• Articles
• admin

o modalitate nouă și inovatoare de a stoca metanul ar putea accelera dezvoltarea mașinilor alimentate cu gaz natural care nu necesită presiunile ridicate sau temperaturile reci ale vehiculelor de gaz natural comprimat sau lichefiat de astăzi.

gazul natural arde mai curat decât benzina, iar astăzi există peste 150.000 de vehicule cu gaz natural comprimat (GNC) pe șoselele din Statele Unite, majoritatea camioane și autobuze. Dar până când producătorii nu vor găsi o modalitate de a împacheta mai mult metan într-un rezervor la presiuni și temperaturi mai scăzute, permițând o autonomie mai mare de conducere și mai puține probleme la pompă, este puțin probabil ca autoturismele să adopte gazul natural ca combustibil.

chimiștii UC Berkeley au dezvoltat acum un material poros și flexibil — așa-numitul cadru metal-organic (MOF) — pentru stocarea metanului care abordează aceste probleme. MOF flexibil se prăbușește atunci când metanul este extras pentru a rula motorul, dar se extinde atunci când metanul este pompat doar la o presiune moderată, în intervalul produs de un compresor de acasă.

„ai putea să te umpli acasă”, a spus Jeffrey Long, profesor de chimie la UC Berkeley, care a condus Proiectul.

MOF flexibil poate fi încărcat cu metan, ingredientul principal al gazelor naturale, la 35 până la 65 de ori presiunea atmosferică (500-900 psi), în timp ce vehiculele cu gaz natural comprimat (GNC) comprimă gazul natural într-un rezervor gol sub 250 atmosfere (3.600 psi).

vehiculele cu gaz natural lichefiat (GNL) funcționează la presiuni mai mici, dar necesită o izolare semnificativă în sistemul rezervorului pentru a menține gazul natural la minus-162 grade Celsius (minus-260 grade Fahrenheit), astfel încât să rămână lichid.

vehiculele ng de ultimă generație
Long a spus că vehiculele cu gaz natural de generație următoare vor necesita un material care leagă metanul și îl împachetează mai dens în rezervorul de combustibil, oferind o autonomie mai mare. Una dintre problemele majore a fost găsirea unui material care absoarbe metanul la o presiune relativ scăzută, cum ar fi 35 de atmosfere, dar oferă totul la o presiune în care motorul poate funcționa, între 5 și 6 atmosfere. MOF — urile, care au multă suprafață internă pentru a adsorbi gazele — adică pentru ca moleculele de gaz să se lipească de suprafețele interne ale porilor-și să le stocheze la densitate mare, sunt unul dintre cele mai promițătoare materiale pentru stocarea gazelor naturale adsorbite (ANG).

„acesta este un avans mare atât în ceea ce privește capacitatea, cât și managementul termic”, a spus Long. „Cu aceste noi MOF-uri flexibile, puteți ajunge la capacități dincolo de ceea ce se credea posibil cu MOF-urile rigide.”

printre celelalte avantaje ale MOF-urilor flexibile, spune Long, este că acestea nu se încălzesc la fel de mult ca alte absorbante de metan, deci există mai puțină răcire a combustibilului necesar.

” dacă umpleți un rezervor care are adsorbant, cum ar fi cărbunele activat, atunci când metanul se leagă, eliberează căldură”, a spus el. „Cu materialul nostru, o parte din această căldură merge în schimbarea structurii materialului, deci aveți mai puțină căldură de disipat, mai puțină căldură de gestionat. Nu trebuie să aveți la fel de multă tehnologie de răcire asociată cu umplerea rezervorului.”

Materialul MOF flexibil ar putea fi chiar plasat într-o pungă asemănătoare unui balon care se întinde pentru a găzdui MOF în expansiune pe măsură ce metanul este pompat, astfel încât o parte din căldura degajată să intre în întinderea pungii.

Long si colegii sai de la Institutul Național de standarde și tehnologie și în Europa vor publica concluziile lor on-line Oct. 26 înainte de publicarea în revista Nature.

