Una forma nueva e innovadora de almacenar metano podría acelerar el desarrollo de automóviles a gas natural que no requieren las altas presiones o temperaturas frías de los vehículos de gas natural comprimido o licuado de hoy en día.
El gas natural es de combustión más limpia que la gasolina, y hoy en día hay más de 150,000 vehículos de gas natural comprimido GNC en la carretera en los EE. UU., La mayoría de ellos camiones y autobuses. Pero hasta que los fabricantes puedan encontrar una manera de empacar más metanodentro de un tanque a presiones y temperaturas más bajas, lo que permite un mayor rango de manejo y menos molestias en la bomba, es poco probable que los autos de pasajeros adopten el gas natural como combustible.
La Universidad de California, Berkeley, los químicos ahora han desarrollado un material poroso y flexible, un marco llamado metal-orgánico MOF, para almacenar metano que aborda estos problemas. El MOF flexible se colapsa cuando se extrae el metanohace funcionar el motor, pero se expande cuando el metano se bombea a una presión moderada, dentro del rango producido por un compresor doméstico.
"Potencialmente podría llenarse en casa", dijo Jeffrey Long, profesor de química de UC Berkeley que dirigió el proyecto.
El MOF flexible se puede cargar con metano, el ingrediente principal del gas natural, a una presión atmosférica de 35 a 65 veces 500-900 psi, mientras que los vehículos de gas natural comprimido GNC comprimen el gas natural en un tanque vacío bajo 250 atmósferas3,600 psi.
Los vehículos de gas natural licuado GNL operan a presiones más bajas pero requieren un aislamiento significativo en el sistema de tanque para mantener el gas natural a menos-162 grados Celsius menos-260 grados Fahrenheit para que permanezca líquido.
vehículos de GN de próxima generación
Long dijo que los vehículos de gas natural de próxima generación requerirán un material que se una al metano y lo empaquete más densamente en el tanque de combustible, proporcionando un rango de conducción más grande. Uno de los principales problemas ha sido encontrar un material que adsorba el metano enuna presión relativamente baja, como 35 atmósferas, pero lo deja todo a una presión donde el motor puede operar, entre 5 y 6 atmósferas. MOF, que tienen una gran superficie interna para absorber gases y almacenarlos a alta densidad,son uno de los materiales más prometedores para el almacenamiento de gas natural adsorbido ANG.
"Este es un gran avance tanto en términos de capacidad como de gestión térmica", dijo Long. "Con estos nuevos MOF flexibles, puede obtener capacidades más allá de lo que se creía posible con los MOF rígidos".
Long dice que una de las otras ventajas de los MOF flexibles es que no se calientan tanto como otros absorbedores de metano, por lo que se requiere menos enfriamiento del combustible.
dijo: "Si llena un tanque que tiene adsorbente, como el carbón activado, cuando el metano se une, libera calor", dijo. "Con nuestro material, parte de ese calor cambia la estructura del material, por lo que tienemenos calor para disipar, menos calor para administrar. No es necesario tener tanta tecnología de enfriamiento asociada con el llenado del tanque ".
El material MOF flexible podría incluso colocarse dentro de una bolsa con forma de globo que se estira para acomodar el MOF en expansión a medida que se bombea metano, de modo que parte del calor emitido se extiende al estirar la bolsa.
Long y sus colegas del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y en Europa publicarán sus hallazgos en línea el 26 de octubre antes de su publicación en la revista Naturaleza .
Mejora del almacenamiento de gas natural a bordo
El gas natural de los pozos de petróleo es uno de los combustibles fósiles más baratos y limpios en la actualidad, se usa ampliamente para calentar hogares, así como para fabricar y producir electricidad. Sin embargo, aún no se ha adoptado ampliamente en el sector del transporte debido a lacostosos y grandes tanques de combustible comprimido a bordo. Además, la gasolina contiene más de tres veces la densidad de energía por volumen que el gas natural, incluso cuando se comprime a 3.600 psi, lo que da como resultado vehículos de gas natural con un rango de conducción más corto por llenado.
Para avanzar en el almacenamiento de gas natural a bordo, Ford Motor Company se asoció con UC Berkeley en este proyecto, con fondos de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Energía ARPA-E del Departamento de Energía de los Estados Unidos. Ford es unlíder en vehículos preparados con GNC / propano con más de 57,000 vendidos en los EE. UU. desde 2009, más que todos los demás fabricantes de automóviles estadounidenses combinados.
Según Mike Veenstra, del grupo de investigación e ingeniería avanzada de Ford en Dearborn, Michigan, Ford reconoció que ANG tiene el potencial de reducir el costo de los tanques a bordo, los compresores de la estación y el combustible, además de servir para aumentar el vehículo impulsado por gas naturalcampo de prácticas dentro del espacio de carga limitado.
"El almacenamiento de gas natural en materiales porosos proporciona la ventaja clave de poder almacenar cantidades significativas de gas natural a bajas presiones que el gas comprimido en las mismas condiciones", dijo Veenstra, el investigador principal de este proyecto ARPA-E ".La ventaja de la baja presión es el beneficio que proporciona tanto a bordo del vehículo como fuera de ella en la estación. Además, la aplicación de baja presión facilita conceptos novedosos como tanques con espesores de pared reducidos junto con conceptos adaptables que ayudan a disminuirnecesita alcanzar la capacidad volumétrica equivalente de GNC comprimido a alta presión "
Long ha estado explorando MOF como adsorbedores de gas durante una década, con la esperanza de usarlos para capturar dióxido de carbono emitido por las centrales eléctricas o almacenar hidrógeno en vehículos alimentados con hidrógeno, o para catalizar reacciones de gases para la industria. El año pasado, sin embargo, un estudioBerend Smit, de UC Berkeley, descubrió que los MOF rígidos tienen una capacidad limitada para almacenar metano. En cambio, el estudiante largo y graduado y primer autor Jarad Mason recurrió a los MOF flexibles, señalando que se comportan mejor cuando el metano se bombea hacia adentro y hacia afuera.
Los MOF flexibles que probaron se basan en átomos de cobalto y hierro dispersos por toda la estructura, con enlaces de bencenedipirazolato bdp. Tanto el cobalto bdp como el hierro bdp son altamente porosos cuando se expanden, pero se encogen prácticamente sin poros cuandocolapsado
Sus primeros experimentos con estos compuestos ya superan los límites teóricos para los MOF rígidos, dijo Long. Este es un descubrimiento fundamental que ahora necesita mucha ingeniería para descubrir la mejor manera de aprovechar estas nuevas propiedades adsorbentes ".
Él y sus colegas también están desarrollando MOF flexibles para almacenar hidrógeno.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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