Исследователи Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли разработали новый металл-органический материал, который как губка способен при определенном давлении впитывать метан. Их работа опубликована в журнале Nature, а ее краткое изложение приводится в сообщении Национальной лаборатории в Беркли. Ученые надеются, что новый материал позволит значительно увеличить дальность хода автомобилей, в которых реализована технология поглощенного природного газа.
Исследователи экспериментировали с материалом на основе кобальта. Опыты ставились при температуре окружающей среды 25 градусов Цельсия. К материалу подавался метан под разным давлением. Одновременно ученые проводили рентгеновский контроль структуры металл-органического материала. Выяснилось, что при давлении более 16 бар (15,8 атмосферы) материал переходил из сжатого в расправленное состояние, а метан проникал в его поры.
Затем при снижении давления метан удерживался в пористой структуре, но при давлении от десяти до пяти бар материал сжимался, полностью высвобождая накопленный газ. В процессе впитывания метана и последующего его высвобождения температурные колебания в металл-органической структуре были значительно меньше, чем при использовании других пористых материалов. При поглощении материал меньше нагревался, а при высвобождении метана — меньше охлаждался.
Ученые полагают, что благодаря новым материалам автомобили, в которых используется технология поглощенного природного газа, большей частью состоящего из метана, смогут по дальности хода сравняться с бензиновыми машинами. Новый пористый материал позволяет хранить большие количества метана при меньшем давлении, чем в обычных газовых баллонах. При этом при одинаковом давлении баки с пористыми структурами вместят в себя метана больше, чем обычные баллоны.
Технология поглощенного природного газа разрабатывается на протяжении последних нескольких лет. Ранее в качестве «губки» исследователи рассматривали активированный уголь, однако его использование оказалось мало эффективным. Так, впитывающая способность активированного угля возрастает либо при значительном повышении давления метана, либо при значительном понижении температуры материала. При этом процесс впитывания сопровождается выделением большого количества тепла, а отдачи — сильным охлаждением.
Преимуществом технологии поглощенного природного газа считается значительное понижение давления газа в заправленных топливных емкостях. Например, такая технология позволяет хранить метан при давлении от 34 до 41 бара, в то время как в баллонах для сжатого природного газа давление может достигать 152 бар. Меньшее давление означает меньшую аварийность топливной газовой системы и возможность ее упростить.
Сегодня наибольшее количество автомобилей, оборудованных газовыми системами, передвигается на газовой смеси пропана и бутана, являющейся продуктом переработки попутного нефтяного газа. Эта газовая смесь стоит дешевле сжатого природного газа, ее легче транспортировать и заправлять в автомобили. Дальность ход автомобилей на сжатом природном газе почти в три раза больше аналогичного показателя бензиновых машин, а на пропан-бутане — в два раза больше.