天然气储存研究可以对抗全球变暖

为了帮助对抗全球变暖，由德克萨斯A&M大学的Mert Atilhan博士和韩国高等科学技术研究院(KAIST)的Cafer Yavuz博士领导的团队正在研究一种能够更有效地储存天然气的新型多孔聚合物。比目前使用的任何东西。他们的研究重点是吸附天然气(ANG)，这是一种储存天然气的工艺，是压缩天然气和液化天然气的更安全，更便宜的替代品。

天然气作为燃料更加干净地燃烧，使其成为车辆以及烹饪，加热或运行发电机等应用的有用替代品。它主要含有甲烷和乙烷，二氧化硫排放量几乎为零，氮氧化物和微粒排放量也少得多。与石油相比，天然气释放的二氧化碳(温室气体的主要原因)减少了近30%，比煤炭减少了43%。

“目前，由于过度使用煤炭和石油，我们面临着与全球变暖有关的严重问题，”Atilhan说。“天然气是一个更清洁的来源，在美国，地中海和世界各地的其他地方都有大量的天然气。如果天然气可以有效储存，即使在偏远地区也可以轻松利用。我们对在车辆应用中使用这些材料抱有很高的期望，这也是全球变暖的主要原因之一。“

吸附气体从表面收集冷凝气体。这些轻质气体在环境温度下具有非常高的蒸气压，并且它们的储存需要高压压缩，吸附剂(吸附另一种物质的固体物质)系统或极端温度降低。在ANG工艺中，天然气在相对低的压力(100至900psi)和环境温度下吸附至多孔吸附剂，解决了高压和低温问题。

Atilhan和Yavuz自2008年以来一直在合作开发用于气体捕获和分离的新材料。在过去几年中，他们特别关注将天然气储存在新型多孔基材料中。该团队专注于网络聚合物的膨胀机制。我们的想法是对吸附剂上的天然气加压，使其膨胀并消耗很多。在消耗(解吸)期间，溶胀的聚合物将释放气体直至其完全放气。

“通过这项工作，我们正在推出一种新型塑料材料，可以非常有效地储存天然气，”Atilhan说。“我们打破了天然气储存的世界纪录，并且远远高于材料目标，以便被认为是可行的，这是由美国能源部(DOE)决定的。但它的生产成本非常低廉，这使得它甚至在广泛应用中使用它更具吸引力。“

“我们从不同的角度研究设计ANG吸附剂，大多数研究都集中在提高上限，通过引入更多的孔体积来提高总容量，”Yavuz说道，并补充说，孔隙体积越大，剩余气体含量越多，因为它仍然存在即使压力低于车辆所需的最低油箱压力，也能舒适地存放。“我们说，'让我们确保多孔材料在解吸到最小压力时全部挤出来。'”

这种扩展/收缩机制也解决了某些ANG问题。事实证明，所有吸附剂在与气体接触时都会升温并导致各种问题，更不用说新的安全风险了。

Atilhan说，通过使吸附剂通过自身膨胀释放能量，他们立即解决了许多问题。通过保持吸附剂不加热，它们获得最大性能。由于热管理是工程燃料系统中绝对关键的设计特征，它们消除了可能出现的任何不安全的压力峰值，因为温度波动和污染最小化，因为当没有气体存储时吸附剂保持收缩。

为了快速对其技术进行可行性检查，该团队开始研究真正的气瓶。

“实验室结果非常棒，但在现实生活中推出技术时，你总是会遇到这种假设问题，”Vepa Rozyyev说，他是自然能源研究中发表的一篇文章的第一作者，后来他从KAIST到芝加哥大学攻读博士学位 他说要测试它们，他们去了加油站并将加压喷嘴卡在装满吸附剂的圆筒上。他们的材料击败了最高的工业和文学例子至少20%。这也标志着任何研究首次进行此类现场测试。

该团队对这项工作的前景和可能性感到兴奋。“这只是一个开始，”亚武兹说。“我们根据我们的概念设想了一系列新的设计和机制。由于天然气比煤炭更清洁燃料，这个领域的新发展将有助于转向污染较少的燃料。”

Atilhan同意他们的研究对环境的最重要影响。他表示，通过使用天然气而不是煤或石油来降低有毒气体排放将大大减少各种来源排放的温室气体排放。

“这也将有助于降低酸/酸气体捕获操作所花费的运营成本，因为我们建议储存更清洁的燃料来源，并用这些材料取代目前最先进的燃料储存，”他说。“我们相信，有一天我们可能会看到配备了我们的材料的车辆，这些材料由更清洁的燃料来源 - 天然气运行。”

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