Hastighedsforudsigelse for homogen kernedannelse af methanhydrat

Metanhydrater er den største enkeltkilde til fossilt brændstof på planeten jorden og spiller en rolle i klimaændringer. Den molekylære proces af deres dannelse er ikke kendt og stærkt omdiskuteret. I et papir i Journal of Physical Chemistry B , forskere ved Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences (HIMS) giver nu indsigt i metanhydratdannelse. De udførte molekylære simuleringer i atomistisk skala, der hjælper med at etablere de vigtigste termodynamiske og kinetiske egenskaber.

Blandinger af metangas og vand kan spontant danne et fast hydrat. Sådanne metanhydrater forekommer naturligt i overflod på havbundene og i permafrost, overstiger naturgasreserven væsentligt. Som sådan, Metanhydrater ses ikke kun som en fremtidig energiressource, men også som meget relevante for globale klimaændringer.

Krystalliseringen af ​​methanhydrater via homogen kernedannelse under naturlig, moderate forhold er af både industriel og videnskabelig relevans, men stadig dårligt forstået. At forudsige kernedannelseshastighederne ved sådanne forhold er notorisk vanskeligt på grund af høje nukleationsbarrierer, og kræver, udover en nøjagtig molekylær model, forbedret prøveudtagning.

Krystalkernedannelseshastighed

Anvendelse af den effektive samplingsteknik for overgangsgrænseflader, Arjun Wadhawan og Peter Bolhuis fra HIMS-forskningsgruppen Computational Chemistry forudsiger nu den nøjagtige kernedannelseshastighed med et nøjagtigt atomistisk kraftfelt, med fokus på specifikke forhold på 280 K og 500 bar. De beregnede en krystalkernedannelseshastighed på et par hundrede kerner pr. sekund pr. cm ³ . Dette tal er i overensstemmelse med eksperimentelle skøn for nærliggende forhold, selvom dette højst sandsynligt er tilfældigt, da forudsigelserne er meget følsomme over for den præcise simuleringsopsætning. Alligevel, arbejdet viser, at det nu er muligt at beregne rater for metanhydrater ved moderat overmætning, uden at stole på andre antagelser end kraftfeltet. Dette vil hjælpe fremtidig forskning med henblik på at forstå naturlige hydrater, forbedring af materialesyntese, og udvikling af opløsningsstrategier.