För att hjälpa till att bekämpa den globala uppvärmningen, ett team ledd av Dr. Mert Atilhan från Texas A&M University och Dr. Cafer Yavuz vid Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), arbetar med en ny porös polymer som kan lagra naturgas mer effektivt än något som för närvarande används. Deras forskning fokuserar på adsorberad naturgas (ANG), en process för att lagra naturgas som är ett säkrare och billigare alternativ till komprimerad naturgas och flytande naturgas.

Naturgas brinner renare som bränsle, gör det till ett användbart alternativ i fordon, och applikationer som matlagning, uppvärmning eller drift av generatorer. Den innehåller mest metan och etan, och har nästan noll svaveldioxidutsläpp och mycket färre kväveoxid- och partikelutsläpp. Naturgas frigör också nästan 30 procent mindre koldioxid (den främsta orsaken till växthusgaser) än olja och 43 procent mindre än kol.

"För närvarande står vi inför allvarliga problem som är relaterade till global uppvärmning på grund av överdriven användning av kol och petroleum, "sa Atilhan." Naturgas är en mycket renare källa och det finns en riklig mängd gas som utforskas i USA, Medelhavet och på andra håll i världen. Om naturgas kan lagras effektivt, den kan lätt användas, även i avlägsna områden. Vi har höga ambitioner att också använda dessa material i fordonsapplikationer, vilket är en av huvudorsakerna till den globala uppvärmningen."

Adsorberade gaser samlar upp kondenserad gas från en yta. Dessa lätta gaser har mycket högt ångtryck vid omgivningstemperaturer, och deras lagring kräver antingen högtryckskomprimering, adsorbentsystem (fast ämne som adsorberar ett annat ämne) eller en extrem temperatursänkning. I ANG-processen, naturgas adsorberas till en porös adsorbent vid relativt lågt tryck (100 till 900 psi) och omgivningstemperatur, lösa både högtrycks- och lågtemperaturproblem.

Atilhan och Yavuz har samarbetat sedan 2008 i utvecklingen av nya material för gasavskiljning och -separering. Under de senaste åren har de specifikt tittat mer på att lagra naturgas i nya porösa material. Teamet fokuserade på svällningsmekanismer för nätverkspolymerer. Tanken vore att trycksätta naturgas på sorbenten så att den skulle expandera och ta mycket. Under konsumtion (desorption), den svullna polymeren skulle släppa ut gasen tills den tömdes helt.

"Med detta arbete, vi introducerar ett nytt plastbaserat material som kan lagra naturgas mycket effektivt, "sa Atilhan." Vi slog världsrekordet för lagring av naturgas och passerade långt över målet för material för att anses vara genomförbart, vilket bestäms av U.S. Department of Energy (DOE). Ändå har den en mycket billig produktionskostnad, vilket gör det ännu mer attraktivt att använda det i utbredda applikationer. "

"Vi tittade på att designa en ANG-adsorbent ur ett annat perspektiv, mest forskning är inriktad på att höja den övre gränsen, den totala kapaciteten genom att införa mer porvolym, "sa Yavuz, och tillägger att den större porvolymen också innebar mer överbliven gas eftersom den förblir bekvämt lagrad även om trycket gick under det lägsta tanktrycket som behövs för ett fordon. "Vi sa, "Låt oss se till att det porösa materialet pressar ut allt när det desorberas till lägsta tryck."

Denna expansion/sammandragningsmekanism löser även vissa ANG-problem. Som det visar sig, alla adsorbenter värms upp vid kontakt med gas och det orsakar alla slags problem, för att inte tala om nya säkerhetsrisker.

Atilhan sa att genom att låta adsorbenten frigöra energi genom att expandera sig själv, de löser många problem samtidigt. Genom att hålla adsorbenten ouppvärmd, de får maximal prestanda. Och eftersom värmehantering är en absolut kritisk designfunktion i tekniska bränslesystem, de eliminerar alla osäkra tryckspikar som kan komma upp eftersom temperatursvängningar och kontaminering minimeras eftersom adsorbenten förblir sammandragen när ingen gas lagras.

För att snabba fram genomförbarhetskontrollerna av deras teknik, teamet började arbeta på riktiga gasflaskor.

"Laboratorieresultatet var fantastiskt, men du har alltid den här ifrågasatta frågan när det gäller att driva ut din teknik i verkligheten, sa Vepa Rozyyev, den första författaren till en artikel publicerad i Naturenergi om forskningen, som sedan har flyttat från KAIST till University of Chicago för en doktorsexamen. Han sa att för att testa det gick de till en bensinstation och satte det trycksatta munstycket på en cylinder full av deras adsorbent. Deras material slog de bästa industri- och litteraturexemplen med minst 20 procent. Det markerade också första gången någon studie någonsin gjorde den här typen av fälttester.

Teamet är entusiastiska över de framtidsutsikter och möjligheter som detta arbete kommer att introducera. "Detta är bara början, ", sa Yavuz. "Vi föreställer oss en hel mängd nya konstruktioner och mekanismer baserade på vårt koncept. Eftersom naturgas är mycket renare bränsle än kol, nya utvecklingar inom detta område kommer att hjälpa till att byta till mindre förorenande bränslen."

Atilhan håller med om att den viktigaste effekten av deras forskning är på miljön. Han sade att sänkning av giftiga gasutsläpp genom att använda naturgas mer än kol eller olja kommer att avsevärt minska utsläppen av växthusgaser som släpps ut från olika källor.

"Det kommer också att bidra till att minska driftskostnaderna som används för insamling av sura/sura gaser, eftersom vi föreslår att lagra mycket renare bränslekälla och ersätta nuvarande toppmoderna med dessa material för bränsleförvaring, ", sa han. "Vi tror att vi en dag kan se fordon utrustade med våra material som drivs av en renare bränslekälla - naturgas."