îmbunătățirea stocării la bord a gazelor naturale
gazul Natural din puțurile de petrol este unul dintre cei mai ieftini și mai curați combustibili fosili de astăzi, utilizat pe scară largă pentru încălzirea locuințelor, precum și în producție și pentru producerea de energie electrică. Cu toate acestea, acesta nu a fost încă adoptat pe scară largă în sectorul transporturilor, din cauza rezervoarelor scumpe și mari de combustibil comprimat de la bord. În plus, benzina împachetează de peste trei ori densitatea de energie pe volum ca gazul natural, chiar și atunci când este comprimat la 3.600 psi, ceea ce duce la vehicule cu gaz natural cu o autonomie de conducere mai scurtă pe umplere.

pentru a avansa stocarea gazelor naturale la bord, Ford Motor Company a făcut echipă cu UC Berkeley în acest proiect, cu finanțare de la Agenția de proiecte de Cercetare Avansată-energie (ARPA–E) a Departamentului de energie al SUA. Ford este lider în vehiculele pregătite cu CNG / propan, cu peste 57.000 vândute în SUA din 2009, mai mult decât toți ceilalți producători majori din SUA la un loc.

potrivit lui Mike Veenstra, de la Ford research and Advanced engineering group din Dearborn, Michigan, Ford a recunoscut că ANG are potențialul de a reduce costul rezervoarelor de la bord, compresoarelor de stație și combustibilului, împreună cu servirea la creșterea autonomiei vehiculelor alimentate cu gaz natural în spațiul limitat de încărcare.

„stocarea gazelor naturale în materiale poroase oferă avantajul cheie de a putea stoca cantități semnificative de gaze naturale la presiuni scăzute decât gazul comprimat în aceleași condiții”, a declarat Veenstra, investigatorul principal al acestui proiect arpa-E. „Avantajul presiunii scăzute este beneficiul pe care îl oferă atât la bordul vehiculului, cât și la bordul stației. În plus, aplicația de joasă presiune facilitează concepte noi, cum ar fi rezervoarele cu grosimi reduse ale pereților, împreună cu concepte conforme care ajută la scăderea necesității de a atinge capacitatea volumetrică echivalentă a GNC comprimat la presiune ridicată.”

Long a explorat MOF-urile ca adsorbanți de gaz timp de un deceniu, sperând să le folosească pentru a capta dioxidul de carbon emis de centralele electrice sau pentru a stoca hidrogenul în vehiculele alimentate cu hidrogen sau pentru a cataliza reacțiile gazelor pentru industrie. Anul trecut, însă, un studiu realizat de Berend Smit de la UC Berkeley a constatat că MOF-urile rigide au o capacitate limitată de stocare a metanului. Studentul lung și absolvent și primul autor Jarad Mason a apelat în schimb la MOF-uri flexibile, observând că se comportă mai bine atunci când metanul este pompat în interior și în exterior.

MOF-urile flexibile pe care le-au testat se bazează pe atomi de cobalt și fier dispersați în întreaga structură, cu legături de benzendipirazolat (bdp). Atât cobaltul (bdp), cât și fierul (bdp) sunt foarte poroase atunci când sunt extinse, dar se micșorează în esență fără pori atunci când se prăbușesc.

primele lor experimente pe acești compuși depășesc deja limitele teoretice pentru MOF-urile rigide, a spus Long. Aceasta este o descoperire fundamentală care are nevoie acum de multă inginerie pentru a afla cum să profitați cel mai bine de aceste noi proprietăți adsorbante.”

el și colegii săi dezvoltă acum MOF-uri flexibile pentru stocarea hidrogenului.

coautorii UC Berkeley sunt Julia Oktawiec, Mercedes Taylor, Jonathan Bachman și Miguel Gonzalez. Pentru a efectua studii structurale și termodinamice ale MOF-urilor cu și fără metan, echipa a colaborat cu Matthew Hudson și Craig Brown de la NIST; Julien Rodriguez și Philip Llewellyn de la Universitatea Aix-Marseille din Franța; Antonio Cervellino de la Institutul Paul Scherrer din Villigen, Elveția; și Antonietta Guagliardi și Norberto Masciocchi de la To.Sca.Laborator în Como, Italia.
informații conexe

• stocarea metanului în cadre flexibile metal–organice cu management termic intrinsec (natură)
• site-ul Grupului Jeff Long
• Materialul nou captează carbonul la jumătate din costul energiei (martie 2015)
• Materialul Nou reduce costurile de energie ale separării gazului pentru materiale plastice și combustibili (martie 2012)
• descoperire în proiectarea catalizatorilor mai ieftini și mai eficienți pentru pilele de combustie (februarie 2012)