Nuevo modo de producir rápidamente hielo combustible (hidrato de metano)

Praveen Linga/NUS

 

 Los hidratos de gas son compuestos de inclusión cristalinos consistentes en jaulas de moléculas de agua unidades por enlaces de hidrógeno en cuyo interior pueden quedar atrapados gases como metano, etano y propano. También se llaman clatratos de gas. Uno de los más conocidos es el de metano. A simple vista, los hidratos de metano son sólidos cristalinos que tienen el aspecto de hielo o nieve y por eso se le llama hielo combustible.

La naturaleza ha estado almacenando metano como hidratos de gas durante millones de años gracias a las condiciones de presión y temperatura que existen en el talud continental y en las regiones polares. El metano que resulta de la descomposición de los organismos vivientes marinos reacciona con agua próxima a su punto de congelación formando estas estructuras que representan una fuente importante de metano, combustible fósil cuya combustión es muy limpia.

Los métodos industriales actuales para almacenar metano tienen sus limitaciones. El gas natural licuado requiere temperaturas extremadamente bajas (−163 ° C) mientras que el gas natural comprimido representa un riesgo para la seguridad y requiere tanques de almacenamiento costosos. Sin embargo, los gases naturales solidificados, como los hidratos de gas, son una forma compacta de almacenar gas natural a presiones y temperaturas moderadas, utilizando agua como materia prima principal (> 94%).
Pero las aplicaciones comerciales de hidratos de gas están limitadas por problemas para formar los hidratos a una velocidad lo suficientemente rápida y asegurar su estabilidad de almacenamiento prolongada.

Ahora, científicos de Singapur han descubierto una manera de crear hidratos de metano a presión atmosférica y temperatura moderada mediante usando 1,3-dioxolano y el aminoácido triptófano. Esta mezcla es significativamente menos tóxica que los aditivos tradicionales y da como resultado el tiempo de reacción más rápido jamás reportado para producir hidratos para el almacenamiento estable de metano. 

El triptófano funciona aquí como un promotor cinético. Aumenta la porosidad y flexibilidad de los cristales de hidratos y abre caminos dentro de la microestructura del cristal. Esto facilita un mayor contacto entre el metano y el agua y permite una difusión más rápida del metano en la fase sólida. La adición de triptófano provoca un aumento del 147% en la tasa de formación de hidratos en comparación con un sistema de agua-1,3-dioxolano. El equipo también descubrió que la pastilla de hidrato exhibía una gran estabilidad cuando se almacena a presión atmosférica y una temperatura de -5 ° C. Además, su mezcla de aditivos también es menos tóxica que los aditivos tradicionales como el tetrahidrofurano, que es tanto volátil como cancerígeno.

La capacidad de formar rápidamente hidratos de metano en condiciones de presión más baja y bajo refrigeración suave es una gran ventaja, y cuando se combina con una concentración de promotor optimizada y reducida, será importante para las aplicaciones prácticas de los hidratos de gas.

El uso práctico de los hidratos se ha visto obstaculizado por su tasa de formación insuficiente y su estabilidad a largo plazo. Es notable que los hidratos producidos puedan retener gas natural solo a 268,15 K bajo presión atmosférica durante ocho días. Este es el primer proceso de tecnología de gas natural solidificado desarrollado que realmente puede presumir de viabilidad para su adopción comercial, aseguran sus descubridores.

Fuente: G Bhattacharjee et al, Energy Environ. Sci., 2020, DOI: 10.1039/d0ee02315a

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