Ученые из Института неорганической химии СО РАН и Томского политехнического университета провели высокоскоростную видеосъемку, выявив три разных режима движения фронта пленки гидрата метана при давлениях 85 ± 5 бар и температурах от –9°C до +8°C. Результаты исследования опубликованы в журнале Energy & Fuels (IF = 6.0).
"High-Speed Visualization of Methane Hydrate Film Growth and Morphology at the Water–Gas Interface", Aleksei Sagidullin, Tatyana Adamova, Nikita Shlegel, Anastasia Islamova, Andrey Manakov; Energy Fuels 23 July 2026; 40 (29): 15716–15722. Посмотреть статью.
Метан способен образовывать с водой твердые супрамолекулярные соединения – так называемые газовые гидраты (клатраты). Они встречаются и в природе (например, на дне некоторых морей и даже озер), и запасы газа в них огромны – в том числе отсюда и интерес: это может быть ценным альтернативным источником топлива. Но поскольку условия, в которых они могут существовать, как правило, достаточно экзотичные (пониженные температура и давление), здесь есть много работы для ученых. В каких условиях клатраты стабильны, как они образуются и разлагаются, как повысить или понизить устойчивость – вопросов множество.
В данной работе найдены три режима роста, зависящие от переохлаждения. При малом переохлаждении (1.7°C) фронт плёнки движется равномерно с редкими рывками. При среднем переохлаждении – равномерно без рывков. При максимальном переохлаждении (∼20°C) процесс многостадийный: сначала образуется первичная плёнка с дефектами, затем на них (капиллярный эффект) формируются вторичные кристаллы, которые сливаются в сплошную плёнку. Скорость роста варьировала от 0.035 до 1.40 мм/с в зависимости от условий.
Водой фронт пленки (на фото) не смачивается – предположительно, из-за адсорбционного слоя метана, делающего поверхность временно гидрофобной. Это интересно: получается, что пленка блокирует контакт вода-газ, резко замедляя дальнейшее гидратообразование (до тех пор, пока не появится новые пути доступа воды). Отсутствие смачивания фронта пленки – важный параметр для моделей переноса воды и газа через гидратный слой. Такие данные полезны и для гипотетической добычи газа из настоящих природных гидратов, и для того, чтобы предотвращать их образование в газопроводах.