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Brennbares Eis aus Methan und Wasser

Methanhydrat bildet sich bei Temperaturen von unter 10 Grad Celsius und hohen Drücken von mehr als 30 bar, dem 30-Fachen des Atmosphärendrucks, aus Wasser und Methangas. Das Methan wird dabei von Wassermolekülen umschlossen und in eine Art Molekülkäfig gesperrt. Chemiker nennen derartige Molekülstrukturen daher Clathrate (lat. clatratus: vergittert). Methanhydrate entstehen im Permafrostboden an Land oder im Meeresboden. In der Regel sind sie von einer Sedimentschicht bedeckt. Voraussetzung für die Bildung im Meeresboden ist, dass ausreichend hohe Drücke und niedrige Temperaturen herrschen. Je wärmer das Wasser ist, desto höher muss der Wasserdruck sein. In der Arktis findet man daher Methanhydrat im Meeresboden bereits ab rund 300 Meter Wassertiefe, in den Tropen erst unterhalb von 600 Metern. Weltweit liegen die meisten Methanhydratvorkommen zwischen 500 und 3000 Meter Wassertiefe. Die Hydrate sind fest und weiß und ähneln damit gewöhnlichem Wassereis. Holt man sie vom Meeresboden herauf, zerfallen sie langsam. Dabei wird das Methangas frei, das sich entzünden lässt. Methan- und Wassermoleküle reagieren für gewöhnlich nicht miteinander. Bei Raumtemperatur bewegen sie sich viel zu schnell, als dass sich zwischen ihnen chemische Bindungen bilden könnten. Bei Kälte aber verlangsamt sich die Molekularbewegung. Durch hohen Druck nähern sich die Methan- und Wassermoleküle schließlich so stark an, dass die Clathratstruktur entsteht. Erhöht sich die Temperatur oder sinkt der Druck, reißen die schwachen Bindungen wieder. Das Clathrat zerfällt und das Methan wird frei.

Abb. 3.1 > Im Methanhydrat ist das Methanmolekül von mehreren Wassermolekülen (H2O) umschlossen. Die Sauerstoffatome des Wassers sind blau und die Wasserstoffatome grün dargestellt. Schwache elektrostatische Kräfte zwischen den Atomen, die Wasserstoffbrückenbindungen, halten das Methanhydrat zusammen. Das Methanmolekül im Zentrum des Clathrats besteht aus 1 Kohlenstoffatom C (rosa) und 4 Wasserstoffatomen H (grün), die wie die Ecken einer Pyramide angeordnet sind. Das chemische Symbol für Methan ist entsprechend CH4. Unter Atmosphärendruck zerfällt das Methanhydrat langsam und gibt das Methan frei, welches sich entzünden lässt. © Dietmar Gust, Berlin Abb. 3.1 > Im Methanhydrat ist das Methanmolekül von mehreren Wassermolekülen (H₂O) umschlossen. Die Sauerstoffatome des Wassers sind blau und die Wasserstoffatome grün dargestellt. Schwache elektrostatische Kräfte zwischen den Atomen, die Wasserstoffbrückenbindungen, halten das Methanhydrat zusammen. Das Methanmolekül im Zentrum des Clathrats besteht aus 1 Kohlenstoffatom C (rosa) und 4 Wasserstoffatomen H (grün), die wie die Ecken einer Pyramide angeordnet sind. Das chemische Symbol für Methan ist entsprechend CH₄. Unter Atmosphärendruck zerfällt das Methanhydrat langsam und gibt das Methan frei, welches sich entzünden lässt. © Dietmar Gust, Berlin