Den perfekte blanding:Optimering af gasblandinger til brintlagring i clathrathydrater

I vores igangværende søgen efter at forvandle sig til et mere miljøvenligt samfund, hydrogen (H ₂ ) er udråbt som morgendagens rene brændstof. Fordi H ₂ kan fremstilles af vand (H ₂ O) uden at generere kulstofemissioner, udvikle H ₂ -kompatible teknologier er blevet en topprioritet. Imidlertid, vejen frem er ujævn, og mange tekniske begrænsninger skal udryddes.

"Brint er det mindste molekyle i naturen, og at finde gennemførlige måder at opbevare det på er et kritisk spørgsmål for at realisere en brintøkonomi, "fastslår lektor Youngjune Park fra Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) i Korea. I modsætning til kulbrinter, ren H ₂ skal opbevares ved et ekstremt højt tryk (> 100 atmosfærer) eller lav temperatur (20 ° C). Naturligt, dette repræsenterer en enorm økonomisk barriere for H ₂ opbevaring. Men hvad nu hvis vi kunne fælde H ₂ inde i islignende krystaller for at gøre opbevaring og transport mindre krævende?

Disse molekylære bure findes i naturen og kaldes "clathrathydrater." De er faste vandbaserede forbindelser med hulrum, der kan rumme forskellige molekyler. Dr. Parks gruppe ved GIST har forsket i brugen af ​​clathrate-hydrater som kar for H ₂ opbevaring. Imidlertid, indlejringen af ​​ren H ₂ er stadig en langsom proces, der også kræver ekstreme temperatur- og trykforhold.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i bind 141, den trykte udgave af maj 2021 af Anmeldelser af vedvarende og bæredygtig energi , Dr. Parks gruppe undersøgte en mulig løsning på dette problem. I stedet for at forsøge at danne clathrate-hydrater ud af rent H ₂ , tidligere forskere har foreslået at blande det med naturgas, som eksperimentelt viste sig at fremme indkapsling ved mildere betingelser. For at forbedre denne strategi, holdet af GIST-forskere satte sig for at finde den bedste hydrogen-naturgasblanding (HNGB) til energieffektiv dannelse af clathrathydrater. Til denne ende, de undersøgte systematisk clathrathydrater fremstillet af HNGB'er med forskellige koncentrationer af metan, ethan, og hydrogen. De analyserede omhyggeligt clathratdannelsens kinetik og struktur og fordelingen af ​​fangede molekyler.

Holdet var i stand til at identificere de præcise gaskoncentrationer, på hvilket tidspunkt metan og etan, fungerer som termodynamiske modulatorer, forbedrer bedst H ₂ lagerkapacitet af HNGB-hydrater. Selv ved moderate tryk- og temperaturforhold (100 atmosfærer og 8 °C, henholdsvis), forskerne opnåede det maksimale teoretiske H ₂ Mulighed for opbevaring af to typer clathrate-hydratbure:to og fire H ₂ molekyler i små og store bure, henholdsvis. Denne bedrift var ikke blevet rapporteret før, og de hidtil usete resultater af denne undersøgelse kunne således hjælpe med design af HNGB -hydratlagermedier.

Dr. Park observerer, "Clathrat-hydrater og HNGB'er kunne give en rimelig løsning på mellemlang sigt til opbevaring af det, der er kendt som 'blåt' brint, som er brint produceret ved hjælp af fossilt brændstof-baseret teknologi, men med minimalt med CO ₂ emissioner." I dag, blå brint er tre gange billigere at producere end miljøvenlig 'grøn' brint. Derfor, resultaterne af denne undersøgelse kan hjælpe med at lette den gradvise overgang væk fra fossile brændstoffer til brint, som er vores nøgle til en bæredygtig fremtid.