Una nuova ricerca dell'Università del Texas ad Austin ha spiegato un importante mistero sulle formazioni di idrati di gas naturale e, così facendo, la comprensione avanzata degli scienziati di come gli idrati di gas potrebbero contribuire al cambiamento climatico e alla sicurezza energetica.

La ricerca ha utilizzato un modello computerizzato di bolle di gas che fluiscono attraverso depositi di idrati, un fenomeno comune che secondo i modelli esistenti, non dovrebbe essere possibile in base alla fisica. Il nuovo modello aiuta a spiegare come alcuni giacimenti si trasformano in enormi giacimenti di idrati di gas naturale, come quelli che si trovano sotto il Golfo del Messico.

Un documento che descrive la ricerca è stato pubblicato il 16 febbraio, 2020, nel diario Lettere di ricerca geofisica .

Gli idrati di gas sono una sostanza ghiacciata in cui le molecole di gas, tipicamente metano, rimanere intrappolati in gabbie di ghiaccio d'acqua ad alta pressione e bassa temperatura. Si trovano ampiamente in natura, ospita una frazione sostanziale del carbonio organico mondiale e potrebbe diventare una futura risorsa energetica. Però, rimangono molte domande su come si formano ed evolvono i depositi di idrati.

Una di queste domande è stata sollevata dalle osservazioni sul campo che hanno individuato il metano che scorre liberamente sotto forma di gas attraverso i depositi di idrati nel sottosuolo. Ciò che ha lasciato perplessi gli scienziati è che in condizioni in cui si verificano gli idrati, il metano dovrebbe esistere solo come idrato, non come gas gratuito. Per risolvere il mistero del gas che scorre liberamente, un team di ricercatori UT guidati da Dylan Meyer, uno studente laureato presso la UT Jackson School of Geosciences, hanno ricreato in laboratorio ciò che hanno visto sul campo.

Utilizzando questi dati, hanno ipotizzato che come idrato si forma in un deposito funge anche da barriera tra gas e acqua, limitando la velocità con cui si forma nuovo idrato, e permettendo a gran parte del gas di gorgogliare attraverso il deposito. Hanno sviluppato questa idea in un modello al computer e hanno scoperto che il modello corrispondeva ai risultati sperimentali. Quando ingrandito, hanno anche confrontato le prove degli studi sul campo, rendendolo il primo modello dei fenomeni a fare con successo entrambe le cose. In modo cruciale, il modello suggerisce che il gas che scorre attraverso il sottosuolo può accumularsi in grandi, serbatoi di idrati concentrati, che potrebbero essere obiettivi adeguati per le future fonti di energia.

"Il modello riproduce in modo convincente una serie di risultati sperimentali indipendenti, che sostengono con forza i concetti fondamentali che ne sono alla base, " ha detto Meyer. "Riteniamo che questo modello sarà uno strumento essenziale per gli studi futuri che indagheranno l'evoluzione di grandi, giacimenti di idrati altamente concentrati che sperimentano un flusso di gas relativamente rapido attraverso mezzi porosi."

Lo studio è la prima volta che questo tipo di modello è stato costruito utilizzando i dati provenienti da esperimenti progettati per imitare il processo del flusso di gas. Il team ha prodotto il proprio deposito di idrati in laboratorio utilizzando una miscela di sabbia, acqua e gas e ricreando le condizioni estreme presenti in natura. I loro sforzi hanno fornito loro dati realistici e pertinenti da cui sviluppare il loro modello.

Co-autore Peter Flemings, un professore alla Jackson School, ha affermato che comprendere come il gas metano viaggia attraverso gli strati di idrati nel sottosuolo è importante per comprendere il ruolo del metano nel ciclo del carbonio e il suo potenziale contributo al riscaldamento globale.

"Il documento fornisce un modello elegante e semplice per spiegare alcuni esperimenti molto impegnativi, " disse Fleming.

Gli esperimenti dello studio sono stati condotti in laboratori specializzati presso la Jackson School, ma il modello era il risultato di una collaborazione intercampus tra due scuole UT, la Jackson School e la Cockrell School of Engineering.

Meyer, Flemings e Kehua Tu, un ricercatore presso l'Istituto di geofisica dell'Università del Texas (UTIG), avevano sviluppato il codice originale del computer per spiegare i loro risultati sperimentali, ma non è stato fino a quando non hanno collaborato con David DiCarlo, professore associato presso la UT Cockrell School of Engineering, che ha mostrato loro come presentare i risultati utilizzando la matematica analitica, che potevano affrontare con successo il problema in un modo che rispecchiasse ciò che stavano vedendo in natura.

Il documento è il culmine della ricerca universitaria di Meyer e si basa su due documenti precedentemente pubblicati incentrati sui risultati dei suoi esperimenti di laboratorio. Meyer si è laureato nel 2018 con un dottorato alla Jackson School ed è ora ricercatore post-dottorato presso l'Academia Sinica di Taipei.

La ricerca è stata finanziata dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) e fa parte di una più ampia partnership tra il DOE e l'Università del Texas ad Austin per indagare sui depositi di idrato di metano nel Golfo del Messico.

Molti degli esperimenti di laboratorio che hanno alimentato lo studio attuale sono stati eseguiti da Meyer presso l'UT Pressure Core Center, un laboratorio presso la Jackson School attrezzato per immagazzinare e studiare carote pressurizzate prelevate da giacimenti naturali di idrato di metano nel 2017 e che rimane l'unica struttura universitaria del genere.