exhiben una resistividad eléctrica alta como el hielo, y los sedimentos que contienen hidratos tienen una resistividad más alta en comparación con los sedimentos sin hidratos de gas (Juez [67]). [13] : 9
Estos depósitos están ubicados dentro de una zona de profundidad media de alrededor de 300 a 500 m de espesor en los sedimentos (la zona de estabilidad de hidratos de gas , o GHSZ) donde coexisten con el metano disuelto en las aguas de los poros dulces, no salados. Por encima de esta zona, el metano solo está presente en su forma disuelta en concentraciones que disminuyen hacia la superficie del sedimento. Debajo de él, el metano es gaseoso. En Blake Ridge en la subida continental del Atlántico , la GHSZ comenzó a 190 m de profundidad y continuó hasta 450 m, donde alcanzó el equilibrio con la fase gaseosa. Las mediciones indicaron que el metano ocupaba 0-9% por volumen en la GHSZ y ~ 12% en la zona gaseosa. [14] [15]
En el segundo tipo menos común que se encuentra cerca de la superficie del sedimento, algunas muestras tienen una mayor proporción de hidrocarburos de cadena más larga (<99% de metano) contenidos en un clatrato de estructura II. El carbono de este tipo de clatrato es isotópicamente más pesado ( δ 13 C es -29 a -57 ‰) y se cree que ha migrado hacia arriba desde sedimentos profundos, donde el metano se formó por descomposición térmica de materia orgánica . Se han encontrado ejemplos de este tipo de depósito en el Golfo de México y el Mar Caspio . [12]
Algunos depósitos tienen características intermedias entre los tipos de origen microbiano y térmico y se considera que se forman a partir de una mezcla de los dos.
El metano en los hidratos de gas es generado predominantemente por consorcios microbianos que degradan la materia orgánica en ambientes con poco oxígeno, y el metano en sí es producido por arqueas metanogénicas . La materia orgánica en los pocos centímetros superiores de los sedimentos es atacada primero por bacterias aeróbicas, generando CO 2 , que escapa de los sedimentos a la columna de agua . Por debajo de esta región de actividad aeróbica, los procesos anaeróbicos toman el relevo, incluyendo, sucesivamente con la profundidad, la reducción microbiana de nitrito / nitrato, óxidos metálicos, y luego los sulfatos se reducen a sulfuros . Finalmente, una vez que se agota el sulfato, la metanogénesis se convierte en una vía dominante para la remineralización del carbono orgánico .
Si la velocidad de sedimentación es baja (aproximadamente 1 cm / año), el contenido de carbono orgánico es bajo (aproximadamente 1%) y el oxígeno es abundante, las bacterias aeróbicas pueden consumir toda la materia orgánica de los sedimentos más rápido de lo que se agota el oxígeno, por lo que no se utilizan aceptores de electrones de menor energía . Pero donde las tasas de sedimentación y el contenido de carbono orgánico son altos, lo que suele ser el caso en las plataformas continentales y debajo de las zonas de afloramiento de corrientes fronterizas occidentales, el agua de los poros en los sedimentos se vuelve anóxica a profundidades de solo unos pocos centímetros o menos. En tales sedimentos marinos ricos en orgánicos, el sulfato se convierte en el aceptor de electrones terminales más importante debido a su alta concentración en el agua de mar , aunque también se agota en una profundidad de centímetros a metros. Por debajo de esto, se produce metano. Esta producción de metano es un proceso bastante complicado, que requiere un ambiente altamente reductor (Eh −350 a −450 mV) y un pH entre 6 y 8, así como un complejo consorcio sintrófico de diferentes variedades de arqueas y bacterias, aunque es sólo arqueas que realmente emiten metano.
