Een waterstof-aardgasmengsel (HNGB) kan alleen een game changer zijn als het veilig kan worden opgeslagen en kan worden gebruikt als duurzame schone energiebron. Een recente studie heeft een nieuwe strategie voorgesteld voor het stabiel opslaan van waterstof, aardgas als stabilisator gebruiken. Het onderzoek stelde een praktische op gasfasemodulator gebaseerde synthese van HNGB voor zonder chemisch afval te genereren na dissociatie voor de onmiddellijke service.

Het onderzoeksteam van professor Jae Woo Lee van het Department of Chemical and Biomolecular Engineering in samenwerking met het Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) toonde aan dat de op aardgasmodulator gebaseerde synthese leidt tot een significant verlaagde synthesedruk gelijktijdig met de vorming van waterstofclusters in de afgesloten nanoporeuze kooien van clathraathydraten. Deze benadering minimaliseert de impact op het milieu en verlaagt de bedrijfskosten, aangezien clathraathydraten geen chemisch afval genereren in zowel de synthese- als de ontledingsprocessen.

Voor een efficiënte opslag en transport van waterstof, talrijke materialen zijn onderzocht. Onder andere, clathraathydraten bieden duidelijke voordelen. Clathraathydraten zijn nanoporeuze insluitingsverbindingen die zijn samengesteld uit een 3D-netwerk van polyedrische kooien gemaakt van waterstofgebonden 'gastheer'-watermoleculen en ingevangen 'gast'-gas- of vloeistofmoleculen.

In dit onderzoek, het onderzoeksteam gebruikte twee gassen, methaan en ethaan, die lagere evenwichtsomstandigheden hebben in vergelijking met waterstof als thermodynamische stabilisatoren. Als resultaat, ze slaagden erin de waterstof-aardgasverbinding stabiel op te slaan in hydraten. Volgens de samenstellingsverhouding van methaan en ethaan, structuur I of II hydraten kunnen worden gevormd, die beide waterstof-aardgas stabiel kunnen opslaan bij lage druk.

Het onderzoeksteam ontdekte dat twee waterstofmoleculen zijn opgeslagen in kleine kooien in afgestemde structuur I hydraten, terwijl maximaal drie waterstofmoleculen kunnen worden opgeslagen in zowel kleine als grote kooien in hydraten met afgestemde structuur II. Hydraten kunnen gas opslaan tot ongeveer 170 keer zijn volume en het aardgas dat in dit onderzoek als thermodynamische stabilisatoren wordt gebruikt, kan ook als energiebron worden gebruikt.

Het onderzoeksteam ontwikkelde technologie om hydraten te produceren uit ijs, geproduceerde waterstof-aardgashydraten door substitutie, en met succes waargenomen dat het afstemmingsverschijnsel alleen optreedt wanneer waterstof vanaf het begin betrokken is bij de hydraatvorming voor beide structuren van hydraten.

Ze verwachten dat de bevindingen niet alleen kunnen worden toegepast op een energie-efficiënt gasopslagmateriaal, maar ook een slim platform om waterstof-aardgasmengsels te gebruiken, die kan dienen als een nieuwe alternatieve energiebron met gerichte waterstofgehalten door synthetische routes van gemengde gashydraten te ontwerpen.

Het onderzoek is online gepubliceerd in Materialen voor energieopslag op 6 juni, met de titel "One-step vorming van waterstofclusters in clathraathydraten gestabiliseerd via aardgasmenging."

Professor Lee zei:"HNGB zal de bestaande aardgasinfrastructuur gebruiken voor transport, dus het is zeer waarschijnlijk dat we dit hydraatsysteem kunnen commercialiseren. We onderzoeken de kinetische prestaties via een vervolgstrategie om het volume van de gasopslag te vergroten.