• Articles
• admin

nowy i innowacyjny sposób przechowywania metanu może przyspieszyć rozwój samochodów zasilanych gazem ziemnym, które nie wymagają wysokich ciśnień lub niskich temperatur dzisiejszych pojazdów sprężonego lub skroplonego gazu ziemnego.

gaz ziemny jest czystszy niż benzyna, a obecnie na drogach w Stanach Zjednoczonych znajduje się ponad 150 000 pojazdów ze sprężonym gazem ziemnym (CNG), w większości ciężarówek i autobusów. Ale dopóki producenci nie znajdą sposobu na zapakowanie większej ilości metanu do zbiornika przy niższych ciśnieniach i temperaturach, co pozwoli na większy zasięg jazdy i mniej kłopotów z pompą, samochody osobowe raczej nie przyjmą gazu ziemnego jako paliwa.

chemicy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley opracowali teraz porowaty i elastyczny materiał-tzw. Metal-organic framework (MOF) – do przechowywania metanu, który rozwiązuje te problemy. Elastyczny MOF zapada się, gdy metan jest wydobywany w celu uruchomienia silnika, ale rozszerza się, gdy metan jest pompowany tylko przy umiarkowanym ciśnieniu, w zakresie wytwarzanym przez sprężarkę domową.

„można potencjalnie wypełnić w domu,” powiedział Jeffrey Long, profesor chemii UC Berkeley, który prowadził projekt.

elastyczny MOF może być ładowany metanem, głównym składnikiem gazu ziemnego, pod ciśnieniem atmosferycznym od 35 do 65 razy (500-900 psi), podczas gdy pojazdy ze sprężonym gazem ziemnym (CNG) sprężają gaz ziemny do pustego zbiornika w atmosferze 250 (3600 psi).

pojazdy zasilane skroplonym gazem ziemnym (LNG) pracują przy niższych ciśnieniach, ale wymagają znacznej izolacji w systemie zbiorników, aby utrzymać gaz ziemny w temperaturze minus-162 stopni Celsjusza (minus-260 stopni Fahrenheita), aby pozostał ciekły.

Pojazdy nowej generacji na gaz ziemny
Long powiedział, że pojazdy nowej generacji na gaz ziemny będą wymagały materiału, który wiąże metan i pakuje go bardziej gęsto do zbiornika paliwa, zapewniając większy zasięg jazdy. Jednym z głównych problemów było znalezienie materiału, który pochłania Metan przy stosunkowo niskim ciśnieniu, takim jak 35 atmosfer, ale oddaje to wszystko pod ciśnieniem, w którym silnik może pracować, między 5 a 6 atmosfer. MOF, które mają dużą wewnętrzną powierzchnię do adsorbowania gazów-to znaczy, że cząsteczki gazu przyklejają się do wewnętrznych powierzchni porów — i przechowują je w wysokiej gęstości, są jednym z najbardziej obiecujących materiałów do magazynowania adsorbowanego gazu ziemnego (ANG).

„jest to duży postęp zarówno pod względem wydajności, jak i zarządzania ciepłem” – powiedział Long. „Dzięki tym nowym elastycznym MOF – om można uzyskać możliwości wykraczające poza to, co uważano za możliwe dzięki sztywnym MOF-om.”

wśród innych zalet elastycznych MOF-ów, Long mówi, Jest to, że nie nagrzewają się tak bardzo, jak inne pochłaniacze metanu, więc wymagane jest mniejsze chłodzenie paliwa.

„jeśli napełnisz zbiornik, który ma adsorbent, taki jak węgiel aktywowany, gdy Metan wiąże, uwalnia ciepło”, powiedział. „Dzięki naszemu materiałowi część tego ciepła przechodzi na zmianę struktury materiału, dzięki czemu masz mniej ciepła do rozproszenia, mniej ciepła do zarządzania. Nie musisz mieć tak dużej technologii chłodzenia związanej z napełnianiem zbiornika.”

elastyczny materiał MOF może być nawet umieszczony wewnątrz torby przypominającej balon, która rozciąga się, aby pomieścić rozszerzający się MOF podczas pompowania metanu, tak że część wydzielanego ciepła przechodzi na rozciąganie torby.

Long i jego koledzy z Narodowego Instytutu Norm i technologii oraz w Europie opublikują swoje wyniki Online. 26 przed publikacją w czasopiśmie Nature.

