Led, který hoří

Vypadá jako led, dá se zapálit, když shoří, zbude louže vody. Najdeme ho na ledových měsících velkých planet a v kometách. Na Zemi jsou ho plné pobřežní šelfy, už ho umíme těžit, nazývá se klatrát metanu.

Led je lehčí než voda, učíme se ve škole. Když je pan učitel v dobrém rozmaru, přidá ještě šokující informaci o špičce ledovce a těm nejzvídavějším nádavkem prozradí, že led krystalizuje šesterečně. Upřímně řečeno, pro praktický život je to dostačující. S jinými formami ledu běžnými na vzdálených tělesech Sluneční soustavy se dá na Zemi setkat jen okrajově.

A přece dokáže voda vytvářet struktury, které se v posledních letech dostaly do hledáčku nejen vědců ale i energetického průmyslu. Jedná se o takzvané klatráty. Původně panovaly pochyby, zda se vůbec vyskytují i na Zemi. Dnes již víme, že se nejen vyskytují, ale že jsou i hojné. Lemují pobřeží kontinentů, najdeme je v permafrostech Kanady i Sibiře.

O co jde. Jak již bylo řečeno, běžně voda krystalizuje v šesterečné soustavě. Můžete se podívat na obrázek, jak jsou jednotlivé atomy v krystalu vázány. Pro naše potřeby stačí všimnout si, že jsou všechny atomy poměrně blízko sebe. Není to sice nejpevnější krystalická soustava, jakou si dokážeme představit, nicméně vidíme, že k deformaci něčeho takového budeme muset vyvinout nemalý tlak.

Příroda však dovoluje molekulám vody sestavit i zajímavější základní buňky. Například dvanáctistěn. To už je poměrně velké tělísko. Tak veliké, že by se do něj dalo něco uzavřít, třeba nějaká jiná molekula. Uzavřený se latinsky řekne clatharatus, takové struktury nazýváme tedy klatráty. V případě, o kterém mluvíme, kdy je klícka tvořena molekulami vody, používáme někdy i označení hydrát. Často se mezi těmito pojmy klade rovnítko, protože v popředí zájmu leží již pár let právě klatráty postavené z vodních molekul. Principiálně může být klatrát i leccos jiného, například jedna z nedávno objevených forem uhlíku - fulleren.

Zpět ale ke klatrátům vypadajícím jako dvanáctistěn s molekulami vody v jeho vrcholech. Samotná klícka se v přírodě běžně nevyskytuje. Držela by sice pohromadě a vykazovala by jistou stabilitu, nicméně má problém vzniknout. Je to především proto, že při krystalizaci (mrznutí vody) vazební síly přitáhnou molekuly vody do těsnějších soustav (třeba do té šesterečné) a do vzdálených vrcholů dvanáctistěnu se tak vůbec nedostanou.

Je tu však jeden způsob, jak se krystalizaci v těsných soustavách vyhnout. Jestliže jsou ve vodě rozptýleny cizí molekuly, mohou molekulám vody bránit, aby vytvářely těsná spojenectví. Ty pak cizí molekulu doslova obkličují, až ji uzavřou do klatrátu.

To, co svět energetiky vzrušuje, jsou klatráty metanu - jinými slovy molekuly metanu uzavřené ve vodních dvanáctistěnech. Původně se předpokládalo, že je nemá cenu hledat jinde, než ve vzdálenějších oblastech Sluneční soustavy. Na kometách nebo v ledových měsících plynných obrů. Tam je to logické, o metan ani vodu zde není nouze a neustálý mráz by snad křehké struktury dokázal zachovat. Ukázalo se však, že ty struktury zase tak křehké nejsou a vůbec nepotřebují kdo ví jak nízkou teplotu, aby přežily.

Klatráty metanu jsou stabilní buď za nízké teploty nebo za vysokého tlaku. Na okrajích pevninských šelfů, v hloubce kolem tří set metrů, je již tlak dostatečný a teplota jen pár stupňů nad nulou. V případě, že sem proniká ze zemských dutin metan, vznikají mocná klatrátová ložiska.

