分子動力学法によるクラスレート水和物の生成・分解過程の研究

天然ガスの貯蔵・輸送手段は現在LNGの形態で行われているが,安全面や経済的有利性からLNGに代わりクラスレートハイドレート(以下ハイドレートと略記)の形態での貯蔵・輸送が思案されている.分子スケールの構造からなるハイドレートを利用するには,非平衡下におけるハイドレートの分解・生成過程のメカニズムを微視的に理解する必要がある.本研究においては,NPT(N:粒子数 P:圧力 T:温度)一定の分子動力学法を用いてメタンハイドレートの分解過程と生成過程のシミュレーションを行ない,これらの過程のメカニズムを分子レベルで解析し,微視的挙動を解明することが目的である.分解過程のシミュレーションの結果から,系が平衡に至るまでの過程を,(a)ハイドレートの構造の分解が起こるまでの過程,(b)ハイドレートの構造の分解が起こっている過程,(c)ハイドレートの構造の分解の終了後に系が平衡に至るまでの過程の3つの過程に分けられることを見いだした.また過程b,cでは,過程cの後の平衡状態と比べ多数のモノマーであるメタン分子や小さいサイズのクラスターに属するメタン分子の存在を確認した.分解過程の一時点から始めた生成過程のシミュレーションの結果より,ハイドレートのキャビティーの一部となる様な多数の水分子が,モノマーであるメタン分子の周りに存在していることを見いだし,キャビティーの生成を確認した.分解・生成過程の結果から,系内に存在するモノマーであるメタン分子や小さいサイズに属するメタン分子が記憶効果の原因となっていると考えられる.

天然ガスの貯蔵・輸送手段は現在LNGの形態で行われているが,安全面や経済的有利性からLNGに代わりクラスレートハイドレート(以下ハイドレートと略記)の形態での貯蔵・輸送が思案されている.分子スケールの構造からなるハイドレートを利用するには,非平衡下におけるハイドレートの分解・生成過程のメカニズムを微視的に理解する必要がある.本研究においては,NPT(N:粒子数 P:圧力 T:温度)一定の分子動力学法を用いてメタンハイドレートの分解過程と生成過程のシミュレーションを行ない,これらの過程のメカニズムを分子レベルで解析し,微視的挙動を解明することが目的である.分解過程のシミュレーションの結果から,系が平衡に至るまでの過程を,(a)ハイドレートの構造の分解が起こるまでの過程,(b)ハイドレートの構造の分解が起こっている過程,(c)ハイドレートの構造の分解の終了後に系が平衡に至るまでの過程の3つの過程に分けられることを見いだした.また過程b,cでは,過程cの後の平衡状態と比べ多数のモノマーであるメタン分子や小さいサイズのクラスターに属するメタン分子の存在を確認した.分解過程の一時点から始めた生成過程のシミュレーションの結果より,ハイドレートのキャビティーの一部となる様な多数の水分子が,モノマーであるメタン分子の周りに存在していることを見いだし,キャビティーの生成を確認した.分解・生成過程の結果から,系内に存在するモノマーであるメタン分子や小さいサイズに属するメタン分子が記憶効果の原因となっていると考えられる.