Двигатели внутреннего сгорания, работающие на природном газе, экологически чище двигателей, работающих на нефтяном топливе.
Вместе с тем для сооружений, в которых такой газ должен храниться, требуются, как и для систем его дистрибуции, материалы, способные выдерживать высокое давление.
Решить проблему создания систем для хранения природных газов могу металлоорганические каркасные структуры.
Эти материалы, представляющие собой трехмерные сетки, в которых ионы металлов связаны между собой органическими линкерами, могут хранить большое количество газа при меньшем значении давления, чем необходимо создавать в баллонах для сжатого газа.
Однако, невысокая емкость металлорганических каркасных структур и невозможность их синтеза в значительных количествах до настоящего времени стоят на пути у практического применения этих материалов.
Сложившуюся ситуацию могут исправить результаты новой исследовательской работы.
Исследователи из групп Джозефа Хаппа (Joseph Hupp, Северо-западный университет в Эванстоне, Иллинойс) и Танера Илдирима (Taner Yildirim, Национальный Институт Стандартов и Технологий) синтезировали граммовые количества металлоорганической каркасной структуры, относительная емкость которой по природному газу составляет 67% от относительной емкости стандартного газового баллона.
При этом для хранения газа в этом материале требуется давление, составляющее одну четверть от давления, обычно применяющегося для заполнения баллонов.
Исследователи отмечают, что понижение давления может понизить стоимость сжатия газа, уменьшив затраты на создание всей инфраструктуры хранения и распределения газа - для заполнения резервуаров уже не будут требоваться мощные и дорогие компрессоры, способные сжимать газ до 250 и более бар.
Новый материал, получивший обозначение NU-125, содержит ионы меди, связанный линкерами из шестиосновных карбоновых кислот.
Строение металлоорганической каркасной структуры таково, что она отличается большей площадью внутренней поверхности, чем ее обычные аналоги.
Получив небольшой образец материала, исследователи провели компьютерное моделирование его свойств, чтобы убедиться в его эффективности, и только затем провели масштабированный синтез.
Устойчивость и работоспособность NU-125 проверяли с помощью повторяющегося в течение месяца циклов адсорбции/десорбции, по окончанию испытаний производительность нового материала не понижалась.
Результаты испытаний говорят о том, что новая система может легко активироваться/дезактивироваться и применяться на практике.
Некоторые эксперты высоко оценивают результаты работы американских ученых, говоря о том, что емкость созданной металлоорганической каркасной структуры уже приближается к значению, достаточному для практического применения.
Тем не менее, пока еще необходимо изучить влияние примесей, содержащихся в природном газе, на материал, а также его долгосрочную устойчивость.
Источник: Energy Environ. Sci., 2013, DOI: 10.1039/C3EE24506C
