• Articles
• admin

en ny og innovativ måde at lagre metan kunne fremskynde udviklingen af naturgas-drevne biler, der ikke kræver de høje tryk eller kolde temperaturer i dagens komprimeret eller flydende naturgas køretøjer.

naturgas er renere end gas, og i dag er der mere end 150.000 komprimerede naturgas (CNG) køretøjer på vejen i USA, de fleste af dem lastbiler og busser. Men indtil producenterne kan finde en måde at pakke mere metan ind i en tank ved lavere tryk og temperaturer, hvilket giver mulighed for et større drivområde og mindre besvær ved pumpen, er det usandsynligt, at personbiler vedtager naturgas som brændstof.

UC Berkeley — kemikere har nu udviklet et porøst og fleksibelt materiale-en såkaldt metalorganisk ramme (MOF)-til opbevaring af metan, der løser disse problemer. Den fleksible MOF kollapser, når metanen ekstraheres for at køre motoren, men udvides, når metanen pumpes ind ved kun moderat tryk inden for det område, der produceres af en hjemmekompressor.

“du kan potentielt fylde hjemme,” sagde Jeffrey Long, en UC Berkeley professor i kemi, der ledede projektet.

den fleksible MOF kan fyldes med metan, den vigtigste ingrediens i naturgas, ved 35 Til 65 gange atmosfærisk tryk (500-900 psi), mens komprimerede naturgas (CNG) køretøjer komprimerer naturgas til en tom tank under 250 atmosfærer (3.600 psi).

flydende naturgas (LNG) køretøjer kører ved lavere tryk, men kræver betydelig isolering i tanksystemet for at opretholde naturgassen ved minus-162 grader Celsius (minus-260 grader Fahrenheit), så den forbliver flydende.

næste generations ng-køretøjer
Long sagde, at næste generations naturgasbiler vil kræve et materiale, der binder metanen og pakker den tættere ind i brændstoftanken, hvilket giver en større driving range. Et af de største problemer har været at finde et materiale, der absorberer metanen ved et relativt lavt tryk, såsom 35 atmosfærer, men giver det hele op ved et tryk, hvor motoren kan fungere, mellem 5 og 6 atmosfærer. MOF ‘ er, der har meget indre overfladeareal til adsorbering af gasser — det vil sige, at gasmolekyler klæber til porernes indre overflader — og opbevarer dem med høj densitet, er et af de mest lovende materialer til adsorberet naturgas (ANG) opbevaring.

“dette er et stort fremskridt både med hensyn til kapacitet og termisk styring,” sagde Long. “Med disse nye fleksible MOF’ er kan du komme til kapaciteter ud over, hvad man troede var muligt med stive MOF ‘ er.”

blandt de andre fordele ved fleksible MOF ‘ er, siger Long, er, at de ikke opvarmes så meget som andre metanabsorbenter, så der er mindre afkøling af det krævede brændstof.

“hvis du fylder en tank, der har adsorbent, såsom aktivt kul, når metan binder det frigiver varme,” sagde han. “Med vores materiale går noget af den varme til at ændre materialets struktur, så du har mindre varme til at sprede, mindre varme til at styre. Du behøver ikke at have så meget køleteknologi forbundet med at fylde din tank.”

det fleksible MOF-materiale kunne måske endda placeres inde i en ballonlignende taske, der strækker sig for at rumme den ekspanderende MOF, når metan pumpes ind, så noget af den afgivne varme går i at strække posen.

