Metanhydrater er en type is som inneholder fanget metan. Forskere har fått mer innsikt i hvordan dette uvanlige stoffet reagerer på ytre belastning. (Foto: Geir Mogen, NTNU)
Metanhydrater er en type is som inneholder fanget metan. Forskere har fått mer innsikt i hvordan dette uvanlige stoffet reagerer på ytre belastning. (Foto: Geir Mogen, NTNU)

Den brennende isens hemmeligheter

Metanhydrater er en mulig energikilde for oss. De er også en kilde til metan, en drivhusgass som er 20 ganger verre enn CO2. Så tør vi røre dem?

Publisert

Tidenes største, kjente ras kan ha blitt utløst da metanhydratene i Nordsjøen ble forstyrret for 8000 år siden. Det skapte en tsunami i Nord-Europa. Dersom de blir tuklet med, risikerer vi dessuten å slippe ut store mengder klimagasser.

Men metanhydrater kan også gi oss også mange muligheter.

Metanhydrater er en type is som inneholder metan. Noen kaller dem «metan-is». De formes langt under havoverflaten eller finnes begravd i permafrost.

De kan også dannes og stoppe til rørledninger som transporterer olje og gass. Men hva skjer hvis vi rører dem?

Metanhydrater er nesten umulig å studere direkte. Det er svært vanskelig å samle inn prøver, og prøvene selv er svært ustabile i laboratoriet.

Men en superdatamaskin og et tverrfaglig forskningsteam avdekker viktige detaljer om metanhydratenes mekaniske stabilitet hvis de blir forstyrret av menneskeskapte eller naturlige krefter.

Viktige følger

Forskere fra Norge, Kina og Nederland har nå vist hvordan størrelsen på molekylene som utgjør metanhydratene bestemmer hvordan de oppfører seg når de forstyrres.

– Det kan ha viktige følger for alt fra klimaforskningen til bruk av metan som en fremtidig energikilde, sier professor Zhiliang Zhang ved NTNU.

– Hvis vi har den grunnleggende kunnskapen om de mekaniske egenskapene til metanhydrater, kan vi bruke denne informasjonen til å behandle dem rett, sier Zhang.

– Hvordan metanhydrater oppfører seg kan ha en stor innvirkning på sikkerhet, miljø og klimaendringer.

Dårlig forstått og ustabile

Metanhydrater har vært kjent siden 1930-tallet, da gasselskaper fant ut at rørledningene deres noen ganger ble tilstoppet av en type is som bestod av vann og metan.

I 1960 ble metanhydrater funnet i permafrost. De ble også funnet i havene, men bare under visse trykk og temperaturer. Forskere tror også at de finnes på andre planeter, inkludert Mars.

Når metanhydrater smelter, slipper de ut metan som er fanget inne i isen. Fordi metanet er fanget i isen under stort trykk, kan en kubikkmeter fast metanhydrat frigi hele 160 kubikkmeter metangass.

Det gjør dem til en mulig energikilde. Men de vil også fungere som en drivhusgass, noe som kan få store følger dersom permafrosten smelter og metangassen siver ut.

Japan har undersøkt muligheten for å bruke metanhydrater som energikilde, men det har vist seg å være teknisk vanskelig. I havet finnes de gjerne på ustabil havbunn på kanten av kontinentalsoklene, og de ustabile krystallstrukturene i metanhydratene kan plutselig slippe løs metanet dersom metanhydratene blir forstyrret.

Slike forstyrrelser kan altså ligge bak det største skredet vi kjenner til, nemlig Storegga-raset for 8000 år siden, som nevnt tidligere i artikkelen. En hypotese er at et jordskjelv gjorde metanhydrater på havbunnen ustabile, slik at mye gass slapp ut raskt.

Datasimuleringer overrasker

Professor Zhiliang Zhang ved NTNUs Institutt for konstruksjonsteknikk, Fakultet for ingeniørvitenskap og teknologi. (Foto: Nancy Bazilchuk, NTNU)
Professor Zhiliang Zhang ved NTNUs Institutt for konstruksjonsteknikk, Fakultet for ingeniørvitenskap og teknologi. (Foto: Nancy Bazilchuk, NTNU)

Forskere ved NTNU og samarbeidspartnere i Kina og Nederland prøver å forstå forholdet mellom de molekylære strukturene og den mekaniske stabiliteten av materialene.

Metanhydrater har en gitterstruktur der vannet holder metanmolekyler fanget. Zhang og hans kolleger bruker en datasimulering av to typer metanhydrater. 

Forskerne bygget datamodeller til å simulere effekten av ulike påvirkninger på de to typene metanhydrater.

Fant maksimal kapasitet

De ble utsatt for to forskjellige typer stress: strekkspenning - de kreftene de ville bli utsatt for om de ble dratt fra hverandre, og trykkspenning - de kreftene de ville utsettes for ved økt trykk.

Simuleringene viste at størrelsen på krystallene hadde mye å si for hvordan strukturen reagerte på begge de to påkjenningene.

I begge tilfeller viste det seg at jo mindre krystallstrukturene var, dess sterkere ble de og jo mer tålte de av påkjenningene. Men bare til en viss grense. Hvis forskerne gjennomførte simuleringer på krystaller som var mindre enn denne minimumsgrensen, ble hydratet svakere. Dette overrasket forskerne.

Hydratene ser ut til å være sterkest når krystallene i dem er rundt 15 til 20 nanometer store. Dette ligner hva som skjer med metaller som for eksempel kobber. Men dette er første gang at forskere har sett denne typen oppførsel i metanhydrater.

Dette kan hjelpe forskerne som vil forutsi og forhindre at metanhydrater kollapser.

Ustabilitet kan utløses

Forskerne rapporterte at splittingen av metanhydrater kan utløses av for eksempel jordskjelv, stormer og svingninger i havnivået. Men også av menneskeskapte forstyrrelser som brønnboring og gassproduksjon fra hydrat-reservoarer.

– Dette har en innvirkning på disse store spørsmålene, sier Zhang.

– Her har vi tatt et skritt fremover, men selvfølgelig er det mye mer arbeid som gjenstår.

Referanse:

Jianyang Wu mfl: Mechanical instability of monocrystalline and polycrystalline methane hydrates, Nature Communications, november 2015, doi: 10.1038/ncomms9743.