Российская нанотехнология хранения метана сделает его выгодным и для легковушек

10 февраля 2022

Передовой способ хранения метана в автомобиле методом адсорбирования, разработанный российскими учеными, совершит прорыв в газификации транспорта

Пресс-служба НИТУ «МИСиС» сообщает, что ученые разработали новый углеродный нанонаполнитель для газовых баллонов. Данный материал позволяет поместить в баллон больше газа без применения высокого давления и, следовательно, отпадает необходимость использования традиционных тяжелых, толстостенных баллонов. Даже облегченный баллон с таким нанонаполнителем не взрывается в принципе и может использоваться в легковых автомобилях. Исследование было опубликовано в журнале Chemical Engineering Journal.

Природный газ выступает основной альтернативой ископаемому углеводородному топливу известном нам в виде бензина и дизельного топлива. При переводе автотранспорта на метан выбросы оксида углерода (CO и CO₂) снижаются в 2–3 раза, в 2 раза – оксида азота. В выхлопе газового транспорта полностью отсутствуют сажа и соединения серы. Кроме того, газ существенно дешевле бензина. Так, средняя розничная цена метана на сегодня составляет ~21 рубль за м³, что в 2,5 раза дешевле бензина или дизеля.

Впрочем, использование метана в качестве газомоторного топлива связано с рядом технологических сложностей. Метан как газомоторное топливо пока используется в основном в сжатом виде (КПГ – компрированный природный газ). Поскольку его плотность существенно ниже плотности бензина, то его приходится заправлять в баллоны высокого давления при давлении до 200 атмосфер. Чтобы выдержать такое высокое давление, метан приходится хранить в толстостенных, тяжелых баллонах (фото на заставке), которые поэтому не подходят для использования в легковых автомобилях. В сумме эти факторы препятствуют широкому распространению использования метана в качестве транспортного топлива на легковых машинах (точнее делают окупаемость слишком длительной, сравнимой со сроком службы самого автомобиля – авт.).

Перспективной альтернативой сжатию выступает адсорбирование. Идея технологии адсорбированного природного газа заключается в использовании специальных нанопористых материалов (адсорбентов), способных поглощать газ в больших количествах. Заполненный нанопористым адсорбентом баллон можно наполнить большим количеством газа под меньшим давлением. При этом характеристики используемого адсорбента существенно влияют на объем поглощаемого метана.

Международный коллектив ученых при участии доцента кафедры «Техника и технологии производства нанопродуктов» Тамбовского государственного технического университета Анастасии Меметовой и ведущего эксперта кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС» Игоря Бурмистрова разработал новый нанопористый углеродный материал, обладающий повышенной, по сравнению с аналогами, адсорбционной способностью, которой удалось добиться за счет увеличения плотности материала с сохранением большого объема микропор, которые заполняются метаном. Таким образом, меньшее количество адсорбента способно удерживать в своих микропорах большее количество газа.

Анастасия Меметова рассказала: «Синтез был произведен путем преобразования смеси полимерных соединений в нанопористый углеродный материал, с последующим его формированием в блоки нужного размера и формы. Разработанный материал обладает высокой площадью поверхности и объемом пор, более 80% которых составляют узкие микропоры. Разработанный материал превосходит все известные на сегодня коммерческие адсорбенты по достигнутым значениям общей объемной емкости аккумулирования метана, которая составляет 336 см³/см³ при давлении 100 бар. Для сравнения, стандарт объемной удельной емкости адсорбентов метана, установленный Министерством энергетики США, составляет 236 см³ на см³».

Автор исследования Игорь Бурмистров отмечает, что за счет отсутствия необходимости использования сверхпрочных баллонов для хранения и перевозки, применение разработанного адсорбента позволит значительно удешевить метан для конечного потребителя и расширить его применение в качестве транспортного топлива. Он говорит: «Расход топлива снизится за счет того, что машина станет легче, ведь не нужно будет использовать тяжелые сверхпрочные баллоны. Кроме того, нет высокого давления – значит больше безопасность».

Созданный учеными наноуглеродный материал также может использоваться в системах хранения других токсичных газов, таких как угарный и углекислый газ, а также различных оксидов азота.

Исследование проводилось в рамках научного проекта «Разработка перспективного адсорбционного материала для энергоэкономичного, безопасного хранения и транспортировки энергетически важных газов в промышленности нового технологического уклада» РНФ № 21–73-00026.

P.S. Если российским ученым удастся запустить в серию данный наноматериал по конкурентоспособной цене, то это может привести к прорыву в деле газификации как легковушек, так и коммерческого, и общественного транспорта, а также, возможно, железнодорожного и речного. Для России (и ее союзников), чей природный газ в Европе сейчас объявляют «политически токсичным» это может стать огромным прорывом и привести к гораздо более эффективному снижению выбросов парниковых газов, чем многомиллиардные вложения, необходимые для создания «устойчивой электрической мобильности».

Следите за новостями на портале www.rim3.ru

Загрузка