С начала 1980-х годов использование природного газа в качестве моторного топлива значительно возросло. Это связано с более высоким экономическим эффектом, а именно экономичностью природного газа (по сравнению с бензином и дизельным топливом) и заинтересованностью развитых стран в снижении своей зависимости от импортной нефти.
Кроме того, по очевидным экономическим причинам, интерес к природному газу как моторному топливу нашел отражение в социальной и экологической сфере. Это подтверждается тем, что запасы нефти постепенно истощаются, а производство попутного традиционного топлива из жидких углеводородов снижается.
Метан как основа природного газа – экологически чистый продукт сгорания. Транспортные средства, работающие на основе метана, могут снизить выбросы загрязняющих веществ, особенно в городских районах, где качество воздуха стало серьезной проблемой для здоровья.
Таким образом, метан может быть использован как альтернатива бензину для использования в качестве топлива в транспортном секторе. Однако пригодность природного газа для транспортных средств будет зависеть от возможности хранить достаточное его количество в топливном баке.
Из-за низкой критической температуры метана, а также при его транспортировке, хранении и эксплуатации сегодня транспортным средствам требуется либо его сжатие под высоким давлением, либо низкотемпературное сжижение(например, при температуре около -161°С для метана). Это дорого и потенциально представляет серьезную опасность.
Сжиженный природный газ – это когда природный газ хранится в виде -161°С в криогенном резервуаре.
Сжатый природный газ – это когда газ хранится в форме сжатого сверхкритического флюида (состояние вещества, при котором исчезает различие между жидкой и газовой фазой) при комнатной температуре и давлении около 20–25 МПа. В таком состоянии сжатый природный газ используется во всем мире – на нем работает более миллиона автомобилей.
Резервуары для хранения должны представлять собой сосуды, работающие под давлением, и, как следствие, иметь ограниченную геометрию (как правило, цилиндрической формы) и достаточно большой вес (≈1 кг/л для стальных резервуаров). Также для достижения столь высокого давления требуется дорогостоящее оборудование.
Вышеупомянутые проблемы могут быть решены путем достижения адекватной объемной емкости в условиях низкого давления и комнатной температуры. Ученые предлагают хранить природный газ как адсорбированный. На адсорбированном природном газе автомобили работают при более низком давлении, чем на сжатом; при этом используется более дешевое оборудование, чем для сжиженного газа.
Таким образом, адсорбированный способ –наиболее безопасный для хранения природного газа, он создает альтернативные возможности для обеспечения конкурентоспособности транспортных средств, работающих на газе.
Адсорбент – ключевое звено в этой технологии. В зависимости от его характеристик адсорбционная способность и работоспособность (используемая метаноемкость в транспортных средствах) будут различны.
Сегодня проведено множество исследований адсорбции метана с использованием различных нанопористых адсорбентов. Нанопористые углеродные материалы (например, активированный уголь, который широко используется в промышленности) относятся к коммерческим адсорбентам. Они обладают высокой удельной поверхностью и значительным объемом микропор (до 2 нм), что делает их подходящими для адсорбации природного газа.
Однако для эффективного использования нанопористых углеродных материалов в приложениях по адсорбции и хранению газа требуется, чтобы микропористый порошок имел макроскопическую форму (т.е. для приложений, где доступный объем хранения ограничен), очень важно увеличить плотность упаковки порошка.
И одна из основных целей исследовательской работы химиков – минимизация объема пористой структуры (мезо-, макропор и межчастичного пространства), где не происходит адсорбции метана (поглощения его углем), при сохранении большого объема микропор.
В настоящем исследовании путем химической активации был приготовлен порошкообразный нанопористый углеродный материал, из которого был получен монолитный. А также рассмотрены важные характеристики и свойства синтезированных углеродных нанопористых структур с акцентом на применение в адсорбции и аккумулировании газов.
Полученные учеными результаты могут быть экстраполированы на различные токсичные газообразные системы, а разработанный материал нанопористых углеродных материалов может быть использован в качестве многообещающей недорогой альтернативы для их секвестрации или хранения.
Статья «Нанопористые углеродные материалы высокой плотности в качестве материала для хранения метана: решение с добавленной стоимостью»ученых ТюмГУ, Тамбовского государственного технического университета и Индии Анастасии Меметовой, Индерджита Тяги, Рамы Рао, Карри Сухаса, Наримана Меметова, Андрея Зеленина, Романа Столярова, Александра Бабкина, Виктора Ягубова, Игоря Бурмистрова, Алексея Ткачева, Владимира Богословского, Гульнары Шигабаевой, Евгения Галунина вышла в издании «Журнал химической инженерии».
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 21-73-00026.
Источник:
Управление стратегических коммуникаций ТюмГУ и сайт Naked Science
