• Articles
• admin

nový a inovativní způsob ukládání metanu by mohl urychlit vývoj automobilů na zemní plyn, které nevyžadují vysoké tlaky nebo nízké teploty dnešních vozidel na stlačený nebo zkapalněný zemní plyn.

zemní plyn je čistší než benzín a dnes je ve Spojených státech na silnici více než 150 000 vozidel na stlačený zemní plyn (CNG), většina z nich nákladní automobily a autobusy. Ale dokud výrobci nenajdou způsob, jak zabalit více metanu do nádrže při nižších tlacích a teplotách, což umožní větší dojezd a méně potíží u čerpadla, je nepravděpodobné, že by Osobní automobily přijaly zemní plyn jako palivo.

chemici UC Berkeley nyní vyvinuli porézní a pružný materiál-takzvaný kov-organický rámec (MOF) — pro ukládání metanu, který tyto problémy řeší. Flexibilní MOF se zhroutí, když je metan extrahován pro provoz motoru, ale expanduje, když je metan čerpán pouze při mírném tlaku, v rozsahu produkovaném domácím kompresorem.

„mohli byste se potenciálně naplnit doma,“ řekl Jeffrey Long, profesor chemie UC Berkeley, který projekt vedl.

flexibilní MOF může být naplněn metanem, hlavní složkou zemního plynu, při 35 až 65násobku atmosférického tlaku (500-900 psi), zatímco vozidla se stlačeným zemním plynem (CNG) stlačují zemní plyn do prázdné nádrže pod 250 atmosfér (3 600 psi).

vozidla na zkapalněný zemní plyn (LNG) pracují při nižších tlacích, ale vyžadují významnou izolaci v systému nádrže, aby byl zemní plyn udržován na minus-162 stupních Celsia (minus-260 stupňů Fahrenheita), takže zůstává kapalný.

vozidla nové generace ng
Long uvedla, že vozidla nové generace na zemní plyn budou vyžadovat materiál, který váže metan a hustěji jej zabalí do palivové nádrže, čímž poskytne větší dojezd. Jedním z hlavních problémů bylo nalezení materiálu, který absorbuje metan při relativně nízkém tlaku, například 35 atmosfér,ale dává to všechno při tlaku, kde může motor pracovat, mezi 5 a 6 atmosférami. Pro molekuly plynu, které se drží na vnitřních površích pórů — a ukládají je při vysoké hustotě, jsou jedním z nejslibnějších materiálů pro skladování adsorbovaného zemního plynu (ANG).

„je to velký pokrok jak z hlediska kapacity, tak z hlediska tepelného hospodaření,“ uvedl dlouhý. „S těmito novými flexibilními MOFs se můžete dostat k kapacitám nad rámec toho, co bylo považováno za možné s rigidními MOFs.“

Mezi další výhody flexibilních MOF, Long říká, Je to, že se nezahřívají tolik jako jiné absorbéry metanu, takže je zapotřebí méně chlazení paliva.

„pokud naplníte nádrž, která má adsorbent, jako je aktivní uhlí, když se metan váže, uvolňuje teplo,“ řekl. „S naším materiálem jde část tohoto tepla do změny struktury materiálu, takže máte méně tepla k rozptýlení, méně tepla k řízení. Nemusíte mít tolik chladicí technologie spojené s plněním nádrže.“

pružný materiál MOF by snad mohl být dokonce umístěn uvnitř balonového vaku, který se táhne tak, aby pojal rozšiřující se MOF při čerpání metanu, takže část vydávaného tepla jde do protažení vaku.

