Investigadors de la Universitat d’Alacant aconsegueixen crear hidrats de metà artificials, una via per a l’ús de nous combustibles
L’estudi, desenvolupat pel grup d’investigació Laboratori de Materials Avançats de Química Inorgànica dins d’un marc de col·laboració internacional, ha sigut publicat en la revista científica “Nature Communications”
El grup d’investigació del Laboratori de Materials Avançats, LMA, del departament de Química Inorgànica de la Universitat d’Alacant ha desenvolupat una tecnologia que permet preparar hidrats de metà artificials. La investigació ha sigut publicada en la prestigiosa revista científica “Nature Communications”.
Liderada pels investigadors Joaquín Silvestre Albero, Francisco Rodríguez Reinoso i Manuel Martínez Escandell, la investigació ha sigut feta per la llicenciada Mirian E. Casco, becària de la Universitat d’Alacant. S’hi demostra que és possible preparar hidrats de metà en el laboratori mimetitzant, i fins i tot millorant, la naturalesa mitjançant l’ús de materials de carbó activat com a nanoreactors. Un dels factors clau en aquesta investigació és que s’ha aconseguit reduir a minuts un procés –el de la formació d’hidrats de metà- que en la naturalesa requereix d’un temps molt llarg, fet que facilita la possible aplicació tecnològica d’aquest.
El grup LMA de la Universitat d’Alacant fa més de 30 anys que està treballant en el disseny i la síntesi de materials de carbó activat d’altes prestacions. Segons explica l’investigador responsable del projecte, Joaquín Silvestre, “aquests materials no solament tenen un gran potencial per a l’eliminació de molècules contaminants, tant en l’aire com en corrents industrials, sinó que també tenen un ampli potencial com a sistemes d’emmagatzematge de gasos”.
Aquests resultats constitueixen un pas endavant en la comprensió del procés de síntesi artificial d’aquestes estructures naturals i obrin una nova via per a utilitzar combustibles com el gas natural en el sector del transport, en substitució de la gasolina i el dièsel, o per al transport a grans distàncies del gas natural (p. ex. davant de l’actual transport de gas liquat a -162ºC, atès que pot fer-se a una temperatura molt més pròxima a la temperatura ambient). “Els nostres resultats mostren que alguns dels nostres carbons són capaços de subministrar una quantitat tan elevada com 300 volums de metà emmagatzemat a 100 atmosferes per cada unitat de volum del carbó humit”, asseguren.
Silvestre explica que aquesta investigació ha aprofitat l’efecte anomenat “de confinament” per a sintetitzar artificialment hidrats de metà dins de les cavitats o porus del carbó. “Els hidrats de metà han sigut preparats sobre materials de carbó activat prehumidificats sota condicions de pressió i temperatura més suaus (30 atmosferes i 2ºC) que les que hi ha en la naturalesa”.
Després de la síntesi i l’anàlisi feta en el laboratori de la Universitat d’Alacant, l’estudi s’ha completat en els laboratoris “Rutherford Appleton Laboratory” d’Oxford (Regne Unit), mitjançant dispersió de neutrons, i en el sincrotron ALBA, situat a Barcelona. “Aquests estudis constitueixen la primera evidència experimental de la formació d’hidrats de metà en espai confinat, amb una estequiometria que mimetitza la naturalesa, però amb una cinètica molt superior”, explica Silvestre.
Completen l’equip d’investigació internacional el professor japonès Katsumi Kaneko, amb qui l’LMA està duent a terme el projecte CONCERT sobre la temàtica de l’estudi, i també el professor de l’Institut de Tecnologia Química de València (ITQ-CSIC), Fernando Rey, amb qui es van fer les mesures en els acceleradors d’ALBA i Oxford. Finalment, ha participat l’investigador Timmy Ramirez, que actualment treballa en el Laboratori Nacional d’Oak Ridge als EUA, però que en el seu moment era responsable de l’accelerador de neutrons d’Oxford.
La base científica
Els hidrats de gas (també coneguts com clatrats) són estructures cristal·lines semblants a una gàbia on un grup de molècules envolten una molècula central de naturalesa diferent. Quan la gàbia està constituïda per molècules d’aigua i dins de la cavitat hi ha una molècula de metà, tenim els anomenats hidrats de metà. Aquests es formen en la naturalesa sota condicions físiques, químiques i geològiques molt específiques que només es donen principalment en el fons dels oceans, i en menor mesura, en el subsòl de regions fredes com Sibèria, en el conegut com permafrost. L’origen del metà que dóna lloc als hidrats marins es troba en la descomposició tèrmica, microbiana i bacteriana, després de milions d’anys, de la matèria orgànica arrossegada pels corrents fluvials. Això fa que les reserves d’hidrats de metà es localitzen en els pendents continentals, en zones properes a la costa, a profunditats de l’ordre dels 300-500 m, on s’acumula prou matèria orgànica i on hi ha una combinació adequada de pressió i temperatura. Els hidrats de metà constitueixen la major reserva de gas natural de la terra, estan prop de la zona continental i s’estima que les reserves d’aquests dupliquen tots els dipòsits de combustibles fòssils (petroli, gas natural i carbó) registrats actualment en la terra. S’estima que hi ha al voltant de 5000 gigatones de metà, al voltant de 500 vegades la quantitat de carboni que s’allibera en cremar carbó, petroli i gas natural en un any. El 2013 es va fer al Japó la primera exploració amb èxit per a l’extracció de metà a partir de la despressurització dels dipòsits marins i es creu que aquesta tecnologia estarà disponible el 2018.
La fórmula nominal de l’hidrat és (CH4)4(H2O)23 o un mol de metà per cada 5.75 mols d’aigua, corresponent al 13.4 % de metà en pes (un metre cúbic d’hidrat allibera 180 metres cúbics de metà, el component principal del gas natural). L’elevada densitat energètica dels hidrats i l’estabilitat que tenen a temperatures superiors al gas natural líquid (-2ºC vs -162ºC) permet albirar els hidrats de metà com a solució de futur per al transport de metà en grans plataformes i a llargues distàncies, sempre que es puguen preparar de forma sintètica mimetitzant la naturalesa, però en un escala de temps raonable (en qüestió de minuts).♦
FOTOGRAFIA: D’esquerra a dreta, Manuel Martínez Escandell, Francisco Rodríguez Reinoso i Joaquín Silvestre Albero.
