El análisis molecular de los compuestos de hielo y gas conocidos como hidratos de gas ha permitido revelar detalles trascendentes de su estructura. Fuente: Pacific Northwest National Laboratory.
Los hidratos de gas podrían transformarse antes de lo pensado en una fuente energética viable a gran escala, según una investigación llevada a cabo por expertos del Pacific Northwest National Laboratory, de Estados Unidos, que aporta nueva e importante información sobre su estructura molecular. Por otra parte, los hidratos de gas también podrían convertirse en una solución efectiva para el almacenamiento de dióxido de carbono, reduciendo el impacto ambiental negativo del mismo.
En el marco de la investigación, distintas simulaciones por ordenador revelaron las características y el comportamiento de los componentes de los hidratos de gas a escala molecular, marcando un nuevo punto de avance para el desarrollo de esta alternativa energética. Según el Departamento de Energía estadounidense, los resultados obtenidos permiten determinar que los hidratos de gas podrían transformarse en un recurso energético práctico y asequible, y que además facilitarían el almacenamiento de CO2.
Las conclusiones de esta investigación fueron difundidas a través de una nota de prensa del Pacific Northwest National Laboratory, y en un artículo publicado en la revista especializada Chemical Physics Letters. El análisis constituye la primera vez en la que se han determinado con precisión las interacciones a escala molecular entre los componentes de los hidratos de gas.
Este nuevo conocimiento podría ser vital para poner en marcha la producción energética de estos recursos. Según Sotiris Xantheas, especialista del Pacific Northwest National Laboratory y director de la investigación, en la actualidad se cree con relación a los hidratos de gas que se necesitan grandes cantidades de energía para impulsar la salida de metano, un proceso que resulta peligroso y puede destruir las estructuras implicadas en la producción.
En el marco de la investigación, distintas simulaciones por ordenador revelaron las características y el comportamiento de los componentes de los hidratos de gas a escala molecular, marcando un nuevo punto de avance para el desarrollo de esta alternativa energética. Según el Departamento de Energía estadounidense, los resultados obtenidos permiten determinar que los hidratos de gas podrían transformarse en un recurso energético práctico y asequible, y que además facilitarían el almacenamiento de CO2.
Las conclusiones de esta investigación fueron difundidas a través de una nota de prensa del Pacific Northwest National Laboratory, y en un artículo publicado en la revista especializada Chemical Physics Letters. El análisis constituye la primera vez en la que se han determinado con precisión las interacciones a escala molecular entre los componentes de los hidratos de gas.
Este nuevo conocimiento podría ser vital para poner en marcha la producción energética de estos recursos. Según Sotiris Xantheas, especialista del Pacific Northwest National Laboratory y director de la investigación, en la actualidad se cree con relación a los hidratos de gas que se necesitan grandes cantidades de energía para impulsar la salida de metano, un proceso que resulta peligroso y puede destruir las estructuras implicadas en la producción.
El mundo interior de los hidratos de gas
Sin embargo, Xantheas señala que los modelos computacionales elaborados por su equipo muestran que existe una vía alternativa de baja energía para optimizar la producción. Para ello es necesario romper un enlace de hidrógeno entre las moléculas individuales de agua que forman el compuesto. Esto provoca la salida del metano, pero luego la estructura vuelve a cerrarse por su cuenta.
Los hidratos de gas, especialmente los hidratos de metano, almacenan grandes cantidades de gas natural. Tienen aspecto de hielo (por eso se los denomina “hielo que arde”), pero en realidad poseen combustible en su interior. Se generan naturalmente en el subsuelo helado, por ejemplo en Alaska, pero poco se sabía hasta ahora acerca de su estructura química y los procesos que ocurren en ellos a nivel molecular.
En distintas ocasiones han sido conocidos por causar problemas a la industria del petróleo, ya que tienden a obstruir las tuberías y pueden explotar. En trabajos anteriores, Xantheas y sus colegas utilizaron algoritmos informáticos y diferentes modelos para examinar la base de agua y hielo que funciona como andamio que sostiene el gas en los hidratos.
Se descubrió que en el interior de los hidratos de gas se forman “celdas individuales” realizadas con 20 ó 24 moléculas de agua. Varias celdas se unen en redes de gran tamaño. Para conocer la forma en la cual los combustibles se acomodan dentro de las celdas de agua, los especialistas crearon en esta nueva etapa de la investigación modelos informáticos que reflejan estas estructuras internas.