En algunas regiones (por ejemplo, Golfo de México, Cuenca de Joetsu), el metano en los clatratos puede derivarse al menos parcialmente de la degradación térmica de la materia orgánica (por ejemplo, la generación de petróleo), y el petróleo incluso forma un componente exótico dentro del propio hidrato que se puede recuperar cuando el hidrato se disocia. [16] [17] [ cita requerida ] El metano en los clatratos típicamente tiene una firma isotópica biogénica y δ 13 C altamente variable (-40 a -100 ‰), con un promedio aproximado de aproximadamente -65 ‰. [18] [ cita requerida ] [19] [20] [21] Por debajo de la zona de clatratos sólidos, grandes volúmenes de metano pueden formar burbujas de gas libre en los sedimentos. [14] [22] [23]
La presencia de clatratos en un sitio dado a menudo se puede determinar mediante la observación de un "reflector de simulación de fondo" (BSR), que es un reflejo sísmico en la interfaz de la zona de estabilidad de sedimento a clatrato causado por las densidades desiguales de sedimentos normales y aquellos mezclados con clatratos.
Se han descubierto pingos de hidrato de gas en los océanos árticos del mar de Barents. El metano está burbujeando desde estas estructuras en forma de cúpula, y algunas de estas llamaradas de gas se extienden cerca de la superficie del mar. [24]
Tamaño del reservorio
El tamaño del depósito de clatrato de metano oceánico es poco conocido, y las estimaciones de su tamaño disminuyeron aproximadamente en un orden de magnitud por década desde que se reconoció por primera vez que los clatratos podrían existir en los océanos durante las décadas de 1960 y 1970. [25] Las estimaciones más altas (por ejemplo, 3 × 10 18 m 3 ) [26] se basaron en la suposición de que los clatratos completamente densos podrían ensuciar todo el fondo del océano profundo. Las mejoras en nuestra comprensión de la química del clatrato y la sedimentología han revelado que los hidratos se forman solo en un rango estrecho de profundidades ( plataformas continentales ), solo en algunos lugares en el rango de profundidades donde podrían ocurrir (10-30% de la zona de estabilidad de hidratos de gas ), y por lo general se encuentran en concentraciones bajas (0,9–1,5% por volumen) en los sitios donde ocurren. Estimaciones recientes limitadas por el muestreo directo sugieren que el inventario global ocupa entre 1 × 10 15 y 5 × 10 15 metros cúbicos (0,24 y 1,2 millones de millas cúbicas). [25] Esta estimación, correspondiente a 500-2500 gigatoneladas de carbono (Gt C), es menor que las 5000 Gt C estimadas para todas las demás reservas de combustible geoorgánico, pero sustancialmente mayor que las ~ 230 Gt C estimadas para otras fuentes de gas natural. [25] [27] El reservorio de permafrost se ha estimado en alrededor de 400 Gt C en el Ártico, [28] [ cita requerida ] pero no se han hecho estimaciones de posibles reservorios antárticos. Son grandes cantidades. En comparación, el carbono total en la atmósfera es de alrededor de 800 gigatoneladas (ver Carbono: Ocurrencia ).
Estas estimaciones modernas son notablemente más pequeñas que las 10,000 a 11,000 Gt C (2 × 10 16 m 3 ) propuestas [29] por investigadores anteriores como una razón para considerar los clatratos como un recurso combustible geo-orgánico (MacDonald 1990, Kvenvolden 1998). La menor abundancia de clatratos no descarta su potencial económico, pero un volumen total menor y una concentración aparentemente baja en la mayoría de los sitios [25] sugiere que solo un porcentaje limitado de depósitos de clatratos puede proporcionar un recurso económicamente viable.
Continental
Clatratos de metano en las rocas continentales se encuentran atrapados en lechos de piedra arenisca o roca sedimentaria a profundidades de menos de 800 m. El muestreo indica que se forman a partir de una mezcla de gas derivado térmica y microbianamente del que los hidrocarburos más pesados se eliminaron posteriormente de forma selectiva. Estos ocurren en Alaska , Siberia y el norte de Canadá .
