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KAIST、海底粘土質中のハイドレートの生成原理を究明

特定の条件ではむしろハイドレートの生成を促進


大徳所在のKAIST(シン・ソンチョル総長)は建設および環境工学科のクォン・テヒョク教授研究チームが一名「燃える氷」と呼ばれる天然ガスハイドレートが海底の粘土質堆積土で多量に生成されるメカニズムを解明したと3月5日に発表した

海底の堆積土や永久凍土層(2年以上の期間土壌が凍っている地帯)で主に発見される天然ガスハイドレートはメタンなどの天然ガスが水の分子から成る氷と似た結晶構造に閉じ込められている固体物質。

燃える氷とも呼ばれ莫大な埋蔵量により次世代代替エネルギーとして注目されている。

粘土質の堆積土ではガスハイドレート生成が難しいというのが一般的な理論。しかし最近では世界的に海底の粘土質堆積層で多量のガスハイドレートが発見されており既存の理論とは異なる現象を解明することが課題となっていた。

粘土鉱物の表面は陰電荷を帯びているが、この電荷が粘土の表面に吸着された水の分子に相当する電気的力を加えて分極化させる。また粘土の表面の陰電荷を相殺するために周辺に多くの陽イオンが存在する。

したがって、普通条件の水の分子と分極化された条件の水の分子のハイドレート結晶生成の様相を比較することが研究の核心。しかし粘土の周辺に自然に存在する陽イオンにより実験研究には限界があった。

研究チームは既存の研究の限界を克服するために水に電場を加えた。粘土の表面のように水の分子の分極化を実現したのち水の分子のガスハイドレート結晶生成の速度を測定した。

その結果、粘土の表面と似た大きさの電場(104V/m)を水に適用した際にガスハイドレート結晶核生成の速度が約6倍以上早まることが観察できた。

これは水の分子が電場によって分極化されると分子間の水素結合が部分的に弱まり内部エネルギーが減少するためであることが分かった。

研究チームは電場がハイドレートの生成を促進することを実験的に解明することに成功し、粘土鉱物の存在がハイドレートの生成を妨害するのではなく特定の条件ではむしろハイドレートの生成を促進することを確認した。

研究に当ったクォン・テヒョク教授は「本研究を通じて粘土質堆積土でガスハイドレートが多く発見される理由について理解できるようになった。近い将来に人類はガスハイドレートをエネルギー資源として生産消費できるようになるだろう」と述べた。

研究成果は環境分野の国際学術誌『Environmental Science & Technology』電子版に3月3日付で掲載された。





[2018-03-07]

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