• Articles
• admin

een nieuwe en innovatieve manier om methaan op te slaan kan de ontwikkeling van op aardgas aangedreven auto ‘ s versnellen die niet de hoge druk of koude temperaturen van de huidige gecomprimeerde of vloeibaar gemaakte aardgasvoertuigen nodig hebben.

Aardgas brandt schoner dan benzine, en tegenwoordig zijn er in de Verenigde Staten meer dan 150.000 voertuigen op gecomprimeerd aardgas (CNG), waarvan de meeste vrachtwagens en bussen. Maar totdat fabrikanten een manier kunnen vinden om meer methaan in een tank te verpakken bij lagere drukken en temperaturen, waardoor een groter rijbereik en minder gedoe aan de pomp mogelijk zijn, zullen personenauto ‘ s waarschijnlijk geen aardgas als brandstof gebruiken.UC Berkeley chemists hebben nu een poreus en flexibel materiaal ontwikkeld-een zogenaamd metaal — organisch kader (mof) – voor de opslag van methaan dat deze problemen aanpakt. De flexibele MOF stort in wanneer het methaan wordt geëxtraheerd om de motor te laten draaien, maar zet uit wanneer het methaan bij slechts matige druk wordt ingepompt, binnen het bereik dat door een thuiscompressor wordt geproduceerd.

“je zou thuis kunnen tanken”, zei Jeffrey Long, een professor in de scheikunde aan de Universiteit van Berkeley die het project leidde.

het flexibele MOF kan bij 35 tot 65 maal de atmosferische druk (500-900 psi) worden geladen met methaan, het hoofdbestanddeel van aardgas, terwijl Voertuigen met gecomprimeerd aardgas (CNG) aardgas in een lege tank onder 250 atmosferen (3.600 psi) comprimeren.

voertuigen voor vloeibaar aardgas (LNG) werken onder lagere druk, maar hebben een aanzienlijke isolatie in het tanksysteem nodig om het aardgas op min-162 graden Celsius (min-260 graden Fahrenheit) te houden, zodat het vloeibaar blijft.

next-gen NG vehicles
Long zei dat voertuigen van de volgende generatie aardgas een materiaal nodig hebben dat het methaan bindt en dichter in de brandstoftank verpakt, wat een groter rijbereik oplevert. Een van de grootste problemen is het vinden van een materiaal dat het methaan absorbeert bij een relatief lage druk, zoals 35 atmosferen, maar het allemaal opgeeft bij een druk waar de motor kan werken, tussen 5 en 6 atmosferen. Mof ‘ s, die veel interne oppervlakte hebben om gassen te adsorberen — dat wil zeggen, voor gasmoleculen om zich aan de interne oppervlakken van de poriën vast te houden — en ze op te slaan bij hoge dichtheid, zijn een van de meest veelbelovende materialen voor geadsorbeerd aardgas (ANG) opslag.

” Dit is een grote vooruitgang, zowel in termen van capaciteit en thermisch beheer,” Long zei. “Met deze nieuwe flexibele mof’ s kun je capaciteiten bereiken die verder gaan dan wat mogelijk werd geacht met starre mof ‘ s.”

een van de andere voordelen van flexibele mof ‘ s, zegt Long, is dat ze niet zoveel opwarmen als andere methaanabsorbers, waardoor er minder koeling van de brandstof nodig is.

“als je een tank vult die adsorberend is, zoals actieve kool, wanneer het methaan bindt, geeft het warmte af,” zei hij. “Met ons materiaal gaat een deel van die warmte naar het veranderen van de structuur van het materiaal, zodat je minder warmte hebt om af te voeren, minder warmte om te beheren. U hoeft niet zoveel koeltechnologie te hebben als bij het vullen van uw tank.”

het flexibele MOF-materiaal zou misschien zelfs in een ballonachtige zak kunnen worden geplaatst die zich uitstrekt om de uitdijende MOF op te vangen als methaan wordt gepompt, zodat een deel van de warmte die wordt afgegeven, naar het uitrekken van de zak gaat.

