新能源的創新之舉——人造甲烷水合物

　　科學家已探索出人工甲烷水合物的制備工藝。他們在實驗室中利用活性炭材料作為納米反應發生器，成果模擬并加速甲烷水合物的自然產生過程。此項研究的突破之處在于將甲烷水合物自然產成過程的時間大大縮減，從而方便了其在技術應用領域的使用。

　　《Nature Communication》上發表了一篇有關人造甲烷水合物制備工藝的論文，該項技術由阿利坎特大學無機化學系的先進材料實驗室內成員開發出來。

　　該項研究由阿波羅、雷諾索和曼紐爾牽頭，并由剛剛完成阿利坎特大學實習工作的卡利斯實施。研究者們在實驗室中利用活性炭材料作為納米反應發生器，從而模擬并加速制備甲烷水合物的原始過程。研究的突破之處在于將甲烷水合物的自然形成過程所需要的時間大大縮減，僅僅只用幾分鐘便可以完成其制備過程，從而方便了其在技術應用領域的使用。

　　30多年來，阿利坎特大學一直致力于研究高性能活性炭。用首席研究員西爾韋斯特的話說就是，“這種材料不僅在消除污染空氣及工業廢水中有毒分子顆粒上具有巨大潛力，還有望用作氣體存儲系統”。

　　這些研究成果都為探索甲烷水合物的合成過程提供思路，也會成為燃料使用的新途徑:就像天然氣的運輸替代汽油柴油運輸，以及天然氣的長距離運輸問題的解決方案一樣（不同于以往低溫運輸的解決方案，新技術允許氣體在更接近室溫的條件下運輸）。研究者介紹說，“我們得出的數據表明，在100個大氣壓下，一些煤礦每單元體積的濕煤可提供300倍體積的甲烷。”。

　　這項在煤孔內人工合成甲烷水化物的研究其實是利用了“限域”效應。西爾韋斯特解釋說，“實驗環境要比自然環境的壓力和溫度條件溫和一點:30個大氣壓、2℃，而甲烷水化物就在之前打濕的活性碳材料表面合成。”。

　　阿利坎特實驗室此次合成并分析了甲烷水合物之后，就在進行過中子散射的阿普頓實驗室和巴塞羅那的ALBA加速器上進行了最后階段的實驗，“這些研究首次證明了一種與天然結構類似并明顯具有更高動力學活性的甲烷水化物可在有限空間內合成”。

　　LMA國際集團的其他成員還有日本講師金子—他負責協調該研究方向演唱會合作項目的進展，以及來自瓦倫西亞化學技術研究所的費爾南多?雷伊—他負責ALBA和牛津大學合作研制加速器項目的測試。現美國橡樹嶺國家實驗室成員、牛津大學中子加速器項目的前首席研究員蒂米拉米雷斯也參與了這項研究。

　　知識背景

　　天然氣水合物(也稱為包合物)的晶體結構類似于籠子狀，即一群分子圍繞著某種特定性質的中心分子排列。當籠壁由水分子構成、空腔內存在甲烷分子時，甲烷水合物就形成了。

　　甲烷水合物形成于自然界中非常特殊的物理、化學和地質條件,只能在海洋的底部發現，而在寒冷西伯利亞地區的底土中比較少見，被稱為永久凍土。

　　數百萬年來，洋流卷起并沉積下來不計其數的有機質。在熱催化及微生物和細菌的分解下，形成了最初的海洋水合物甲烷。也正因為如此，甲烷水合物一般分布于靠近海岸線大陸坡水平面下約300～500米的水域中—那里積累有充足的有機質，還有適宜的壓力和溫度組合條件。甲烷水合物是地球上存儲量最多的天然氣，分布于大陸架附近。據估算，其儲量是現存于地球上所有化石燃料(包括石油、天然氣和煤炭)的兩倍。

　　據專家介紹，地球現存五萬億噸的甲烷，這大約是燃燒煤炭、石油和天然氣得到的碳年排放量的500倍。2013年, 日本首次開展課題，用增壓的方法從海洋沉積物中提取甲烷。這項技術預計在2018年得以實現。

　　由一立方米的水合物釋放180立方米的甲烷 ---天然氣的主要成分，可得到水合物的化學式為(CH4)4(H2O)23，或者可以表示為5.75摩爾水和1摩爾甲烷的組合，這也與甲烷的質量分數13.4%相一致。水合物的能量密度高，且存儲溫度(-2℃)高于液化天然氣的存儲溫度(-162℃)，這意味著只要他們能夠通過盡可能的模擬自然環境，在幾分鐘的短時間內制備出甲烷水合物，就可以為未來的長途運輸大量甲烷提供解決方案。