Methaanhydraten zijn de grootste bron van fossiele brandstof op aarde en spelen een rol bij klimaatverandering. Het moleculaire proces van hun vorming is niet bekend en er is veel discussie over. In een krant in de Journal of Physical Chemistry B , onderzoekers van het Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences (HIMS) geven nu inzicht in de vorming van methaanhydraat. Ze voerden moleculaire simulaties op atomistische schaal uit die helpen bij het vaststellen van de belangrijkste thermodynamische en kinetische eigenschappen.

Mengsels van methaangas en water kunnen spontaan een vast hydraat vormen. Dergelijke methaanhydraten komen van nature in overvloed voor op de oceaanbodem en in permafrost, overschrijding van de aardgasreserve aanzienlijk. Als zodanig, methaanhydraten worden niet alleen gezien als een toekomstige energiebron, maar ook als zeer relevant voor de wereldwijde klimaatverandering.

De kristallisatie van methaanhydraten via homogene kiemvorming onder natuurlijke, gematigde omstandigheden is van zowel industriële als wetenschappelijke relevantie, maar nog steeds slecht begrepen. Het voorspellen van de kiemvormingssnelheden onder dergelijke omstandigheden is notoir moeilijk vanwege de hoge kiemvormingsbarrières, en vereist, naast een nauwkeurig moleculair model, verbeterde bemonstering.

Kristalkiemvormingssnelheid

Gebruikmakend van de efficiënte bemonsteringstechniek van de overgangsinterface, Arjun Wadhawan en Peter Bolhuis van de HIMS-onderzoeksgroep Computational Chemistry voorspellen nu de exacte snelheid van nucleatie met een nauwkeurig atomistisch krachtveld, gericht op specifieke omstandigheden van 280 K en 500 bar. Ze berekenden een kristalkiemvormingssnelheid van een paar honderd kernen per seconde per cm ³ . Dit cijfer komt overeen met experimentele schattingen voor nabijgelegen omstandigheden, hoewel dit hoogstwaarschijnlijk toevallig is omdat de voorspellingen erg gevoelig zijn voor de precieze simulatie-opstelling. Hoe dan ook, het werk laat zien dat het nu mogelijk is om snelheden voor methaanhydraten te berekenen bij matige oververzadiging, zonder te vertrouwen op andere aannames dan het krachtveld. Dit zal toekomstig onderzoek ondersteunen dat gericht is op het begrijpen van natuurlijke hydraten, het verbeteren van de materiaalsynthese, en het ontwikkelen van oplosstrategieën.