211service.com
Nieuw materiaal maakt het gemakkelijker om veel aardgas op te slaan
Aardgasauto's blijven een nicheproduct, behalve op enkele plaatsen in de wereld, hoewel de brandstof goedkoop is en bij verbranding minder koolstofdioxide wordt uitgestoten dan benzine. Maar nieuw onderzoek suggereert dat een nieuwe klasse synthetische materialen een bredere acceptatie zou kunnen stimuleren door het gemakkelijker en goedkoper te maken om de auto's van brandstof te voorzien en het gas op te slaan.
Een nieuwe manier om aardgas op te slaan zou personenauto's die op de brandstof rijden populairder kunnen maken.
Een obstakel voor deze voertuigen is dat aardgas bij normale temperaturen en atmosferische druk veel minder energie vasthoudt dan hetzelfde volume benzine. Een veel voorkomende oplossing is om het gas samen te persen en onder hoge druk op te slaan, maar daarvoor zijn dure tankstations en omvangrijke tanks nodig die kostbare ruimte in de auto innemen. Het comprimeren van het gas kost ook energie.
Jeffrey Long , een professor in de chemie en chemische en biomoleculaire engineering aan de University of California, Berkeley, en onlangs collega's gedemonstreerd een veelbelovende oplossing op basis van designermaterialen, metaal-organische raamwerken genaamd, waarmee auto's dezelfde hoeveelheid gas bij een veel lagere druk kunnen opslaan.
Een opkomend alternatief voor de opslag van gecomprimeerd aardgas (CNG) is de zogenaamde opslag van geadsorbeerd aardgas (ANG), waarbij de tank wordt gevuld met een poreus materiaal met een groot oppervlak. Het gas wordt opgeslagen omdat de moleculen aan het oppervlak van het materiaal hechten. CNG-systemen slaan gas op bij een druk van ongeveer 250 atmosfeer, maar Long zegt dat zijn groep ernaar streeft een ANG-systeem te ontwerpen dat het kan opslaan bij 35 tot 65 atmosfeer. Opslaan bij 35 atmosfeer zou betekenen dat mensen die aardgas gebruiken voor verwarming en koken in hun huis, hun auto thuis kunnen tanken met een eenvoudige en goedkope compressor, zegt hij.
Er zijn nog geen commercieel verkrijgbare ANG-voertuigen, maar er is aanzienlijke interesse in de technologie en het is redelijk volwassen. Dit project werd ondersteund door het Advanced Research Projects Agency-Energy van het Amerikaanse Department of Energy, en de groep van Long kreeg ook technische bijstand van Ford Motor Company, die sinds 2009 bijna 60.000 CNG-voertuigen heeft verkocht.
Tot dusverre heeft de natuurkunde het bereik van auto's die ANG-systemen gebruiken echter beperkt. De uitdaging was om een materiaal te ontwikkelen dat gas adsorbeert bij de doeldruk van 35 atmosfeer, maar ook alles vrijgeeft voordat de druk vijf tot zes atmosfeer bereikt, de minimale druk waarbij de motor kan draaien. In eerder gedemonstreerde systemen blijft er te veel gas in de tank zitten dat niet kan worden gebruikt, zegt Long.
Om dit te omzeilen, gebruikte de groep flexibele metaal-organische kaders die anders zijn dan de rigide die eerder in ANG-systemen werden geprobeerd. De materialen zetten uit nadat een bepaalde druk is bereikt en openen hun poriën om het gas te adsorberen tijdens het vullen. Bij een lagere druk, maar één iets hoger dan de minimale druk waarbij de motor draait, storten de materialen in en duwen al het gas eruit zodat de motor het kan gebruiken.
De nieuwe resultaten suggereren dat ANG-systemen op basis van deze materialen hogere opslagcapaciteiten kunnen bereiken - en dus een groter bereik - dan mogelijk was in systemen die stijve materialen gebruiken. Het is een belangrijk proof-of-principle, maar er is behoorlijk wat technisch werk nodig voordat systemen op basis van dit soort materialen op de markt kunnen worden gebracht, zegt Long.