El hidrato de metano (fórmula CH 4 5.75H 2 O o 4CH 4 23H 2 O), o hidrato de metano, es un compuesto supramolecular de metano con agua , estable a bajas temperaturas y presiones elevadas. Este es el hidrato de gas más extendido en la naturaleza : sus reservas se estiman en 10 16 kg, dos órdenes de magnitud más que las reservas mundiales de petróleo [1] .
En la década de 1940 , científicos soviéticos ( Strizhov , Mokhnatkin, Chersky ) plantearon la hipótesis de la presencia de depósitos de hidratos de gas en la zona de permafrost . En la década de 1960, se descubrieron los primeros depósitos de hidratos de gas en el norte de la URSS . Desde entonces, los hidratos de gas han sido considerados como una fuente potencial de combustible . Gradualmente, se hizo evidente su amplia distribución en los océanos y la inestabilidad con el aumento de las temperaturas.
Ahora, los hidratos de gas natural están atrayendo especial atención como una posible fuente de combustibles fósiles, así como un contribuyente al cambio climático (ver la hipótesis de la pistola de hidrato de metano ).
Los hidratos de gas parecen nieve comprimida , pueden quemarse, descomponerse fácilmente en agua y gas cuando la temperatura aumenta. Debido a su estructura de clatrato , un hidrato de gas con un volumen de 1 m³ puede contener hasta 160–180 Nm³ de gas puro. Este indicador es comparable con algunos tipos prometedores de explosivos detonantes volumétricos.
La mayoría de los gases naturales ( CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , CO 2 , N 2 , H 2 S , isobutano , etc.) forman hidratos que existen bajo ciertas condiciones termobáricas. El área de su existencia se limita a los sedimentos del fondo del mar y áreas de permafrost . Los hidratos de gas natural predominantes son los hidratos de metano y dióxido de carbono .
Diagrama de Fases y Campo de Estabilidad del Hidrato de Metano en los Mares y Continentes . En el mar, el rango de estabilidad del hidrato de metano está determinado por la temperatura del agua en la capa inferior y el gradiente geotérmico . La temperatura del agua del fondo en los mares del norte es de +4 °C. Abajo, en rocas sedimentarias, crece de acuerdo con el gradiente geotérmico; a cierta temperatura, el hidrato de metano se vuelve inestable y se descompone en agua y metano. Se observa una imagen similar en los continentes, pero la profundidad de la descomposición de los hidratos en ellos depende de la profundidad del desarrollo del permafrost .
Como se desprende del diagrama de fase del hidrato de metano, su formación requiere bajas temperaturas y una presión relativamente alta, y cuanto mayor sea la presión, mayor será la temperatura a la que el hidrato de metano es estable. Así, a 0 °C es estable a presiones del orden de 25 bar y superiores. Tal presión se alcanza, por ejemplo, en el océano a una profundidad de unos 250 m A la presión atmosférica, la estabilidad del hidrato de metano requiere una temperatura de unos −80 °C. Sin embargo, los hidratos de metano aún pueden existir durante bastante tiempo a bajas presiones y a una temperatura más alta, pero necesariamente negativos; en este caso, se encuentran en un estado metaestable , su existencia proporciona el efecto de autoconservación. Durante la descomposición, los hidratos de metano están cubiertos con una costra de hielo, lo que evita una mayor descomposición.
Con un aumento en el espesor de la precipitación en el mar y el hundimiento o una disminución en el espesor del permafrost, el hidrato de metano se descompondrá y se formará un depósito de gas a poca profundidad, desde el cual el gas puede salir a la superficie. De hecho, tales emisiones se observan en la tundra y, a veces, en los mares.
Se cree que la catastrófica descomposición del hidrato de metano es la causa del Máximo Térmico del Paleoceno Tardío , un evento geológico en el límite Paleoceno - Eoceno que condujo a la extinción de muchas especies animales, el cambio climático y la sedimentación . .
Se ha invocado el proceso de avance del metano de los depósitos de hidratos de gas en alta mar para explicar la desaparición de barcos en el Triángulo de las Bermudas y en algunos otros lugares. La hipótesis es que cuando el metano sube a la superficie, el agua se satura de burbujas de gas y la densidad de la mezcla cae bruscamente, como resultado, el barco pierde su flotabilidad y se hunde. Existe la suposición de que, al elevarse en el aire, el metano también puede causar accidentes aéreos, por ejemplo, debido a una disminución en la densidad del aire, lo que conduce a una disminución en la sustentación y distorsión de las lecturas del altímetro . Además, el metano en el aire puede hacer que los motores se detengan o exploten.
Experimentalmente, se confirmó la posibilidad de una inundación bastante rápida (en decenas de segundos) de un recipiente que estaba en el límite de una liberación de gas si el gas se libera en una burbuja, cuyo tamaño es mayor o igual que el eslora de la embarcación. Sin embargo, la cuestión de tales emisiones de gases permanece abierta. Además, el hidrato de metano también se encuentra en otros lugares de los océanos del mundo, donde no se han registrado casos masivos de barcos desaparecidos.
En agosto de 2006, se anunció que los empresarios chinos invertirían 800 millones de yuanes (100 millones de dólares) durante los próximos 10 años para explorar la posibilidad de extraer gas de los depósitos de hidratos [2] . La Universidad de Bergen (Noruega) ha desarrollado una técnica para incorporar CO 2 a los depósitos de hidratos con la posterior recuperación de CH 4 . El 12 de marzo de 2013, ConocoPhillips , junto con la Corporación Nacional de Petróleo, Gas y Metales de Japón (JOGMEC), anunció la aplicación exitosa de este método cerca de Japón [3] [4] .
En mayo de 2017, Japón y China anunciaron un gran avance en el tema de la producción de gas a partir de depósitos de hidratos [5] . Sin embargo, el consenso de la industria del petróleo y el gas es que pasarán años antes de la producción comercial de hidratos [6] .
Durante la extracción y el transporte de gas natural en forma gaseosa, se pueden formar hidratos en pozos, comunicaciones de campo y gasoductos principales . Al depositarse en las paredes de las tuberías, los hidratos reducen drásticamente su rendimiento. Para combatir la formación de hidratos en los campos de gas, se introducen varios inhibidores en pozos y tuberías ( alcohol metílico , glicoles , solución de CaCl 2 al 30 % ) y la temperatura del flujo de gas se mantiene por encima de la temperatura de formación de hidratos mediante calentadores, aislamiento de tuberías y selección del modo de operación, proporcionando la temperatura máxima de la corriente de gas. Para evitar la formación de hidratos en los gasoductos principales, la deshidratación del gas es la más eficaz: la purificación del gas a partir del vapor de agua.