Двух зайцев одним выстрелом
Две из самых насущных проблем нашего времени - нехватка ископаемого топлива и угроза изменения климата из-за постоянно увеличивающегося выброса углекислого газа. Метод, который одновременно удаляет углекислый газ и производит метан, был бы очень близок к философскому камню. Привет из Утопии или из реальности? Исследовательская группа проверила такую потенциальную будущую технологию на предмет практичности.
Некоторое время назад на границах континентальных плит и в районах вечных льдов были обнаружены огромные залежи «горючего льда». Это гидрат метана, который образовался из метана и воды при низких температурах и высоких давлениях в результате разложения микроорганизмов. Выброс метана из этих резервуаров и использование относительно экологически чистого газа в качестве источника энергии будущего имеет большой смысл.
Однако добыча не так уж и тривиальна, потому что метан присутствует не в виде «газового пузыря», а в твердой форме, заключенной в льдоподобную структуру. Это породило идею вытеснения метана из его ледяной тюрьмы путем впрыскивания углекислого газа, который затем можно было бы элегантно хранить постоянно. Но работоспособна ли эта теория?
Для того, чтобы реакция работала, должны быть выполнены две вещи: термодинамика определяет равновесие между реагентами и продуктами и, таким образом, предоставляет информацию о максимально достижимом выходе. Кинетика определяет, сколько времени потребуется для достижения этого равновесия. Используя расчеты, Рипмистер и его коллеги пришли к выводу, что оба параметра благоприятны для начинания.
Лабораторные эксперименты также подтвердили, что диоксид углерода может выделять газообразный метан из гидрата метана. Однако количество полученного метана было значительно меньше, чем можно было бы ожидать из кинетических и термодинамических соображений. Одной из причин может быть то, что газообмен первоначально происходит на поверхности частиц гидрата. Внутри кристаллов остаются островки гидрата метана, окруженные смешанным гидратом. После этого дальнейший обмен больше невозможен.
Неудивительно, что такие факторы, как распределение гидрата метана в отложениях и, прежде всего, размер кристаллов в пределах конкретного хранилища, оказывают большое влияние на добычу - и в конечном итоге решают, будет ли технология успешной или потерпеть неудачу. © Angewandte Chemie