Metanhydrater är den enskilt största källan till fossilt bränsle på planeten och spelar en roll i klimatförändringarna. Den molekylära processen för deras bildning är inte känd och kraftigt debatterad. I ett papper i Journal of Physical Chemistry B , forskare vid Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences (HIMS) ger nu insikt i metanhydratbildning. De utförde atomistiska molekylära simuleringar som hjälper till att fastställa de viktigaste termodynamiska och kinetiska egenskaperna.

Blandningar av metangas och vatten kan spontant bilda ett fast hydrat. Sådana metanhydrater förekommer naturligt i överflöd vid havsbotten och i permafrost, överstiger naturgasreserven väsentligt. Som sådan, metanhydrater ses inte bara som en framtida energiresurs utan också som mycket relevant för globala klimatförändringar.

Kristallisationen av metanhydrater via homogen kärnbildning under naturlig, måttliga förhållanden är av både industriell och vetenskaplig relevans, men ändå dåligt förstådd. Att förutsäga kärnbildningshastigheterna vid sådana förhållanden är notoriskt svårt på grund av höga kärnbildningsbarriärer, och kräver, förutom en exakt molekylär modell, förbättrad provtagning.

Kristallkärnhastighet

Använder den effektiva provtagningstekniken för övergångsgränssnitt, Arjun Wadhawan och Peter Bolhuis från HIMS -forskargruppen Computational Chemistry förutspår nu den exakta kärnhastigheten med ett exakt atomistiskt kraftfält, med fokus på specifika förhållanden på 280 K och 500 bar. De beräknade en kristallkärnhastighet på några hundra kärnor per sekund per cm ³ . Denna siffra överensstämmer med experimentella uppskattningar för närliggande förhållanden, även om detta troligen är slumpmässigt eftersom förutsägelserna är mycket känsliga för den exakta simuleringsuppsättningen. Ändå, arbetet visar att det nu är möjligt att beräkna hastigheter för metanhydrat vid måttlig övermättnad, utan att förlita sig på andra antaganden än kraftfältet. Detta kommer att hjälpa framtida forskning som syftar till att förstå naturliga hydrater, förbättra syntesen av material, och utveckla upplösningsstrategier.