Long a jeho kolegové z Národního institutu pro standardy a technologie a v Evropě zveřejní svá zjištění online. 26 před zveřejněním v časopise Nature.

zlepšení palubního skladování zemního plynu
zemní plyn z ropných vrtů je dnes jedním z nejlevnějších a nejčistších fosilních paliv, který se široce používá k vytápění domů, výrobě a výrobě elektřiny. V odvětví dopravy však musí být ještě široce přijat kvůli drahým a velkým palubním nádržím na stlačené palivo. Kromě toho benzín zabalí více než trojnásobek hustoty energie na objem jako zemní plyn, i když je stlačen na 3 600 psi, což má za následek vozidla na zemní plyn s kratším dojezdem na plnění.

aby bylo možné postupovat na palubě skladování zemního plynu, Ford Motor Company se spojil s UC Berkeley na tomto projektu, s financováním z Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA–E) amerického ministerstva energetiky. Ford je lídrem ve vozidlech připravených na CNG / propan, od roku 2009 se jich v USA prodalo více než 57 000, což je více než všechny ostatní velké americké automobilky dohromady.

podle Mike Veenstra z Fordu research and advanced engineering group v Dearbornu v Michiganu Ford uznal, že ANG má potenciál snížit náklady na palubní nádrže, kompresory stanic a palivo spolu s tím, že slouží ke zvýšení dojezdu vozidel poháněných zemním plynem v omezeném nákladovém prostoru.

“ skladování zemního plynu v porézních materiálech poskytuje klíčovou výhodu v tom, že je schopen ukládat významné množství zemního plynu při nízkých tlacích než stlačený plyn za stejných podmínek,“ řekl Veenstra, hlavní řešitel tohoto projektu ARPA-E. „Výhodou nízkého tlaku je výhoda, kterou poskytuje jak na palubě vozidla, tak i mimo něj na stanici. Kromě toho nízkotlaká aplikace usnadňuje nové koncepty, jako jsou nádrže se sníženou tloušťkou stěny, spolu s přizpůsobivými koncepty, které pomáhají snižovat potřebu dosáhnout ekvivalentní objemové kapacity stlačeného CNG při vysokém tlaku.“

dlouho zkoumá MOFs jako adsorbéry plynu po desetiletí a doufá, že je použije k zachycení oxidu uhličitého emitovaného z elektráren nebo k ukládání vodíku ve vozidlech poháněných vodíkem nebo k katalyzování plynných reakcí pro průmysl. V loňském roce však studie Berend Smit z UC Berkeley zjistila, že tuhé MOF mají omezenou kapacitu pro ukládání metanu. Dlouhý a postgraduální student a první autor Jarad Mason se místo toho obrátil k flexibilním Mofům a poznamenal, že se chovají lépe, když je metan čerpán dovnitř a ven.

pružné MOF, které testovali, jsou založeny na atomech kobaltu a železa rozptýlených v celé struktuře, s vazbami benzenedipyrazolátu (bdp). Kobalt (bdp) i železo (bdp) jsou při expanzi vysoce porézní, ale při zhroucení se smršťují na v podstatě žádné póry.

jejich první experimenty na těchto sloučeninách již překračují teoretické limity pro tuhé MOFs, řekl Long. Toto je zásadní objev, který nyní potřebuje hodně inženýrství, aby zjistil, jak nejlépe využít těchto nových adsorbentních vlastností.“

on a jeho kolegové také nyní vyvíjejí flexibilní MOFs pro ukládání vodíku.

spoluautory UC Berkeley jsou Julia Oktawiec, Mercedes Taylor, Jonathan Bachman a Miguel Gonzalez. Pro provedení strukturálních a termodynamických studií MOFs s metanem i bez něj tým spolupracoval s Matthewem Hudsonem a Craigem Brownem z NIST; Julien Rodriguez a Philip Llewellyn z univerzity Aix-Marseille ve Francii; Antonio Cervellino z Institutu Paula Scherrera ve švýcarském Villigenu; a Antonietta Guagliardi a Norberto Masciocchi Z To.Sca.Laboratoř v Comu, Itálie.
související informace

• skladování metanu v flexibilních Kovo-organických rámcích s vnitřním tepelným řízením (Příroda)
• webová stránka skupiny Jeffa Longa
• nový materiál zachycuje uhlík za polovinu nákladů na energii (březen 2015)
• nový materiál snižuje náklady na energii při separaci plynu pro plasty a paliva (březen 2012)
• průlom v navrhování levnějších a účinnějších katalyzátorů pro palivové články (únor 2012)