笼形水合物

笼形水合物质是由气体（例如惰性气体（氩气、氪气、氙气）、氯气、溴气、芳烃或烷烃）和水组成的固态包合物。 天然笼形水合物质主要含有甲烷、二氧化碳和硫化氢等气体。 例如，主要包含特定气体分子（例如甲烷）的形式被称为甲烷水合物。

这些物质就是甲烷水合物，是在管道压力下与天然气中的水形成的。 运输天然气时存在的这个问题可以通过运输某些化学品、抑制剂来避免。 他们改变了形成笼形水合物的必要条件，使管道中普遍存在的温度和压力导致尽可能少的笼形水合物。 然而，笼形水合物会形成或积累，尤其是在阀门和仪器上。

导致自然笼形水合物形成的最重要因素是压力、温度和周围环境中的高气体浓度（游离气体溶解在沉积物或孔隙水中）。 在高压、低温和相应高的气体浓度下，沉积物或海底的气体分子在包合物形成过程中被“捕获”在由水分子组成的分子晶格中。 这会创建一个由多个水分子组成的笼子，其中包含一个气体分子。 一立方米的笼形水合物含有大约164立方米的相应气体。

包合物的形成充满了沉积物的孔隙空间，沉积物形成为沉积物和笼形水合物的混合物。 沉积物被笼形水合物胶结而固化，对大陆坡的稳定具有重要意义。 笼形水合物比水轻，因此被较重的沉积物固定在海底。 水柱中的自由笼形水合物迅速上升到顶端。 在途中，它分解并将相应释放的气体（可能是温室气体）输送到水体中，并可能直接输送到大气中。 在沉积物中，笼形水合物稳定地下降到几百米的深度。 除其他事项外，由于长时间的沉积过程，在沉积物表面附近形成的笼形水合物可以位于稳定覆盖层以下的更深处。 在更深的沉积物深度，由于地球的热流，笼形水合物质再次变得不稳定。

在 CO2 封存过程中，笼形水合物质的形成过程旨在确保发电厂产生的 CO2 安全地沉积在海床上，例如长期沉积，使其无法逃逸到大气中。 在有利条件下，人工引入深层沉积层的 CO2 可以转化为固体水合物结构，从而稳定储存。

最近的地震调查表明，海床上的甲烷水合物沉积量非常大。 因此，它们可能是一种潜在的重要能源，尽管在不损失的情况下提取它们可能非常困难，因为甲烷作为一种温室气体，不能大量释放到大气中。 化石燃料产生的温室气体总量应小于笼形水合物质沉积物可能释放的温室气体量。 二氧化碳和甲烷都是温室气体。

笼形水合物可以简化天然气在船上的运输。 在运输过程中，仅需-10 °C 的储存温度，而液化天然气的储存温度为-162 °C。