Ulepszanie pokładowego magazynowania gazu ziemnego
gaz ziemny ze szybów naftowych jest obecnie jednym z najtańszych i najczystszych paliw kopalnych, powszechnie stosowanym do ogrzewania domów, a także w produkcji i produkcji energii elektrycznej. Nie został on jednak powszechnie przyjęty w sektorze transportu ze względu na drogie i duże pokładowe zbiorniki sprężonego paliwa. Ponadto Benzyna pakuje ponad trzykrotnie większą gęstość energii na objętość niż gaz ziemny, nawet po sprężeniu do 3600 psi, co powoduje, że pojazdy na gaz ziemny mają krótszy zasięg na napełnienie.

aby przyspieszyć pokładowe magazynowanie gazu ziemnego, Ford Motor Company połączyła siły z UC Berkeley w ramach tego projektu, z finansowaniem z agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych-Energy (ARPA–E) Departamentu Energii USA. Od 2009 roku w USA sprzedano ponad 57 000 samochodów, więcej niż wszyscy inni główni amerykańscy producenci samochodów razem wzięci.

według Mike ’ a Veenstry, Forda z research and advanced engineering group w Dearborn w stanie Michigan, Ford uznał, że ANG ma potencjał do obniżenia kosztów pokładowych zbiorników, sprężarek i paliwa, a także do zwiększenia zasięgu pojazdu napędzanego gazem ziemnym w ograniczonej przestrzeni ładunkowej.

„magazynowanie gazu ziemnego w materiałach porowatych zapewnia kluczową zaletę, że jest w stanie przechowywać znaczne ilości gazu ziemnego pod niskim ciśnieniem niż sprężony gaz w tych samych warunkach”, powiedział Veenstra, główny badacz tego projektu ARPA-E. „Zaletą niskiego ciśnienia jest korzyść, jaką zapewnia zarówno na pokładzie pojazdu, jak i poza nim na stacji. Ponadto zastosowanie Niskociśnieniowe ułatwia nowatorskie koncepcje, takie jak zbiorniki o zmniejszonej grubości ścianek, a także koncepcje dopasowujące się, które pomagają zmniejszyć potrzebę osiągnięcia równoważnej wydajności objętościowej sprężonego CNG pod wysokim ciśnieniem.”

długo badał MOF jako Adsorbery gazowe od dekady, mając nadzieję na wykorzystanie ich do wychwytywania dwutlenku węgla emitowanego z elektrowni lub przechowywania wodoru w pojazdach napędzanych wodorem lub do katalizowania reakcji gazowych dla przemysłu. W ubiegłym roku jednak badanie przeprowadzone przez Berend Smit Berend UC Berkeley wykazało, że sztywne MOF mają ograniczoną zdolność do przechowywania metanu. Długi i absolwent i pierwszy autor Jarad Mason zamiast tego zwrócił się do elastycznych MOF, zauważając, że zachowują się lepiej, gdy metan jest pompowany i usuwany.

badane elastyczne MOF oparte są na atomach kobaltu i żelaza rozproszonych w całej strukturze, z wiązaniami benzenodipyrazolanu (bdp). Zarówno kobalt (BDP), jak i żelazo (BDP) są silnie porowate po rozprężeniu, ale kurczą się zasadniczo bez porów po zwinięciu.

ich pierwsze eksperymenty na tych związkach już przekraczają teoretyczne granice sztywnych MOF, powiedział Long. Jest to fundamentalne odkrycie, które wymaga teraz dużo inżynierii, aby dowiedzieć się, jak najlepiej wykorzystać te nowe właściwości adsorbentu.”

on i jego koledzy opracowują również elastyczne MOF do przechowywania wodoru.

współautorami są Julia Oktawiec, Mercedes Taylor, Jonathan Bachman i Miguel Gonzalez. Aby przeprowadzić badania strukturalne i termodynamiczne MOF z metanem i bez metanu, zespół współpracował z Matthew Hudsonem i Craigiem Brownem z NIST; Julien Rodriguez i Philip Llewellyn z Aix-Marseille University we Francji; Antonio Cervellino z Instytutu Paula Scherrera w Villigen, Szwajcaria; oraz Antonietta Guagliardi i Norberto Masciocchi Z To.Sca.Laboratorium w Como we Włoszech.
powiązane informacje

• magazynowanie metanu w elastycznych metalowo–organicznych ramach z wewnętrznym zarządzaniem ciepłem (natura)
• strona internetowa grupy Jeffa Longa
• nowy materiał wychwytuje węgiel za połowę kosztów energii (marzec 2015)
• nowy materiał obniża koszty energii oddzielania gazu dla tworzyw sztucznych i paliw (marzec 2012)
• przełom w projektowaniu tańszych, bardziej wydajnych katalizatorów do ogniw paliwowych (luty 2012)