Clatrati idrati

I clatrati idrati sono solidi cristallini costituiti da molecole ospitanti di acqua ghiacciata che racchiudono al loro interno molecole di gas.

Secondo la I.U.P.A.C. sono composti di inclusione in cui gli atomi o le molecole ospiti sono vincolati o intrappolati in gabbie formate dalla molecola ospite o da un reticolo di molecole ospiti.
Infatti il nome clatrato deriva dal latino clātrātus che significa chiuso da una grata.

I clatrati idrati sono insiemi di composti chimici costituiti in genere da gas naturale o altre specie come idrogeno, solfuro di idrogeno, freon, idrocarburi, gas nobili e anidride carbonica intrappolati in una matrice cristallina di molecole  di acqua. Essi si formano ad alte pressioni e basse temperature. I clatrati possono essere classificati in base agli elementi della struttura, comprese le classificazioni basate su silicio o su germanio o su stagno.

I clatrati idrati di gas sono composti clatrati costituiti da molecole di gas ospite e molecole di acqua legate da idrogeno. Le molecole d’acqua formano una struttura a gabbia in cui è inclusa la molecola ospite e stabilizzano la struttura.

La distribuzione dei clatrati idrati negli oceani e nelle regioni fredde comporta da un lato una fonte di energia e, dall’altro un potenziale rilascio di gas serra a seguito del riscaldamento climatico

Storia dei clatrati idrati

La storia scientifica dei clatrati risale all’anno 1811, quando Sir Humphrey Davy studiò e identificò per la prima volta i clatrati costituiti da miscele solidificate di gas, in particolare metano e acqua. Tali miscele rimanevano allo stato solido ben al di sopra del punto di fusione dell’acqua pura.

Solo a metà degli anni ’30 si comprese che gli idrati di clatrato di metano solidificati sono responsabili del blocco dei gasdotti. Dagli anni ’30 ad oggi, l’industria petrolifera ha profuso enormi sforzi nello sviluppo di tecniche per rimuovere gli idrati di clatrato di gas solido o prevenirne la formazione.

Problemi ambientali

I problemi ambientali riguardano il rilascio di gas e, in particolare di metano, nell’atmosfera. Ciò avviene nel corso delle perforazioni quando la temperatura elevata del petrolio favorisce la solubilizzazione dei clatrati idrati. Inoltre l’effetto del riscaldamento globale si traduce in un rilascio costante di metano che è un gas serra rappresenta una minaccia significativa per il clima

Fonte di energia

I clatrati sono studiati come potenziale fonte di energia. L’estrazione di gas combustibili, in particolare di metano immagazzinato negli idrati di clatrato naturale costituisce, infatti una prospettiva per l’ottenimento di risorse energetiche. Si stima che l’energia potenziale immagazzinata nei clatrati di metano supera le riserve globali combinate di combustibili fossili.

Tra le potenziali applicazioni dei clatrati vi è intrappolamento su larga scala delle molecole di anidride carbonica per ridurne i livelli e quindi inibire l’acidificazione delle acque oceaniche

Clatrati nello spazio

Sulla base delle informazioni attuali, si ipotizza che gli idrati di gas naturale possano esistere su Marte, Saturno, Urano e Nettuno e sui loro satelliti.

Su Titano, uno dei satelliti di Saturno, a causa delle condizioni di pressione e temperatura, è possibile la presenza di idrati di clatrato.

L’atmosfera e la superficie di Titano contengono gas atmosferici come azoto, metano, etano, anidride carbonica, propene, vapore acqueo che in genere formano idrati di clatrato.

Tuttavia, poiché l’atmosfera ha solo una presenza limitata di vapore acqueo nonostante l’abbondanza di possibili ospiti la quantità di acqua disponibile regola la formazione di idrati di clatrato. In Titano, possono formarsi idrati di clatrato composti in cui due o più molecole ospiti sono intrappolate in una singola gabbia di clatrato. Il tipo più comune di clatrato idrato ipotizzato per essere immagazzinato sotto la superficie di Titano è quello contenente metano che è uno dei gas più comuni come scoperto dalla sonda spaziale Cassini-Huygens.