Beobachtung der Clathratbildung bei Raumtemperatur
Forschern der BAM ist es gelungen, die Bildung von Gashydraten bei Raumtemperatur und Normaldruck in einer hohen Zeitauflösung zu untersuchen. Für ihre Experimente an der ESRF (European Synchrotron Radiation Facility, Grenoble, Frankreich) setzten sie einen akustischen Levitator ein, der es erlaubt, kleine Volumina schwerelos schweben zu lassen. Im schwebenden Tropfen lässt sich an Lösungsmitteln wie z. B. Dichlormethan und darin enthaltenem Wasser über die Verdunstungskälte an der Oberfläche die Bildung von Gashydraten initiieren. Die Gashydrat-Bildung wurde mit einer Zeitauflösung unter einer Sekunde mittels Röntgenbeugung verfolgt. Durch weitere Zugabe von Lösungsmittel über Piezospritzen konnte die Clathrat-Struktur für einen beliebigen Beobachtungszeitraum aufrechterhalten werden.
Gashydrate bilden sich bei hohem Druck, niedriger Temperatur und hoher Gaskonzentration, ein Umstand, der eine detailliert Untersuchung der Stufen der Clathratbildung erschwert. Mit dem neuen experimentellen Ansatz lässt sich diese Stoffgruppe nun auch bei Normaldruck und -temperatur untersuchen und ist darüber hinaus auf viele weitere Gashydrate übertragbar.
Einige Zeit gerieten die Gashydrate in Vergessenheit bis man Anfang des 20. Jahrhunderts in ihnen die Ursache für verstopfte Erdgaspipelines erkannte. In kalten Regionen bilden sich aus dem überwiegend aus Methan bestehenden Erdgas und der enthaltenen Feuchtigkeit Methanhydrate. Aktuell wird an der Nutzung von natürlich vorkommenden Methanhydraten als alternative Brennstoffressource geforscht.
Gashydrate sind seit dem Jahr 1810 bekannt, als der britische Forscher Sir Humphry Davy unter Druck Chlorgas durch Wasser leitete und dabei zufällig diese neue Substanzgruppe entdeckte. Der Zusammenhalt in Gashydraten wird über Wasserstoffbrückenbindungen ermöglicht, die den Aufbau käfigartiger (Clathrate von lat. clatrare = vergittern) Strukturen aus Wassermolekülen begünstigen. In diesen Hohlräumen können Gasmoleküle (z. B. Methan, Kohlenstoffdioxid, Schwefelwasserstoff), eingeschlossen werden. Dadurch werden große Gasvolumen auf sehr geringem Raum gebunden. 1 m3 Gashydrat enthält ca. 164 m3 eingeschlossenes Gas.
Chem. Commun., 2011, DOI: 10.1039/c1cc13049h
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Arbeitsgruppe Röntgenstrukturanalytik
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