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, conocimiento de 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 basado en la física. El nuevo modelo ayuda a explicar cómo algunos depósitos se convierten en reservorios masivos de hidratos de gas natural, como los que se encuentran debajo del Golfo de México.

Un artículo que describe la investigación se publicó el 16 de febrero de 2020, en el diario Cartas de investigación geofísica .

Los hidratos de gas son una sustancia helada en la que las moléculas de gas, típicamente metano, quedar atrapado en jaulas de hielo de agua a alta presión y baja temperatura. Se encuentran ampliamente en la naturaleza, albergar una fracción sustancial del carbono orgánico del mundo y podría convertirse en un recurso energético futuro. Sin embargo, Quedan muchas preguntas sobre cómo se forman y evolucionan los depósitos de hidratos.

Una de esas preguntas fue planteada por las observaciones en el campo que detectaron que el metano fluía libremente como gas a través de los depósitos de hidratos en el subsuelo. Lo que desconcertó a los científicos es que, en condiciones en las que se producen hidratos, el metano solo debería existir como hidrato, no como gas libre. Para resolver el misterio del gas que fluye libremente, un equipo de investigadores de UT dirigido por Dylan Meyer, estudiante de posgrado en la Escuela de Geociencias de UT Jackson, recrearon en el laboratorio lo que vieron en el campo.

Usando estos datos, plantearon la hipótesis de que, a medida que se forma el hidrato en un depósito, también actúa como una barrera entre el gas y el agua, restringir la velocidad a la que se forman nuevos hidratos, y permitir que gran parte del gas burbujee a través del depósito. Desarrollaron esta idea en un modelo de computadora y encontraron que el modelo coincidía con los resultados experimentales. Cuando se amplía, también coincidieron con la evidencia de estudios de campo, convirtiéndolo en el primer modelo de los fenómenos en hacer ambas cosas con éxito. Crucialmente, el modelo sugiere que el gas que fluye a través del subsuelo puede acumularse en grandes, depósitos de hidratos concentrados, que podrían ser objetivos adecuados para futuras fuentes de energía.

"El modelo reproduce de manera convincente una variedad 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 investiguen la evolución de grandes, depósitos de hidratos altamente concentrados que experimentan un flujo de gas relativamente rápido a través de medios porosos ".

El estudio es la primera vez que se construye este tipo de modelo utilizando datos de experimentos diseñados para imitar el proceso de flujo de gas. El equipo produjo su propio depósito de hidratos en el laboratorio utilizando una mezcla de arena, agua y gas y recreando las condiciones extremas que se encuentran en la naturaleza. Sus esfuerzos les proporcionaron datos realistas y relevantes a partir de los cuales desarrollar su modelo.

Coautor Peter Flemings, un 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 contribución potencial al calentamiento global.

"El artículo 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 de 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, un científico investigador del Instituto de Geofísica de la Universidad de Texas (UTIG), había desarrollado el código informático original para explicar sus resultados experimentales, pero no fue hasta que se unieron a David DiCarlo, profesor asociado de la Escuela de Ingeniería UT Cockrell, que les mostró cómo se pueden presentar los resultados utilizando matemáticas analíticas, que podrían abordar con éxito el problema de una manera que reflejara lo que estaban viendo en la naturaleza.

El artículo es la culminación de la investigación de posgrado de Meyer y se basa en dos artículos 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 investigador postdoctoral en la Academia Sinica en Taipei.

La investigación fue financiada por el Departamento de Energía de EE. UU. (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.

Muchos de los experimentos de laboratorio que alimentaron el estudio actual fueron realizados por Meyer en el Centro de Núcleo de Presión de UT, un laboratorio en la Escuela Jackson equipado para almacenar y estudiar núcleos presurizados extraídos de depósitos de hidrato de metano natural en 2017 y que sigue siendo la única instalación universitaria de este tipo.