Gli idrati di metano sono la più grande fonte di combustibili fossili sul pianeta Terra e svolgono un ruolo nel cambiamento climatico. Il processo molecolare della loro formazione non è noto e molto dibattuto. In un giornale del Journal of Physical Chemistry B , i ricercatori del Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences (HIMS) ora forniscono informazioni sulla formazione di idrati di metano. Hanno eseguito simulazioni molecolari su scala atomica che aiutano a stabilire le proprietà termodinamiche e cinetiche chiave.

Miscele di gas metano e acqua possono formare spontaneamente un idrato solido. Tali idrati di metano si trovano naturalmente in abbondanza sui fondali oceanici e nel permafrost, superando sostanzialmente la riserva di gas naturale. Come tale, gli idrati di metano sono visti non solo come una futura risorsa energetica, ma anche come molto importanti per il cambiamento climatico globale.

La cristallizzazione degli idrati di metano tramite nucleazione omogenea in condizioni naturali, condizioni moderate è di rilevanza sia industriale che scientifica, eppure ancora poco compreso. La previsione dei tassi di nucleazione in tali condizioni è notoriamente difficile a causa delle elevate barriere di nucleazione, e richiede, oltre ad un accurato modello molecolare, campionamento potenziato.

Tasso di nucleazione dei cristalli

Utilizzando l'efficiente tecnica di campionamento dell'interfaccia di transizione, Arjun Wadhawan e Peter Bolhuis del gruppo di ricerca HIMS Computational Chemistry ora prevedono l'esatto tasso di nucleazione con un accurato campo di forza atomistica, concentrandosi su condizioni specifiche di 280 K e 500 bar. Hanno calcolato una velocità di nucleazione dei cristalli di poche centinaia di nuclei al secondo per cm ³ . Questa cifra è in accordo con le stime sperimentali per le condizioni vicine, anche se questo è molto probabilmente fortuito in quanto le previsioni sono molto sensibili all'impostazione precisa della simulazione. Tuttavia, il lavoro mostra che ora è possibile calcolare i tassi per gli idrati di metano a moderata sovrasaturazione, senza fare affidamento su ipotesi diverse dal campo di forza. Ciò aiuterà la ricerca futura volta a comprendere gli idrati naturali, migliorare la sintesi dei materiali, e sviluppare strategie di dissoluzione.