En 2008, investigadores canadienses y japoneses extrajeron un flujo constante de gas natural de un proyecto de prueba en el sitio de hidratos de gas de Mallik en el delta del río Mackenzie . Esta fue la segunda perforación de este tipo en Mallik: la primera tuvo lugar en 2002 y utilizó calor para liberar metano. En el experimento de 2008, los investigadores pudieron extraer gas bajando la presión, sin calentar, requiriendo significativamente menos energía. [30] El campo de hidratos de gas de Mallik fue descubierto por primera vez por Imperial Oil en 1971-1972. [31]
Uso comercial
Los depósitos económicos de hidrato se denominan hidrato de gas natural (NGH) y almacenan 164 m 3 de metano, 0,8 m 3 de agua en 1 m 3 de hidrato. [32] La mayor parte del NGH se encuentra debajo del lecho marino (95%) donde existe en equilibrio termodinámico. El yacimiento de hidrato de metano sedimentario probablemente contiene entre 2 y 10 veces las reservas de gas natural convencional conocidas actualmente , a partir de 2013[actualizar]. [33] Esto representa una fuente futura potencialmente importante de combustible de hidrocarburos . Sin embargo, en la mayoría de los sitios se cree que los depósitos están demasiado dispersos para una extracción económica. [25] Otros problemas que enfrenta la explotación comercial son la detección de reservas viables y el desarrollo de la tecnología para extraer gas metano de los depósitos de hidratos.
En agosto de 2006, China anunció planes para gastar 800 millones de yuanes (US $ 100 millones) durante los próximos 10 años para estudiar los hidratos de gas natural. [34] Una reserva potencialmente económica en el Golfo de México puede contener aproximadamente 100 mil millones de metros cúbicos (3,5 × 10 12 pies cúbicos) de gas. [25] Bjørn Kvamme y Arne Graue del Instituto de Física y Tecnología de la Universidad de Bergen han desarrollado un método para inyectar CO
2en hidratos y revertir el proceso; extrayendo así CH 4 por intercambio directo. [35] El método de la Universidad de Bergen está siendo probado sobre el terreno por ConocoPhillips y la estatal Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC), y está parcialmente financiado por el Departamento de Energía de Estados Unidos. El proyecto ya ha llegado a la fase de inyección y estaba analizando los datos resultantes al 12 de marzo de 2012. [36]
El 12 de marzo de 2013, los investigadores de JOGMEC anunciaron que habían extraído con éxito gas natural del hidrato de metano congelado. [37] Con el fin de extraer el gas, se utilizó un equipo especializado para perforar y despresurizar los depósitos de hidratos, lo que provocó que el metano se separara del hielo. Luego, el gas se recogió y se canalizó a la superficie donde se encendió para probar su presencia. [38] Según un portavoz de la industria, "[fue] el primer experimento en alta mar del mundo que produjo gas a partir de hidrato de metano". [37] Anteriormente, el gas se había extraído de depósitos en tierra, pero nunca de depósitos en alta mar, que son mucho más comunes. [38] El campo de hidratos del que se extrajo el gas se encuentra a 50 kilómetros (31 millas) del centro de Japón en el canal Nankai , a 300 metros (980 pies) bajo el mar. [37] [38] Un portavoz de JOGMEC comentó que "Japón podría finalmente tener una fuente de energía para llamarla propia". [38] El geólogo marino Mikio Satoh comentó: "Ahora sabemos que la extracción es posible. El siguiente paso es ver hasta qué punto Japón puede reducir los costos para hacer que la tecnología sea económicamente viable". [38] Japón estima que hay al menos 1,1 billones de metros cúbicos de metano atrapados en el canal de Nankai, suficiente para satisfacer las necesidades del país durante más de diez años. [38]
