化学者は、天然ガスを燃料タンクに詰めるより良い方法を見つける
メタンを貯蔵するための新しい革新的な方法は、今日の圧縮または液化天然ガス車の高圧または低温を必要としない天然ガス駆動車の開発を加速させる可能性がある。
フレキシブルMofは、メタンを吸着すると劇的な構造変化を起こし、無孔から高度に多孔質材料に急速に移行します。 このアニメーションgifは、材料の一つの孔を示しています。 ジャラッド-メイソン-グラフィック
天然ガスはガソリンよりもクリーン燃焼しており、今日、米国の道路には150,000台以上の圧縮天然ガス（CNG）車があり、そのほとんどはトラックやバスです。 しかし、製造業者がより低い圧力と温度でより多くのメタンをタンクに詰め込む方法を見つけることができ、より広い運転範囲とポンプでの手間を省くまで、乗用車は天然ガスを燃料として採用することはまずありません。
UC Berkeleyの化学者たちは、これらの問題に対処するメタンを貯蔵するための多孔性で柔軟な材料、いわゆる有機金属骨格（MOF）を開発しました。 柔軟なMOFは、エンジンを動かすためにメタンが抽出されるときに崩壊しますが、家庭用圧縮機によって生成される範囲内で、中程度の圧力だけでメタンが汲み上げられるときに膨張します。
「あなたは家でいっぱいになる可能性があります」と、プロジェクトを率いたUCバークレー化学のJeffrey Long教授は述べています。
フレキシブルMOFには、天然ガスの主成分であるメタンを35-65倍の大気圧（500-900psi）で積載することができますが、圧縮天然ガス（CNG）車両は、250気圧（3,600psi）の空のタ
液化天然ガス（LNG）車両は低圧で動作しますが、天然ガスを摂氏マイナス162度（華氏マイナス260度）に維持して液体のままにするためには、タンクシステ
次世代NG車
Long氏は、次世代の天然ガス車には、メタンを結合して燃料タンクにより密に充填する材料が必要であり、より大きな走行範囲を提供す 主要な問題の1つは、35気圧のような比較的低い圧力でメタンを吸収するが、エンジンが作動できる圧力、5〜6気圧の間ですべてを放棄する材料を見つ ガスを吸着するための内部表面積、すなわちガス分子が細孔の内部表面に付着し、高密度に貯蔵するmofは、吸着天然ガス（ANG）貯蔵のための最も有望な材料の一つである。
柔軟なMOFを通る断面は、メタンが吸収されたときに化学構造がどのようにシフトするかを示しています。 （ジャラッド-メイソン-グラフィック)
“これは、容量と熱管理の両方の面で大きな進歩です”とLong氏は述べています。 “これらの新しい柔軟なMofを使用すると、剛性のMofで可能と考えられていたものを超えた容量に到達することができます。「
柔軟なMofの他の利点の中で、Long氏は、他のメタン吸収剤と同じくらい加熱されないため、必要な燃料の冷却が少ないということです。
「活性炭のような吸着剤が入ったタンクを満たすと、メタンが結合すると熱が放出されます」と彼は言いました。 “私たちの材料では、その熱の一部が材料の構造を変えることになるので、放散する熱が少なく、管理する熱が少なくなります。 あなたのタンクを満たすことと関連付けられる同様に多くの冷却の技術を有する必要がない。「
可撓性のMOF材料は、おそらく膨張するMOFを収容するために伸びる風船のような袋の中に置くことができ、メタンが汲み込まれるので、放出された熱
Longと彼の国立標準技術研究所とヨーロッパの同僚は、彼らの調査結果を10月にオンラインで公開する予定です。 雑誌Natureに掲載される前に26。
オンボード天然ガス貯蔵の改善
油井からの天然ガスは、今日最も安価で清潔な化石燃料の一つであり、家庭の暖房や製造、電気の生産に広く使用されて しかしそれは高く、大きい機内圧縮された燃料タンクのために交通機関のセクターでまだ広く採用されていない。 さらに、ガソリンは、3,600psiに圧縮されても、天然ガスとして体積当たりのエネルギー密度の三倍以上を充填するため、充填あたりの駆動範囲が短い天然ガ
Ford Motor Companyは、天然ガス貯蔵を推進するために、米国エネルギー省のAdvanced Research Projects Agency-Energy（ARPA–E）からの資金を得て、UC Berkeleyと共同でこのプロジェクトを実施しました。 フォードは、CNG/プロパン準備車のリーダーであり、2009年以来、米国で57,000台以上が販売されており、米国の他の主要自動車メーカーを合わせたものよりも多くなっています。
ミシガン州ディアボーンにあるFordのresearch and advanced engineering groupのMike Veenstra氏によると、FORDはANGが限られた貨物スペース内で天然ガス駆動車両の走行範囲を拡大するのに役立
「多孔質材料での天然ガス貯蔵は、同じ条件で圧縮ガスよりも低い圧力で大量の天然ガスを貯蔵できるという重要な利点を提供する」と、このARPA-Eプ 「低圧の利点は、車両のオンボードとステーションでのオフボードの両方を提供する利点です。 さらに、低圧の適用は高圧で圧縮されたCNGの同等の容積測定容量を達成する必要性の減少を援助するconformable概念と共に減らされた壁厚さのタンクのよ”
長い間、Mofをガス吸着剤として探索しており、発電所から放出される二酸化炭素を捕捉したり、水素燃料車に水素を貯蔵したり、産業用ガス反応を触媒したりするためにMofを使用することを望んでいる。 しかし、昨年、UC BerkeleyのBerend Smitによる研究では、硬質Mofはメタンを貯蔵する能力が限られていることが判明しました。 ロングと大学院生で最初の著者であるJarad Masonは、代わりに柔軟なMofに目を向け、メタンが汲み上げられたときの挙動が優れていることに注目しました。
彼らが試験した柔軟性のあるMofは、構造全体に分散したコバルト原子と鉄原子に基づいており、ベンゼンジピラゾール酸塩（bdp）のリンクがあります。 コバルト（bdp）と鉄（bdp）は、膨張すると高度に多孔性であるが、崩壊すると本質的に細孔に収縮しない。
これらの化合物に対する彼らの最初の実験は、すでに剛体Mofの理論上の限界を超えている、とLong氏は述べている。 これは、これらの新しい吸着剤特性をどのように活用するのが最善かを知るために、多くの工学が必要な基本的な発見です。”
彼と彼の同僚はまた、水素を貯蔵するための柔軟なMofを開発しています。
UC Berkeleyの共著者はJulia Oktawiec、Mercedes Taylor、Jonathan Bachman、Miguel Gonzalezです。 メタンの有無にかかわらずMofの構造および熱力学的研究を行うために、チームはNISTのMatthew HudsonとCraig Brown、フランスのエクス-マルセイユ大学のJulien RodriguezとPhilip Llewellyn、スイスのVilligenのPaul Scherrer InstituteのAntonio Cervellino、ToのAntonietta GuagliardiとNorberto Masciocchiと協力した。Sca…コモ、イタリアのラボ。
関連情報
- 固有の熱管理を備えた柔軟な金属–有機フレームワークにおけるメタン貯蔵
- Jeff Long’s group website
- 新材料はエネルギーコストの半分で炭素を捕らえる(March2015)
- 新材料は2248>燃料電池用のより安価で効率的な触媒の設計におけるブレークスルー（february2012）