Hydrogen-naturgashydrater høstet af naturgas

En brint-naturgasblanding (HNGB) kan kun være en game changer, hvis den kan opbevares sikkert og bruges som en bæredygtig ren energiressource. En nylig undersøgelse har foreslået en ny strategi til stabil lagring af brint, brug af naturgas som stabilisator. Forskningen foreslog en praktisk gasfasemodulatorbaseret syntese af HNGB uden at generere kemisk affald efter dissociering til den umiddelbare service.

Forskerholdet af professor Jae Woo Lee fra Institut for Kemi og Biomolekylær Teknik i samarbejde med Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) demonstrerede, at den naturgasmodulatorbaserede syntese fører til betydeligt reduceret syntesetryk samtidig med dannelsen af ​​brintklynger i de indelukkede nanoporøse bure af clathrathydrater. Denne tilgang minimerer miljøpåvirkningen og reducerer driftsomkostningerne, da clathrathydrater ikke genererer kemisk affald i både syntese- og nedbrydningsprocesserne.

For effektiv opbevaring og transport af brint, talrige materialer er blevet undersøgt. Blandt andre, clathrate hydrater tilbyder tydelige fordele. Clathrate-hydrater er nanoporøse inklusionsforbindelser sammensat af et 3-D-netværk af polyhedriske bure lavet af hydrogenbundne 'værts'-vandmolekyler og opfangede 'gæste'-gas- eller væskemolekyler.

I dette studie, forskerholdet brugte to gasser, metan og ethan, som har lavere ligevægtsbetingelser sammenlignet med brint som termodynamiske stabilisatorer. Som resultat, det lykkedes dem stabilt at lagre brint-naturgasforbindelsen i hydrater. Ifølge sammensætningsforholdet mellem metan og ethan, struktur I eller II hydrater kan dannes, som begge stabilt kan lagre brint-naturgas under lavtryksforhold.

Forskerholdet fandt ud af, at to brintmolekyler opbevares i små bure i afstemte struktur I-hydrater, mens op til tre brintmolekyler kan opbevares i både små og store bure i afstemte struktur II-hydrater. Hydrater kan lagre gas op til omkring 170 gange dens volumen, og den naturgas, der anvendes som termodynamiske stabilisatorer i denne undersøgelse, kan også bruges som energikilde.

Forskerholdet udviklede teknologi til at producere hydrater fra is, produceret hydrogen-naturgashydrater ved substitution, og med succes observeret, at tuning-fænomenet kun opstår, når hydrogen er involveret i hydratdannelse fra starten for begge strukturer af hydrater.

De forventer, at resultaterne ikke kun kan anvendes på et energieffektivt gaslagermateriale, men også en smart platform til at udnytte naturgasblandinger af brint, som kan tjene som en ny alternativ energikilde med målrettet brintindhold ved at designe syntetiske veje for blandede gashydrater.

Undersøgelsen blev offentliggjort online i Energilagringsmaterialer den 6. juni, med titlen "Et-trins dannelse af brintklynger i clathrathydrater stabiliseret via naturgasblanding."

Professor Lee sagde, "HNGB vil bruge den eksisterende naturgasinfrastruktur til transport, så det er meget sandsynligt, at vi kan kommercialisere dette hydratsystem. Vi undersøger den kinetiske ydeevne gennem en opfølgningsstrategi for at øge mængden af ​​gaslagring.