Tanto Japón como China anunciaron en mayo de 2017 un gran avance para la extracción de clatratos de metano, cuando extrajeron metano de los hidratos en el Mar de China Meridional . [7] China describió el resultado como un gran avance; Praveen Linga, del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Universidad Nacional de Singapur, coincidió en que "en comparación con los resultados que hemos visto de la investigación japonesa, los científicos chinos han logrado extraer mucho más gas en sus esfuerzos". [39] El consenso de la industria es que faltan años para la producción a escala comercial. [40]
Preocupaciones ambientales
Los expertos advierten que los impactos ambientales aún se están investigando y que el metano, un gas de efecto invernadero con alrededor de 25 veces más potencial de calentamiento global durante un período de 100 años (GWP100) que el dióxido de carbono, podría escapar a la atmósfera si algo sale mal. [41] Además, aunque más limpio que el carbón, la quema de gas natural también genera emisiones de carbono. [42] [43] [44]
Hidratos en el procesamiento de gas natural
Operaciones de rutina
Los clatratos (hidratos) de metano también se forman comúnmente durante las operaciones de producción de gas natural, cuando el agua líquida se condensa en presencia de metano a alta presión. Se sabe que las moléculas de hidrocarburos más grandes como el etano y el propano también pueden formar hidratos, aunque las moléculas más largas (butanos, pentanos) no pueden caber en la estructura de la jaula de agua y tienden a desestabilizar la formación de hidratos.
Una vez formados, los hidratos pueden bloquear la tubería y el equipo de procesamiento. Por lo general, luego se eliminan reduciendo la presión, calentándolos o disolviéndolos por medios químicos (comúnmente se usa metanol). Se debe tener cuidado para asegurar que la eliminación de los hidratos se controle cuidadosamente, debido a la posibilidad de que el hidrato experimente una transición de fase del hidrato sólido para liberar agua y metano gaseoso a una velocidad alta cuando se reduce la presión. La rápida liberación de gas metano en un sistema cerrado puede resultar en un rápido aumento de la presión. [8]
Generalmente es preferible evitar que los hidratos se formen o bloqueen el equipo. Esto se logra comúnmente eliminando agua o mediante la adición de etilenglicol (MEG) o metanol , que actúan para reducir la temperatura a la que se formarán los hidratos. En los últimos años, se han desarrollado otras formas de inhibidores de hidratos, como los inhibidores de hidratos cinéticos (aumentando el subenfriamiento requerido que los hidratos necesitan para formarse, a expensas de una mayor tasa de formación de hidratos) y antiaglomerados, que no previenen Se forman hidratos, pero evitan que se peguen entre sí para bloquear el equipo.
Efecto de la transición de la fase de hidratos durante la perforación en aguas profundas
Al perforar en formaciones que contienen petróleo y gas sumergidas en aguas profundas, el gas del yacimiento puede fluir hacia el pozo y formar hidratos de gas debido a las bajas temperaturas y altas presiones que se encuentran durante la perforación en aguas profundas. Los hidratos de gas pueden luego fluir hacia arriba con lodo de perforación u otros fluidos descargados. Cuando los hidratos aumentan, la presión en el anillo disminuye y los hidratos se disocian en gas y agua. La rápida expansión del gas expulsa fluido del pozo, reduciendo aún más la presión, lo que conduce a una mayor disociación de hidratos y una mayor expulsión de fluido. La expulsión violenta resultante de fluido del anillo es una causa potencial o contribuyente al "retroceso". [45] (Las patadas, que pueden causar reventones, por lo general no involucran hidratos: ver Reventón: patada de formación ).
