Sponkelachtig kristal kan het voor aardgas aangedreven auto's gemakkelijker maken om brandstof op te slaan

Een nieuw methaanopslagmateriaal zou de adoptie van voertuigen met aardgas kunnen versnellen.

Immaterial Labs

Sponkelachtig kristal kan het voor aardgas aangedreven auto's gemakkelijker maken om brandstof op te slaan

Door Robert F. ServiceDec. 11, 2017, 11:55 uur

Als alternatieve autobrandstof krijgt aardgas of methaan niet veel aandacht. Miljoenen milieuvriendelijke, met aardgas aangedreven voertuigen varen over de wegen van de wereld, maar ze vertegenwoordigen nog steeds slechts een klein deel van de nieuwe verkochte auto's. Voor een deel komt dat omdat ze omvangrijke en dure hogedruktanks nodig hebben om voldoende fossiele brandstof op te slaan om aan de eisen van de bestuurder te voldoen. Nu hebben onderzoekers een nieuw materiaal bedacht dat een groot volume methaan onder lage druk kan opslaan. Als ze erachter kunnen komen hoe ze grote hoeveelheden van het spul moeten maken, zou het materiaal de ontwikkeling van gastanks met hoge capaciteit kunnen veroorzaken en een bredere acceptatie van voertuigen met aardgas mogelijk maken.

Aardgas heeft bepaalde voordelen als brandstof. Overvloedig ondergronds in olierijke geologische formaties, het kost meestal minder dan benzine voor een vergelijkbare hoeveelheid energie. Per kilometer produceert methaan ook ongeveer een derde minder klimaatverwarmende koolstofdioxide dan benzine en diesel. Maar aardgas heeft ook een groot nadeel: het is veel minder dicht dan vloeibare benzine, dus het neemt veel meer ruimte in beslag. Eén liter benzine bevat evenveel energie als 1000 liter aardgas bij omgevingstemperatuur en druk. Brandstofleveranciers slaan dat enorme volume naar beneden door het gas samen te persen tot ongeveer 250 keer de atmosferische druk, of 250 bar. Maar om het hogedrukgas te bevatten, zijn gespecialiseerde tanks nodig die duizenden dollars kosten en toch een groot deel van de kofferbak van een auto vullen.

Als alternatief voor hogedruktanks hebben onderzoekers een verscheidenheid aan poreuze, sponsachtige kristallijne materialen gemaakt die methaan met een bescheiden druk kunnen opnemen en vervolgens vrijgeven wanneer de druk wordt verlaagd. Een dergelijke familie zijn materialen die metaalorganische raamwerken (MOF's) worden genoemd, die zijn opgebouwd uit metaalatomen die zijn verbonden door organische linkers. Een van de beste dergelijke absorptiemiddelen was een MOF gecreëerd door onderzoekers in Hong Kong, China, in 1999 en HKUST-1 genoemd. Het is aangetoond dat het 180 kubieke centimeter gasvormig methaan per kubieke centimeter absorptiemiddel opslaat. Dat is niet slecht, maar het is nog steeds ver onder de beoogde volume / volume-verhouding, of v / v, van 263 ingesteld door het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE), een hoeveelheid die equivalent is aan comprimeren aardgas tot 250 bar bij 25 C.

Nu is het DOE-doel in zicht. Onderzoekers onder leiding van David Fairen-Jimenez, een chemicus aan de Universiteit van Cambridge in het Verenigd Koninkrijk, hebben een eenvoudige manier bedacht om HKUST-1 dichter te maken en zijn v / v te verhogen tot 259, in wezen het DOE-doel halen voor de eerste keer. Alles begon met een fout van een van de Ph.D. studenten in het lab, zegt Fairen-Jimenez. De groep, zo legt hij uit, probeerde verschillende recepten voor het omzetten van hun HKUST-1, dat normaal gesproken een poeder van kleine kristallijne deeltjes is, in iets dat een sol-gel wordt genoemd, een continu netwerk van die deeltjes. De student van Fairen-Jimenez, Tian Tian, ​​suspendeerde een partij HKUST-1-deeltjes in een oplossing op ethanolbasis en stopte de oplossing in een centrifuge om het grootste deel van het oplosmiddel te verdrijven. Hij was toen van plan de flesjes in een oven te laten drogen, maar liet per ongeluk één flesje een nacht onder de afzuigkap liggen. Daardoor kon de ethanol langzaam verdampen, wat de sleutel bleek te zijn. De volgende ochtend besefte Tian dat hij achterbleef met een zeer dicht HKUST-1-materiaal. Een paar verdere aanpassingen aan het recept gaven hen het beste methaanopslagabsorptiemiddel tot nu toe gemaakt, meldt de groep vandaag in Nature Materials.

De eenvoudige aanpak is heel slim, zegt Omar Yaghi, een chemicus en MOF-expert aan de University of California, Berkeley. Het nieuwe materiaal kan verschillende vormen aannemen, merkt hij op, dus kunnen fabrikanten van gastanks het gebruiken om conventionele cilindrische tanks te vervangen door rechthoekige tanks, die beter gebruikmaken van de beperkte opslagcapaciteit van een auto. Maar, zegt Yaghi, onderzoekers hebben nog een weg te gaan voordat het spul klaar is voor de assemblagelijn. "Ze moeten hun [materialen] een stuk groter laten worden."

Fairen-Jimenez zegt dat zijn team er al in is geslaagd de productie op te schalen van hoeveelheden van één gram naar 100 gram. Hij heeft onlangs ook een bedrijf opgericht met de naam Immaterial Labs om de nieuwe MOF's te commercialiseren. Als dit lukt, kan dit aardgasvoertuigen een nieuw elan geven om langs hun rivalen met benzine te rijden.