Long og hans kolleger på National Institute of Standards and Technology og i Europa vil offentliggøre deres resultater online Oktober. 26 forud for offentliggørelse i tidsskriftet Nature.

forbedring af naturgaslagring om bord
naturgas fra oliebrønde er et af de billigste og reneste fossile brændstoffer i dag, der bruges bredt til opvarmning af hjem såvel som til fremstilling og til produktion af elektricitet. Det er endnu ikke blevet bredt vedtaget i transportsektoren på grund af de dyre og store indbyggede komprimerede brændstoftanke. Derudover pakker brændstof over tre gange energitætheden pr.volumen som naturgas, selv når den komprimeres til 3.600 psi, hvilket resulterer i naturgaskøretøjer med en kortere køreområde pr.

for at fremme indbygget naturgasopbevaring gik Ford Motor Company sammen med UC Berkeley om dette projekt med finansiering fra Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA–E) fra det amerikanske energiministerium. Ford er førende inden for CNG/propan-prepped køretøjer med mere end 57.000 solgt i USA siden 2009, mere end alle andre store amerikanske bilproducenter tilsammen.

ifølge Mike Veenstra, fra Fords research and advanced engineering group i Dearborn, Michigan, erkendte Ford, at ANG har potentialet til at sænke omkostningerne til indbyggede tanke, stationskompressorer og brændstof sammen med at tjene til at øge driving range for naturgasdrevne køretøjer inden for det begrænsede lastrum.

“Naturgasopbevaring i porøse materialer giver den vigtigste fordel ved at være i stand til at opbevare betydelige mængder naturgas ved lave tryk end komprimeret gas under de samme forhold,” sagde Veenstra, hovedforsker af dette ARPA-E-projekt. “Fordelen ved lavt tryk er den fordel, det giver både ombord på køretøjet og off-board på stationen. Ud over, lavtryksapplikationen Letter nye koncepter såsom tanke med reducerede vægtykkelser sammen med konforme koncepter, der hjælper med at mindske behovet for at opnå den ækvivalente volumetriske kapacitet af komprimeret CNG ved højt tryk.”

længe har undersøgt MOF ‘ er som gasadsorbere i et årti i håb om at bruge dem til at fange kulsyre, der udsendes fra kraftværker eller opbevare brint i brintdrevne køretøjer eller til at katalysere gasreaktioner for industrien. Sidste år fandt en undersøgelse af UC Berkeleys Berend Smit imidlertid, at stive MOF ‘ er har en begrænset kapacitet til at opbevare metan. Lang og kandidatstuderende og første forfatter Jarad Mason henvendte sig i stedet til fleksible MOF ‘ er og bemærkede, at de opfører sig bedre, når metan pumpes ind og ud.

de fleksible MOF ‘ er, de testede, er baseret på kobolt-og jernatomer spredt gennem strukturen med forbindelser af bdp. Både cobalt (bdp) og jern (bdp) er meget porøse, når de udvides, men krymper til i det væsentlige ingen porer, når de kollapses.

deres første eksperimenter på disse forbindelser overgår allerede de teoretiske grænser for stive MOF ‘ er, sagde Long. Dette er en grundlæggende opdagelse, der nu har brug for en masse teknik for at finde ud af, hvordan man bedst kan drage fordel af disse nye adsorbentegenskaber.”

han og hans kolleger udvikler nu også fleksible MOF ‘ er til opbevaring af brint.

UC Berkeley medforfattere er Julia Oktaviec, Mercedes Taylor, Jonathan Bachman og Miguel. For at udføre strukturelle og termodynamiske undersøgelser af MOF ‘ erne med og uden metan samarbejdede teamet med Matthæus Hudson og Craig brun fra NIST; Julien Rodrigues og Philip Llevelyn fra Marseille Universitet i Frankrig; Antonio Cervellino fra Paul Scherrer Institute i Villigen; og Antonietta Guagliardi og Norberto Masciocchi fra To.Sca.Lab i Como, Italien.
relateret INFORMATION

• metanopbevaring i fleksible metalorganiske rammer med iboende termisk styring (Nature)
• Jeff Longs gruppeside
• nyt materiale fanger kulstof til halvdelen af energiomkostningerne (Marts 2015)
• nyt materiale reducerer energiomkostningerne ved adskillelse af gas til plast og brændstoffer (marts 2012)
• gennembrud i design af billigere, mere effektive katalysatorer til brændselsceller (februar 2012)