4545 подписчиков

В Сингапуре нашли способ ускорить образование газовых гидратов с аминокислотами

24 марта24 мар

2 мин

Ученые из Национального университета Сингапура под руководством профессора Правина Линги предложили способ ускорить образование газовых гидратов, которые рассматривают как возможный вариант хранения природного газа. Сейчас для этого обычно используют либо сильное сжатие, либо охлаждение до очень низкой температуры. Гидраты давно считаются возможной заменой, но до сих пор их образование шло слишком медленно для практического применения. Исследователи добавили в воду небольшое количество аминокислот, затем заморозили ее и поместили получившийся лед в среду с метаном. После этого лед быстро начал превращаться в белую массу, что указывает на образование гидрата с газом внутри. Как говорится в статье в Nature Communications, чуть больше чем за две минуты такой материал достигал 90 процентов своей вместимости, тогда как обычный лед за то же время поглощал в 30 раз меньше газа. Авторы работы объяснили это тем, что аминокислоты меняют поверхность льда. Те из них, которые отталкивают воду, в то

Исследователи добавили в воду небольшое количество аминокислот, затем заморозили ее и поместили получившийся лед в среду с метаном. После этого лед быстро начал превращаться в белую массу, что указывает на образование гидрата с газом внутри. Как говорится в статье в Nature Communications, чуть больше чем за две минуты такой материал достигал 90 процентов своей вместимости, тогда как обычный лед за то же время поглощал в 30 раз меньше газа.

Авторы работы объяснили это тем, что аминокислоты меняют поверхность льда. Те из них, которые отталкивают воду, в том числе метионин, лейцин и триптофан, создают на поверхности очень тонкие жидкие прослойки после подачи метана. В этих условиях кристаллы гидрата растут быстрее, а внутри образуется пористая структура, через которую газ легче проходит. У обычного льда, наоборот, быстро появляется плотная корка, мешающая дальнейшему проникновению метана.

Чтобы понять, что происходит на молекулярном уровне, ученые использовали рамановскую спектроскопию. Она показала, что метан заполняет оба типа микроскопических полостей в структуре гидрата с эффективностью более 90 процентов. Ведущий автор работы Е Чжан заявил: «Это прямое доказательство того, что аминокислоты не только ускоряют процесс, но и позволяют очень плотно упаковать газ». При этом аминокислоты, которые притягивают воду, например гистидин и аргинин, почти не дали полезного эффекта.

По данным исследователей, в лабораторных условиях эта система работала при умеренном давлении и температуре, близкой к нулю. После выделения газа раствор с аминокислотами можно снова заморозить и использовать повторно. Авторы считают, что такой подход может быть полезен не только для хранения природного газа, но и для небольших источников биометана, где строительство дорогих установок для сжижения или мощного сжатия часто оказывается невыгодным. В дальнейшем команда собирается проверить работу метода с реальными газовыми смесями, а также с углекислым газом и водородом.

При этом исследование пока остается на уровне лабораторного подтверждения самой идеи. В тексте отмечается, что пока неясно, насколько такой способ подойдет для промышленного применения и каким будет его общий энергетический баланс, поскольку замораживание больших объемов воды тоже требует затрат. Кроме того, в публикации нет данных о том, сколько циклов заморозки и разморозки выдержит система без потери эффективности.