Las medidas que reducen el riesgo de formación de hidratos incluyen:
- Altos caudales, que limitan el tiempo de formación de hidratos en un volumen de fluido, reduciendo así el potencial de retroceso. [45]
- Medición cuidadosa del flujo de la línea para detectar taponamientos de hidratos incipientes. [45]
- Tenga especial cuidado al medir cuando las tasas de producción de gas son bajas y la posibilidad de formación de hidratos es mayor que con tasas de flujo de gas relativamente altas. [45]
- El monitoreo del revestimiento del pozo después de que está " cerrado " (aislado) puede indicar la formación de hidratos. Después del "cierre", la presión aumenta mientras el gas se difunde a través del depósito hasta el pozo ; la tasa de aumento de presión exhibe una tasa de aumento reducida mientras se forman los hidratos. [45]
- Las adiciones de energía (p. Ej., La energía liberada al fraguar el cemento utilizado en la terminación de pozos) pueden elevar la temperatura y convertir los hidratos en gas, produciendo una "patada".
Recuperación por reventón
A profundidades suficientes, el metano se compleja directamente con el agua para formar hidratos de metano, como se observó durante el derrame de petróleo de Deepwater Horizon en 2010. Los ingenieros de BP desarrollaron e implementaron un sistema de recuperación de petróleo submarino sobre el derrame de petróleo de un pozo de petróleo de aguas profundas de 5,000 pies (1,500 m) por debajo del nivel del mar para capturar el petróleo que se escapa. Esto implicó colocar una cúpula de 125 toneladas (276.000 libras) sobre la fuga más grande del pozo y conectarla a un recipiente de almacenamiento en la superficie. [46] Esta opción tenía el potencial de recolectar alrededor del 85% del petróleo que se derramaba, pero no se había probado previamente a tales profundidades. [46] BP implementó el sistema del 7 al 8 de mayo, pero falló debido a la acumulación de clatrato de metano dentro de la cúpula; con su baja densidad de aproximadamente 0,9 g / cm 3, los hidratos de metano se acumularon en la cúpula, añadiendo flotabilidad y obstruyendo el flujo. [47]
Clatratos de metano y cambio climático
El metano es un poderoso gas de efecto invernadero . A pesar de su corta vida media atmosférica de 12 años, el metano tiene un potencial de calentamiento global de 86 en 20 años y de 34 en 100 años (IPCC, 2013). Se ha planteado la hipótesis de que la liberación repentina de grandes cantidades de gas natural de los depósitos de clatrato de metano es una de las causas de los cambios climáticos pasados y posiblemente futuros . Los eventos posiblemente vinculados de esta manera son el evento de extinción Pérmico-Triásico y el Máximo Térmico Paleoceno-Eoceno .
Los científicos del clima como James E. Hansen predicen que los clatratos de metano en las regiones de permafrost se liberarán debido al calentamiento global, desatando poderosas fuerzas de retroalimentación que pueden causar un cambio climático desbocado . [48]
La investigación llevada a cabo en 2008 en el Ártico de Siberia encontró millones de toneladas de metano liberadas [49] [50] [51] [52] [53] con concentraciones en algunas regiones que alcanzan hasta 100 veces lo normal. [54]
Mientras investigaban el Océano Ártico de Siberia Oriental durante el verano, los investigadores se sorprendieron por la alta concentración de metano y teorizaron que se estaba liberando de bolsas de clatratos de metano incrustadas en hielo en el fondo del mar que habían sido desestabilizadas por agua más caliente. [55]
En 2014, basándose en su investigación sobre los márgenes continentales marinos del Atlántico norte de los Estados Unidos desde Cape Hatteras hasta Georges Bank , un grupo de científicos del Servicio Geológico de los Estados Unidos, el Departamento de Geociencias, la Universidad Estatal de Mississippi, el Departamento de Ciencias Geológicas, la Universidad Brown y la Tierra Resources Technology, afirmó que había una fuga generalizada de metano. [56] [57]
