Una nueva investigación de la Universidad de Texas en Austin ha explicado un misterio importante sobre las formaciones de hidratos de gas natural y, al hacerlo, la comprensión de los científicos avanzados sobre cómo los hidratos de gas podrían contribuir al cambio climático y la seguridad energética.
La investigación utilizó un modelo informático de burbujas de gas que fluyen a través de depósitos de hidratos, un fenómeno común que, según los modelos existentes, no debería ser posible en función de la física. El nuevo modelo ayuda a explicar cómo algunos depósitos crecen en depósitos masivos de hidratos de gas natural, comocomo los que se encuentran debajo del Golfo de México.
Un artículo que describe la investigación se publicó el 16 de febrero de 2020 en la revista Cartas de investigación geofísica .
Los hidratos de gas son una sustancia helada en la que las moléculas de gas, típicamente metano, quedan atrapadas en jaulas de hielo de agua a alta presión y baja temperatura. Se encuentran ampliamente en la naturaleza, albergan una fracción sustancial del carbono orgánico del mundo y podrían convertirse en unfuturo recurso energético. Sin embargo, quedan muchas preguntas sobre cómo se forman y evolucionan los depósitos de hidratos.
Una de esas preguntas fue planteada por observaciones en el campo que detectaron que el metano fluía libremente como un gas a través de depósitos de hidratos en la subsuperficie. Lo que desconcertó a los científicos es que bajo condiciones donde ocurren los hidratos, el metano solo debería existir como un hidrato, no como un hidratoPara resolver el misterio del gas que fluye libremente, un equipo de investigadores de la UT dirigido por Dylan Meyer, un estudiante graduado de la Escuela de Geociencias de la UT Jackson, recreó en el laboratorio lo que vieron en el campo.
Utilizando estos datos, plantearon la hipótesis de que a medida que el hidrato se forma en un depósito, también actúa como una barrera entre el gas y el agua, restringiendo la velocidad a la que se forma el nuevo hidrato y permitiendo que gran parte del gas burbujee a través del depósito. Desarrollaron estoidea en un modelo de computadora y descubrió que el modelo coincidía con los resultados experimentales. Cuando se ampliaron, también coincidieron con la evidencia de los estudios de campo, convirtiéndolo en el primer modelo de los fenómenos en hacer ambas cosas con éxito. Crucialmente, el modelo sugiere que el gas fluye a través del subsuelopuede acumularse en grandes depósitos concentrados de hidratos, que podrían ser objetivos adecuados para futuras fuentes de energía.
"El modelo reproduce de manera convincente una gama de resultados experimentales independientes, que apoyan firmemente los conceptos fundamentales detrás de él", dijo Meyer. "Creemos que este modelo será una herramienta esencial para futuros estudios que investigan la evolución de grandes depósitos de hidratos altamente concentradosque experimentan un flujo de gas relativamente rápido a través de medios porosos "
El estudio es la primera vez que este tipo de modelo se construye utilizando datos de experimentos diseñados para imitar el proceso de flujo de gas. El equipo produjo su propio depósito de hidrato en el laboratorio utilizando una mezcla de arena, agua y gas y recreando el extremocondiciones encontradas en la naturaleza. Sus esfuerzos les proporcionaron datos realistas y relevantes a partir de los cuales desarrollar su modelo.
El coautor Peter Flemings, profesor de la Escuela Jackson, dijo que comprender cómo viaja el gas metano a través de las capas de hidratos en el subsuelo es importante para comprender el papel del metano en el ciclo del carbono y su posible contribución al calentamiento global.
"El documento ofrece un modelo elegante y simple para explicar algunos experimentos muy desafiantes", dijo Flemings.
Los experimentos del estudio se llevaron a cabo en laboratorios especializados en la Escuela Jackson, pero el modelo fue el resultado de una colaboración entre campus entre dos escuelas de UT, la Escuela Jackson y la Escuela de Ingeniería Cockrell.
Meyer, Flemings y Kehua You, científico investigador del Instituto de Geofísica de la Universidad de Texas UTIG, habían desarrollado el código original de la computadora para explicar sus resultados experimentales, pero no fue hasta que se asociaron con David DiCarlo, unprofesor asociado de la UT Cockrell School of Engineering, quien les mostró cómo se podían presentar los resultados usando matemáticas analíticas, que podían abordar con éxito el problema de una manera que reflejara lo que estaban viendo en la naturaleza.
El documento es la culminación de la investigación de posgrado de Meyer y se basa en dos documentos publicados anteriormente que se centraron en los resultados de sus experimentos de laboratorio. Meyer se graduó en 2018 con un doctorado de la Escuela Jackson y ahora es un investigador postdoctoral en la Academia Sinica enTaipei.
La investigación fue financiada por el Departamento de Energía de los Estados Unidos DOE y es parte de una asociación más amplia entre el DOE y la Universidad de Texas en Austin para investigar los depósitos de hidrato de metano en el Golfo de México.
Meyer realizó muchos de los experimentos de laboratorio que se incorporaron al estudio actual en el UT Pressure Core Center, un laboratorio de la Escuela Jackson equipado para almacenar y estudiar núcleos presurizados tomados de depósitos de hidrato de metano natural en 2017 y que sigue siendo el únicodicha instalación universitaria.
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Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Austin . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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