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Geo-Institut. In der Kristallographie des Geowissenschaftlichen Zentrums der Uni Göttingen befindet sich ebenfalls ein Forschungsstandort für Gashydrate. Es gibt die Kristallographie im klassischen Sinne, das heißt, es werden verschiedene Stoffe auf ihre Kristallstruktur und ihre verschiedenen physikalischen Eigenschaften untersucht. Die verschiedenen festen Phasen des Wassers (Eis) sind einige davon. Der Hauptforschungsschwerpunkt im Moment ist zweifelsohne die Gashydratforschung. Hier sind nur einige Ansätze kurz erwähnt: Phasendiagramme werden ermittelt, Formationsbedingungen werden untersucht. Das heißt, es werden z.B. CO 2 -Hydrate unter Druck und Temperaturbedingungen des Mars geprüft. Molekülstrukturen werden theoretisch errechnet und auf ihre Wandlungsmöglichkeiten untersucht. Die Wissenschaftlichen Methoden reichen von Massenspektronomie, Röntgendiffraktromie, Ramanspektroskopie, bis hin zu AFMund Rasterelektronenmikroskopie und reiner Modellierung. Es werden natürliche Gashydratproben auf ihre Zusammensetzung und Eigenschaften untersucht, oder auch Gashydrate aus verschiedenen Gasen im Labor unter kontrollierten Bedingungen hergestellt. Um genaueres zu erfahren sei hier die Homepage des Institutes empfohlen: http://kristall.uni-mki.gwdg.de/ Bei der Auswertung von Elektronenmikroskopbildern wurden hier z.B. zum ersten Mal Poren in Gashydraten entdeckt. Gut kristallisierte (10–100 nm) mesoporöse Materialien sind sonst nicht bekannt und so war das Interesse für weitere Forschung geweckt. Verschiedenen Stadien der Metamorphose natürlicher Schneekristalle. Messung der spezifischen Oberfläche von Gashydraten. Das Vorhandensein von Poren ändert einige physikalische Parameter des zu untersuchenden Stoffes, des Gashydrates. Zu nennen sind hier: Permeabilität, Stabilität und vor allem die Reflexion und Durchlässigkeit seismischer Wellen. Da die Interpretation letzterer dazu dient, Informationen über die Beschaffenheit geologischer Strukturen, wie zum Beispiel Gashydratvorkommen, zu liefern, interessiert man sich für die Häufigkeit und Beschaffenheit der Poren natürlicher Gashydrate. Da ein direkter Zusammenhang zwischen dem Auftreten von Poren und der Größe der Hydrat-Oberfläche existiert, wird im Rahmen einer Diplomarbeit die spezifische Oberfläche von Gashydraten experimentell ermittelt. Dabei wird die so genannte BET-Methode benutzt. Die Methode ist nach ihren Erfindern, den drei Physikern Brunauer, Emmet und Teller benannt. Dies ist eine Gas-Adsorptionsmessung, bei der über die Anzahl der adsorbierten Gas-Moleküle auf der Hydratoberfläche bei verschiedenen Drücken die spezifische Oberfläche (Fläche/g) ermittelt wird. Applikation | 13
14 | Applikation Herr Hensel, technischer Ingenieur des Geo-Instituts und Andreas Zeller, der im Rahmen seiner Diplomarbeit Forschungen an Gashydraten durchführt, in der Kältekammer. Das Gashydrat-Pulver wird zur Gewichtsbestimmung auf der Waage platziert. Um während der Messung und dem späteren Wägevorgang innerhalb des Stabilitätsbereiches für Druck und Temperatur des Gashydrats zu bleiben, muss die Probe auf ca. –196°C (Temperatur von Flüssigstickstoff bei Atmosphärendruck) abgekühlt werden. Man kann sich leicht vorstellen, dass das Wägen sehr kalter Proben große Probleme bereitet, bedingt durch den starken Temperaturunterschied, da eine erhebliche Menge Luftfeuchtigkeit am Probengefäß kondensiert und damit zu Ungenauigkeiten führt. Auch eine weitere Methode, die Probe direkt im Flüssigstickstoff zu wägen, brachte keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Aus diesem Grund suchte man im Institut der Universität Göttingen nach einer hochwertigen Waage, die auch unter schwierigsten Bedingungen, wie zum Beispiel extrem niedriger Temperaturbereich, sicher, zuverlässig und stabil arbeitet, um letztlich in der institutseigenen Kältekammer (–10°C, geringe relative Luftfeuchte) das Gewicht der Proben zu ermitteln. Das Prüfmittel sollte einfach zu bedienen sein und trotzdem größtmögliche Funktionalität bieten und außerdem den extrem hohen Ansprüchen an Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Wägeergebnisse gerecht werden. Die Sartorius Master pro LA Premium-Waage erfüllt die Anforderungen optimal. Sie steht heute in der Kältekammer des Geo-Instituts und die Proben werden direkt in einem Edelstahlgefäß, welches zuvor in Flüssigstückstoff gekühlt wird, auf die Waageschale gestellt. Produktfoto der Präzisionswaage LA4200, die im Geo-Institut im Einsatz ist. Der modulare Aufbau ermöglicht die Platzierung der Bedien- und Anzeigeeinheit außerhalb der Kältekammer (siehe Foto). In der Kältekammer spielt sich Folgendes ab: nachdem der Flüssigstickstoff außen verdampft ist, kann ein stabiles Gewicht ermittelt werden. Durch mehrmaliges Wägen der gekühlten und temperierten Probengefäße konnte die Differenz des scheinbaren Gewichtes infolge des kalten Luftstromes beziehungsweise der kälteren Luft innerhalb des Gefäßes reproduzierbar ermittelt werden. Dadurch ist es gelungen, den Fehler der Gewichtsmessung innerhalb der Messgenauigkeit der Waage zu halten. „Wir sind mit der Waage sehr zufrieden und hoffen, die Oberflächenmessung mit immer kleineren Probenmengen zu verwirklichen“, so Andreas Zeller, der gerade am Institut seine Diplomarbeit über dieses Thema schreibt und die Experimente durchführt und betreut. Bisherige Messungen ergaben Oberflächenwerte zwischen ca. 0.1 und 1.5 [m 2 /g] je nachdem, wie weit die Formation des Gashydrates aus Eis fortgeschritten war bzw. die Hydratprobe zerkleinert wurde, da die Oberfläche mit abnehmender durchschnittlicher Korngröße zunimmt. Die Hauptaufgabe in der näheren Zukunft wird sein, das Modell des Porösen Hydrates und die Probenherstellung so weit zu verfeinern, dass man die Effekte durch Oberflächenvergrößerung aufgrund unterschiedlicher Korngrößen herausrechnen kann, um letztlich eindeutige Aussagen über die Porösität (Poren/Gesamtvolumen), auch in natürlichem Gashydrat mittels der Oberflächenmessung, treffen zu können. Kennziffer: 045
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