Názory na zdroj metanu se rozchází. Zatím není jasné, zda je organického původu, zda jsou to zbytkové zásoby metanu z dávné historie Země, nebo zda stále vzniká metan nový, působením přehřáté páry na karbidy těžkých kovů. V každém případě se uvádějí světové zásoby klatrátového metanu v násobcích ostatních druhů zásob. Záležitost je příliš mladá, jedná se jen o odhady, přesná čísla nezná nikdo.

Je možné klatrátový metan těžit a využívat? Odpověď je jednoduchá. Nejen, že to možné je, ono se to již děje. Obvykle se uvádí, že první (pokusnou ale úspěšnou) těžbu metanu provedli před třemi roky Japonci. Není to tak docela pravda. Poprvé se klatrátový metan začal těžit a dosud těží v Rusku. Dlužno ovšem podotknout, že to byla dlouho těžba neuvědomělá. V západosibiřské oblasti Mesojacha byla zahájena v roce 1970 těžba zemního plynu. Zásoby plynu byly odhadovány na asi deset let, ale těžba stále běží. Plyn nejspíš doplňují právě klatráty stabilizované permafrostem.

Způsoby těžby se po navrtání ložiska nabízejí v zásadě tři. Za prvé, narušit stabilitu snížením tlaku. Tak to dělali právě ti Japonci. Z vrtu odčerpali vodu a metan se začal sám uvolňovat. Za druhé je možné klatráty zahřívat. To se uvažuje v oblastech věčného sněhu a ledu. Radost kalí hlavně to, že na ohřev by padlo značné procento vytěžené suroviny.

Poslední možnost jistě potěší všechny, kteří se budí hrůzou z nárůstu oxidu uhličitého v atmosféře. Oxid uhličitý má totiž schopnost vytlačit metan z klatrátu a zaujmout jeho místo. Pumpováním oxidu uhličitého do vrtů bychom tak mohli získat cennou surovinu a ještě vyčistit ovzduší od plynu, který dnes oficiální místa označují jako metlu lidstva. O oxidu uhličitém vzniklém spalováním metanu prameny mlčí.

Kolem klatrátů metanu, jejich masové těžby a vlivu na životní prostředí začíná být hlučno, bohužel i na politické úrovni, a dostáváme se do bodu, kdy není jasné, zda argumenty mají zázemí seriózního bádání.

Jmenujme především obavu ze zhroucení vytěžených oblastí. Jestliže by tlak vody nad vytěženým ložiskem dokázal naráz rozdrtit prázdné klatrátové klícky, došlo by k otřesu a následné vlně tsunami. Geologové ukazují, že k něčemu takovému již na několika místech v historii Země došlo, jiní geologové vysvětlují nálezy jinak.

Jiné obavy plynou z globálního oteplení, které by mohlo mít na svědomí spontánní uvolňování metanu do atmosféry. Protože je metan skleníkový plyn, mohlo by se kolo oteplování roztočit naplno. Z toho je již jen krok k tomu, že bychom naopak měli těžit dříve, než surovina sama unikne a natropí škody.

Ponechme zatím stranou vznešené myšlenky na spásu světa novým těžko vyčerpatelným zdrojem energie, nemysleme na obří vlnu tsunami pustošící pobřeží kontinentů a poukažme ještě na jeden zajímavý aspekt.

Přepravovat větší objemy metanu není nic jednoduchého. Obrovské cisterny se špatně konstruují na vysoký tlak. Je sice možné metan zkapalnit, ale pak musí být držen na teplotě -162° C, což je energeticky náročné. Pokud bychom však vázali metan do klatrátu, stačilo by držet ho na rozumné teplotě a choval by se jako cisterna natlakovaná na 164 atmosfér. Jeden litr metanového klatrátu totiž dokáže pojmout 164 litrů metanu.

Na závěr se vraťme do vesmíru, na měsíce velkých planet. Předpokládáme, že vhodné místní podmínky tu také daly vzniknout této zajímavé formě ledu. Bylo by možné těžit metan zde a k čemu by to bylo dobré? To se můžete dočíst ve sci-fi povídce Benzínka na Japetu

Na videu se přesvědčíte, že se hrudka ledu dá zapálit i sirkou.