18.11.2015: Метан в металлоорганике

В ноябре 2015 года Европейская газомоторная ассоциация сообщила об он-лайн публикации в научном журнале Nature, посвященной совместно разработке Университета Беркли, Калифорния, компании Ford в области пористых металлоорганических структур – МОС (metal-organic framework - MOF) для хранения газа в сосудах низкого давления. По сути, речь идет об одном из вариантов адсорбции метана.

Проект курирует энергетический кластер Агентства перспективных исследований Министерства энергетики США(Advanced Research Projects Agency–Energy: ARPA-E). Компания Форд имеет достаточный опыт по выпуску автомобилей на КПГ и СУГ. Таких машин с 2009 года Форд продал более 57 тысяч единиц.

Металлоорганические структуры известны достаточно давно. Так, например, Германский исследовательский фонд в течение многих лет ведет работы в этой области. Ученые уверены: адсорбционный потенциал нового класса пористых материалов - МОС - «значительно превосходит» потенциал активированного угля или цеолита. Эти материалы могут использоваться для хранения метана, водорода или других газов. Возможность «настраивать» МОС на определённые вещества позволяют применять металлоорганические структуры в фильтрах, датчиках, газоразделительных установках.

У немецких ученых МОС имели жесткую решетку (ridgit framework). В Беркли работают над «гибкими» МОС (flexible MOF material) на основе кобальта и железа: при высвобождении (десорбции) газа структура «схлопывается», а при адсорбции увеличивается, чтобы вместить в себя «гостевые» молекулы. Хранение метана в ячейках осуществляется при давлении 32 – 64 атмосферы, что в 4 – 7 раз ниже, чем в обычных метановых баллонах при давлении заправки 250 атмосфер.

МОС, немецкая версия   МОС, американская версия
Металлоорганические структуры по версии немецких и американских ученых

Снижение рабочего давления позволяет делать стенки сосуда тоньше, а, значит, сам баллон легче; можно более эффективно использовать пространство, в которое сосуд нужно "вписать". Представляется, что это приведет к снижению стоимости газового автомобиля, а также аккумулятора на АГНКС. В компании Ford с этим в принципе согласны. И еще автопроизводители расчитывают увеличить дальность пробега на одну заправку.

Кроме того часть тепла, выделяемого при адсорбции, потребляет сама меняющаяся структура. Следовательно, появляется возможность экономии на технологии охлаждения сосуда.

Главный вопрос в работе над сосудами для адсорбированного природного газа (АПГ) – стоимость самого сосуда в производстве. Приемлемые цены на традиционные баллоны для КПГ в зависимости от типа варьируются от US$ 3 (КПГ-1) до US$ 15 (КПГ-4) за литр объема. Более дорогие баллоны для эквивалентного количества АПГ негативно скажутся на экономике эксплуатации газовых автомобилей. До настоящего времени массового конкурентоспособного предложения пока не появилось.

Е.Н. Пронин
Источники: http://www.nature.com/
http://www.metal-organic-frameworks.de/
http://www.ngvglobal.com/
http://www.ngvaeurope.eu/

     На главную