メタンハイドレートとは、メタンを中心にして周囲を水分子が囲んだ形になっている固体結晶である。 低温かつ高圧の条件下で、水分子は立体の網状構造を作り、内部の隙間にメタン分子が入り込み氷状の結晶になっている。 石油や石炭に比べ燃焼時の二酸化炭素排出量がおよそ半分であるため、地球温暖化対策としても有効な新エネルギーであるとされる。
見た目は氷に似ている。1m3のメタンハイドレートを1気圧の状態で解凍すると164m3のメタンガスに変わる。このメタンはメタンハイドレートの体積の20%に過ぎず、他の80%は水である。分子式はCH4・5.75H2Oと表され、密度は0.91g/cm3である。 火をつけると燃えるために「燃える氷」と言われることもある。
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水分子で構成される立体網状構造の間隙中にガス分子が位置して安定な固体結晶となっている氷状の物質は「ガスハイドレート・クラスレート」と呼ばれる構造になっている。
ガスハイドレートには、ガスが失われると残された立体網状構造である「包接格子」だけでは格子構造を維持できないもの（ガスハイドレート・クラスレート）と、包接格子だけでも格子構造を維持出来るものがある。メタンハイドレートは「包接化合物」とも呼ばれるクラスレートであり、骨格となる水分子間の5-6オングストローム程度の隙間に入り込んだガスが出て行くと格子は壊れる。