211service.com
Nowy materiał ułatwia przechowywanie dużej ilości gazu ziemnego
Samochody na gaz ziemny pozostają produktem niszowym, z wyjątkiem kilku miejsc na świecie, mimo że paliwo jest tanie, a spalanie go emituje mniej dwutlenku węgla niż benzyna. Jednak nowe badania sugerują, że nowa klasa materiałów syntetycznych może pobudzić szersze zastosowanie, czyniąc paliwo i magazynowanie benzyny łatwiejszym i tańszym.
Nowy sposób magazynowania gazu ziemnego może sprawić, że samochody osobowe napędzane tym paliwem staną się bardziej popularne.
Jedną z przeszkód dla tych pojazdów jest to, że w normalnych temperaturach i ciśnieniu atmosferycznym gaz ziemny ma znacznie mniej energii niż ta sama objętość benzyny. Powszechnym obejściem jest sprężanie gazu i przechowywanie go pod wysokim ciśnieniem, ale wymaga to drogich stacji paliw i nieporęcznych zbiorników, które zajmują cenne miejsce w samochodzie. Sprężanie gazu również powoduje straty energii.
Jeffrey Long , profesor chemii oraz inżynierii chemicznej i biomolekularnej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley wraz z kolegami zademonstrowane obiecujące rozwiązanie oparte na designerskich materiałach zwanych szkieletami metaloorganicznymi, które mogą pozwolić samochodom na przechowywanie tej samej ilości gazu przy znacznie niższym ciśnieniu.
Powstającą alternatywą dla magazynowania sprężonego gazu ziemnego (CNG) jest tzw. magazynowanie zaadsorbowanego gazu ziemnego (ANG), w którym zbiornik jest wypełniony materiałem porowatym o dużej powierzchni. Gaz jest magazynowany, ponieważ jego cząsteczki przylegają do powierzchni materiału. Systemy CNG przechowują gaz pod ciśnieniem około 250 atmosfer, ale Long twierdzi, że jego grupa ma na celu zaprojektowanie systemu ANG, który może przechowywać go pod ciśnieniem od 35 do 65 atmosfer. Przechowywanie w 35 atmosferach oznaczałoby, że ludzie, którzy używają gazu ziemnego do ogrzewania i gotowania w swoich domach, mogliby tankować swoje samochody w domu za pomocą prostego i niedrogiego kompresora, mówi.
Nie ma jeszcze dostępnych na rynku pojazdów ANG, ale jest duże zainteresowanie technologią i jest ona dość dojrzała. Projekt ten był wspierany przez Agencję ds. Zaawansowanych Projektów Badawczych Departamentu Energii USA, a grupa Longa otrzymała również pomoc techniczną od Ford Motor Company, która od 2009 roku sprzedała prawie 60 000 pojazdów CNG.
Do tej pory jednak fizyka ograniczała zasięg samochodów korzystających z systemów ANG. Wyzwaniem było opracowanie materiału, który adsorbuje gaz pod docelowym ciśnieniem 35 atmosfer, ale także uwalnia go, zanim ciśnienie osiągnie 5-6 atmosfer, czyli minimalne ciśnienie, przy którym silnik może pracować. We wcześniej zademonstrowanych systemach zbyt dużo gazu pozostaje w zbiorniku i nie można go użyć, mówi Long.
Aby obejść ten problem, grupa zastosowała elastyczne ramy metalowo-organiczne, które różnią się od sztywnych, wypróbowanych wcześniej w systemach ANG. Materiały rozszerzają się po osiągnięciu pewnego ciśnienia, otwierając pory, aby zaadsorbować gaz podczas napełniania. Przy niższym ciśnieniu, ale nieco wyższym niż minimalne ciśnienie, przy którym pracuje silnik, materiały zapadają się i wypychają cały gaz, aby silnik mógł go wykorzystać.
Nowe wyniki sugerują, że systemy ANG oparte na tych materiałach mogą osiągnąć większą pojemność – a tym samym większe zasięgi – niż było to możliwe w systemach wykorzystujących sztywne materiały. Jest to ważny dowód słuszności, ale zanim systemy oparte na takich materiałach będą mogły zostać skomercjalizowane, potrzeba sporo pracy inżynierskiej, mówi Long.