Científicos del Centro de Hidrato de Gas Ártico (CAGE), Medio Ambiente y Clima de la Universidad de Tromsø , publicaron un estudio en junio de 2017, que describe más de cien cráteres de sedimentos oceánicos , de unos 300 metros de ancho y hasta 30 metros de profundidad, formados debido a erupciones explosivas, atribuidas a hidratos de metano desestabilizadores, tras el retroceso de la capa de hielo durante el último período glacial , hace unos 15.000 años, unos siglos después del calentamiento de Bølling-Allerød . Estas áreas alrededor del Mar de Barents , todavía filtran metano en la actualidad, y las protuberancias que aún existen con depósitos de metano podrían eventualmente tener el mismo destino. [58]
Hidratos de gas natural para almacenamiento y transporte de gas
Dado que los clatratos de metano son estables a una temperatura más alta que el gas natural licuado (GNL) (−20 frente a −162 ° C), existe cierto interés en convertir el gas natural en clatratos (gas natural solidificado o SNG) en lugar de licuarlo al transportarlo. por buques de navegación marítima . Una ventaja significativa sería que la producción de hidrato de gas natural (NGH) a partir de gas natural en la terminal requeriría una planta de refrigeración más pequeña y menos energía que el GNL. Para compensar esto, por 100 toneladas de metano transportadas, tendrían que transportarse 750 toneladas de hidrato de metano; dado que esto requeriría un barco de 7,5 veces más de desplazamiento, o requeriría más barcos, es poco probable que resulte económicamente viable. [ cita requerida ] . Recientemente, el hidrato de metano ha recibido un interés considerable para aplicaciones de almacenamiento estacionario a gran escala debido a las condiciones de almacenamiento muy suaves con la inclusión de tetrahidrofurano (THF) como co-huésped. [59] [60] Con la inclusión de tetrahidrofurano , aunque hay una ligera reducción en la capacidad de almacenamiento de gas, se ha demostrado que los hidratos son estables durante varios meses en un estudio reciente a -2 ° C y presión atmosférica. [61] Un estudio reciente ha demostrado que SNG se puede formar directamente con agua de mar en lugar de agua pura en combinación con THF. [62]
Ver también
- Desarrollo energético futuro
- Efectos a largo plazo del calentamiento global
- El enjambre (novela de Schätzing)
Notas
- ^ La composición promedio de hidrato de clatrato de metano es 1 mol de metano por cada 5.75 moles de agua. La densidad observada es de alrededor de 0,9 g / cm 3 . [8] Para un mol de metano, que tiene una masa molar de aproximadamente 16.043 g (ver Metano ), tenemos 5.75 moles de agua, con una masa molar de aproximadamente 18.015 g (ver Propiedades del agua ), así que juntos para cada mol de metano, el complejo de clatrato tiene una masa de 16.043 g + 5.75 × 18.015 g ≈ 119.631 g. La contribución fraccional de metano a la masa es entonces igual a 16.043 g / 119.631 g ≈ 0.1341. La densidad es de alrededor de 0,9 g / cm 3 , por lo que un litro de clatrato de metano tiene una masa de alrededor de 0,9 kg, y la masa del metano contenido en él es entonces de aproximadamente 0,1341 × 0,9 kg ≈ 0,1207 kg. A una densidad como gas de 0,716 kg / m 3 (a 0 ° C; consulte el cuadro de información en Metano ), esto llega a un volumen de 0,1207 / 0,716 m 3 = 0,1686 m 3 = 168,6 L.
Referencias
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enlaces externos
- ¿Hay depósitos de metano bajo el mar? ¿El calentamiento global liberará metano a la atmósfera? (2007)
- Filtraciones de metano del lecho marino del Ártico (BBC)
- Burbujas de calentamiento, debajo del hielo (LA Times 2009)
Investigar
- Centro de Hidrato de Gas Ártico, Medio Ambiente y Clima (CAGE)
- Centro de Investigación de Hidratos
- Actividades de investigación geológica de USGS con el servicio de gestión de minerales de EE. UU .: hidratos de gas metano
- Producción de energía de metano neutra en carbono a partir de depósitos de hidratos (Universidad de Columbia)
Video
- Laboratorio de hidratos de gas de USGS (2012)
- Antiguas explosiones de metano crearon cráteres oceánicos (2017)