Sin embargo, Xantheas señala que los modelos computacionales elaborados por su equipo muestran que existe una vía alternativa de baja energía para optimizar la producción. Para ello es necesario romper un enlace de hidrógeno entre las moléculas individuales de agua que forman el compuesto. Esto provoca la salida del metano, pero luego la estructura vuelve a cerrarse por su cuenta.
Los hidratos de gas, especialmente los hidratos de metano, almacenan grandes cantidades de gas natural. Tienen aspecto de hielo (por eso se los denomina “hielo que arde”), pero en realidad poseen combustible en su interior. Se generan naturalmente en el subsuelo helado, por ejemplo en Alaska, pero poco se sabía hasta ahora acerca de su estructura química y los procesos que ocurren en ellos a nivel molecular.
En distintas ocasiones han sido conocidos por causar problemas a la industria del petróleo, ya que tienden a obstruir las tuberías y pueden explotar. En trabajos anteriores, Xantheas y sus colegas utilizaron algoritmos informáticos y diferentes modelos para examinar la base de agua y hielo que funciona como andamio que sostiene el gas en los hidratos.
Se descubrió que en el interior de los hidratos de gas se forman “celdas individuales” realizadas con 20 ó 24 moléculas de agua. Varias celdas se unen en redes de gran tamaño. Para conocer la forma en la cual los combustibles se acomodan dentro de las celdas de agua, los especialistas crearon en esta nueva etapa de la investigación modelos informáticos que reflejan estas estructuras internas.
Los hidratos de gas se generan naturalmente en el subsuelo helado, por ejemplo en Alaska. Imagen: Parque Nacional de Denali y monte McKinley en Alaska. Fuente: Wikimedia Commons.
Datos alentadores
De esta manera, se llegó a determinar la capacidad de almacenamiento de estas celdas, que en estructuras conformadas por 24 moléculas de agua pueden contener hasta siete moléculas de hidrógeno. La máxima capacidad de almacenamiento equivale a alrededor del 10% del peso de las estructuras.
Según el Departamento de Energía de Estados Unidos, para que la extracción del combustible sea un proceso práctico y viable, se requiere que la capacidad de almacenamiento esté por encima del 5,5% del peso. En consecuencia, la investigación determina que el proceso podría ser efectivo con las nuevas técnicas y metodologías.
Por otro lado, se concluyó que las “celdas de agua” son lo suficientemente grandes como para almacenar cómodamente una molécula de metano, y que éste puede ser extraído de manera simple y segura. Este proceso es importante porque puede imitarse con el gas natural, favoreciendo la producción energética a partir de los hidratos de gas.
Asimismo, los investigadores se encuentran realizando actualmente nuevas simulaciones por ordenador para evaluar el comportamiento del dióxido de carbono en estas estructuras en lugar del metano, para poder determinar fielmente si es factible el almacenamiento de dióxido de carbono en los hidratos, una posibilidad que podría tener importantes implicaciones desde el punto de vista ambiental.
De esta manera, se llegó a determinar la capacidad de almacenamiento de estas celdas, que en estructuras conformadas por 24 moléculas de agua pueden contener hasta siete moléculas de hidrógeno. La máxima capacidad de almacenamiento equivale a alrededor del 10% del peso de las estructuras.
Según el Departamento de Energía de Estados Unidos, para que la extracción del combustible sea un proceso práctico y viable, se requiere que la capacidad de almacenamiento esté por encima del 5,5% del peso. En consecuencia, la investigación determina que el proceso podría ser efectivo con las nuevas técnicas y metodologías.
Por otro lado, se concluyó que las “celdas de agua” son lo suficientemente grandes como para almacenar cómodamente una molécula de metano, y que éste puede ser extraído de manera simple y segura. Este proceso es importante porque puede imitarse con el gas natural, favoreciendo la producción energética a partir de los hidratos de gas.
Asimismo, los investigadores se encuentran realizando actualmente nuevas simulaciones por ordenador para evaluar el comportamiento del dióxido de carbono en estas estructuras en lugar del metano, para poder determinar fielmente si es factible el almacenamiento de dióxido de carbono en los hidratos, una posibilidad que podría tener importantes implicaciones desde el punto de vista ambiental.