Long en zijn collega ‘ s van het National Institute of Standards and Technology en in Europe zullen hun bevindingen online publiceren okt. 26 voorafgaand aan publicatie in het tijdschrift Nature.

verbetering van de opslag van aardgas aan boord
aardgas uit oliebronnen is vandaag de dag een van de goedkoopste en schoonste fossiele brandstoffen, die op grote schaal worden gebruikt voor het verwarmen van woningen, de productie en de productie van elektriciteit. Het is echter nog niet algemeen aanvaard in de transportsector, vanwege de dure en grote gecomprimeerde brandstoftanks aan boord. Bovendien verpakt benzine meer dan drie keer de energiedichtheid per volume als aardgas, zelfs wanneer het wordt gecomprimeerd tot 3.600 psi, wat resulteert in aardgasvoertuigen met een korter rijbereik per tank.Om de opslag van aardgas aan boord te bevorderen, werkte Ford Motor Company samen met UC Berkeley aan dit project, met financiering van het Advanced Research Projects Agency–Energy (ARPA-E) van het Amerikaanse Ministerie van energie. Ford is een leider in CNG / propaan-prepped Voertuigen met meer dan 57.000 verkocht in de VS sinds 2009, meer dan alle andere grote Amerikaanse autofabrikanten gecombineerd.Volgens Mike Veenstra, van Ford ‘ s research and advanced engineering group in Dearborn, Michigan, erkende Ford dat ANG het potentieel heeft om de kosten van tanks, compressoren en brandstof aan boord te verlagen en tegelijkertijd het rijbereik van voertuigen op aardgas binnen de beperkte laadruimte te vergroten.

“aardgasopslag in poreuze materialen biedt het belangrijkste voordeel dat aanzienlijke hoeveelheden aardgas onder lage druk kunnen worden opgeslagen dan gecomprimeerd gas onder dezelfde omstandigheden,” aldus Veenstra, de hoofdonderzoeker van dit ARPA-E-project. “Het voordeel van lage druk is het voordeel dat het zowel aan boord van het voertuig als buiten het station biedt. Bovendien maakt de lagedruktoepassing nieuwe concepten mogelijk, zoals tanks met gereduceerde wanddiktes, samen met conforme concepten die helpen bij het verminderen van de noodzaak om de equivalente volumetrische capaciteit van gecomprimeerd CNG bij hoge druk te bereiken.”

lang onderzoekt mof ‘ s al tien jaar als gasadsorbers, in de hoop ze te kunnen gebruiken voor het opvangen van kooldioxide dat door elektriciteitscentrales wordt uitgestoten of voor het opslaan van waterstof in voertuigen met waterstof, of voor het katalyseren van gasreacties voor de industrie. Vorig jaar bleek echter uit een studie van Berend Smit van UC Berkeley dat starre mof ‘ s een beperkte capaciteit hebben om methaan op te slaan. Lange en afgestudeerde student en eerste auteur Jarad Mason in plaats daarvan wendde zich tot flexibele mof ‘ s, opmerkend dat ze zich beter gedragen wanneer methaan wordt gepompt in en uit.

de flexibele mof ‘ s die zij hebben getest, zijn gebaseerd op kobalt-en ijzeratomen verspreid over de structuur, met verbindingen van benzeendipyrazolaat (bdp). Zowel kobalt (bdp) als ijzer (BDP) zijn zeer poreus wanneer het wordt geëxpandeerd, maar krimpen tot vrijwel geen poriën wanneer het wordt ingeklapt.

hun eerste experimenten met deze verbindingen overschrijden reeds de theoretische grenzen voor starre mof ‘ s. Dit is een fundamentele ontdekking die nu veel engineering nodig heeft om uit te vinden hoe het beste te profiteren van deze nieuwe adsorberende eigenschappen.”

hij en zijn collega ’s ontwikkelen nu ook flexibele mof’ s om waterstof op te slaan.Coauteurs van UC Berkeley zijn Julia Oktawiec, Mercedes Taylor, Jonathan Bachman en Miguel Gonzalez. Om structurele en thermodynamische studies van de mof ‘ s met en zonder methaan uit te voeren, werkte het team samen met Matthew Hudson en Craig Brown van NIST; Julien Rodriguez en Philip Llewellyn van de Aix-Marseille Universiteit in Frankrijk; Antonio Cervellino van het Paul Scherrer Instituut in Villigen, Zwitserland; en Antonietta Guagliardi en Norberto Masciocchi van de To.SCvV.Lab in Como, Italië.
VERWANTE INFORMATIE

• Methaan opslag in flexibele metal–organic frameworks met intrinsieke thermische beheer (Natuur)
• Jeff Lang de website van de groep
• Nieuw materiaal vangt koolstof op de helft van de energie kosten (Maart 2015)
• Nieuw materiaal bezuinigingen energie kosten van het scheiden van gas voor plastics en brandstoffen (Maart 2012)
• Doorbraak in het ontwerpen goedkoper, efficiëntere katalysatoren voor brandstofcellen (februari 2012)