Om de opwarming van de aarde tegen te gaan, een team onder leiding van Dr. Mert Atilhan van de Texas A&M University en Dr. Cafer Yavuz van het Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), werkt aan een nieuw poreus polymeer dat aardgas effectiever kan opslaan dan alles wat momenteel wordt gebruikt. Hun onderzoek richt zich op geadsorbeerd aardgas (ANG), een proces om aardgas op te slaan dat een veiliger en goedkoper alternatief is voor gecomprimeerd aardgas en vloeibaar aardgas.

Aardgas brandt schoner als brandstof, waardoor het een nuttig alternatief is in voertuigen, en toepassingen zoals koken, verwarming of lopende generatoren. Het bevat voornamelijk methaan en ethaan, en heeft bijna geen uitstoot van zwaveldioxide en veel minder uitstoot van stikstofoxide en fijnstof. Aardgas stoot ook bijna 30 procent minder koolstofdioxide uit (de belangrijkste oorzaak van broeikasgassen) dan olie en 43 procent minder dan steenkool.

"Momenteel worden we geconfronteerd met ernstige problemen die verband houden met de opwarming van de aarde als gevolg van het overmatige gebruik van kolen en aardolie, " zei Atilhan. "Aardgas is een veel schonere bron en er wordt in de Verenigde Staten een overvloedige hoeveelheid gas onderzocht, de Middellandse Zee en elders in de wereld. Als aardgas goed kan worden opgeslagen, het kan gemakkelijk worden gebruikt, zelfs in afgelegen gebieden. We hebben hoge ambities om deze materialen ook in voertuigen te gebruiken, dat is een van de belangrijkste oorzaken van de opwarming van de aarde."

Geadsorbeerde gassen verzamelen gecondenseerd gas van een oppervlak. Deze lichte gassen hebben een zeer hoge dampdruk bij omgevingstemperaturen, en hun opslag vereist compressie onder hoge druk, adsorberende (vaste stof die een andere stof adsorbeert) systemen of een extreme verlaging van de temperatuur. In het ANG-proces, aardgas adsorbeert aan een poreus adsorbens bij relatief lage druk (100 tot 900 psi) en omgevingstemperatuur, oplossen van zowel de hogedruk- als lagetemperatuurproblemen.

Atilhan en Yavuz werken sinds 2008 samen aan de ontwikkeling van nieuwe materialen voor het opvangen en scheiden van gas. De laatste jaren kijken ze specifiek meer naar de opslag van aardgas in nieuwe materialen op poreuze basis. Het team richtte zich op zwelmechanismen van netwerkpolymeren. Het idee zou zijn om aardgas onder druk te zetten op het sorptiemiddel, zodat het zou uitzetten en veel zou kosten. Tijdens consumptie (desorptie), het gezwollen polymeer zou het gas vrijgeven totdat het volledig leegloopt.

"Met dit werk we introduceren een nieuw materiaal op basis van plastic dat aardgas zeer effectief kan opslaan, " zei Atilhan. "We hebben het wereldrecord voor aardgasopslag gebroken en ruim boven het doel voor materialen gepasseerd om als haalbaar te worden beschouwd, die wordt bepaald door het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE). Toch heeft het een zeer goedkope productiekost, wat het nog aantrekkelijker maakt om het in wijdverbreide toepassingen te gebruiken."

"We hebben het ontwerpen van een ANG-adsorbens vanuit een ander perspectief bekeken, het meeste onderzoek is gericht op het verhogen van de bovengrens, de totale capaciteit door meer porievolume te introduceren, " zei Yavuz, eraan toevoegend dat het grotere porievolume ook meer overgebleven gas betekende, omdat het comfortabel opgeslagen blijft, zelfs als de druk onder de minimale tankdruk kwam die een voertuig nodig heeft. "We zeiden, 'Laten we ervoor zorgen dat het poreuze materiaal er helemaal uit wordt gedrukt wanneer het tot de minimale druk wordt gedesorbeerd.'"

Dit uitzettings-/krimpmechanisme lost ook bepaalde ANG-problemen op. Zoals het blijkt, alle adsorbentia warmen op bij contact met gas en dat veroorzaakt allerlei problemen, om nog maar te zwijgen van nieuwe veiligheidsrisico's.

Atilhan zei dat door het adsorbens energie te laten vrijgeven door zichzelf uit te zetten, ze lossen veel problemen tegelijk op. Door het adsorbens onverwarmd te houden, ze krijgen de maximale prestaties. En aangezien thermisch beheer een absoluut kritische ontwerpfunctie is in technische brandstofsystemen, ze elimineren alle onveilige drukpieken die kunnen optreden omdat de temperatuurschommelingen en vervuiling tot een minimum worden beperkt, aangezien het adsorbens samengetrokken blijft als er geen gas wordt opgeslagen.

Om de haalbaarheidscontroles van hun technologie te versnellen, het team begon te werken aan echte gasflessen.

"De laboratoriumresultaten waren geweldig, maar je hebt altijd deze wat-als-vraag als het gaat om het naar buiten brengen van je technologie in het echte leven, " zei Vepa Rozyyev, de eerste auteur van een artikel gepubliceerd in Natuur Energie op het onderzoek, die sindsdien is verhuisd van KAIST naar de Universiteit van Chicago voor een Ph.D. Hij zei dat ze om het te testen naar een benzinestation gingen en het onder druk staande mondstuk op een cilinder vol met hun adsorbens plakten. Hun materiaal versloeg de beste industriële en literatuurvoorbeelden met minstens 20 procent. Het was ook de eerste keer dat een studie ooit dit type veldtest deed.

Het team is enthousiast over de vooruitzichten en mogelijkheden die dit werk zal opleveren. "Dit is slechts het begin, " zei Yavuz. "We voorzien een hele reeks nieuwe ontwerpen en mechanismen op basis van ons concept. Aangezien aardgas een veel schonere brandstof is dan steenkool, nieuwe ontwikkelingen op dit gebied zullen helpen om over te stappen op minder vervuilende brandstoffen."

Atilhan is het ermee eens dat de belangrijkste impact van hun onderzoek op het milieu is. Hij zei dat het verlagen van de uitstoot van giftige gassen door meer aardgas dan steenkool of olie te gebruiken, de uitstoot van broeikasgassen die door verschillende bronnen worden uitgestoten, aanzienlijk zal verminderen.

"Het zal ook helpen om de bedrijfskosten te verlagen die worden besteed aan het opvangen van zuur/zuur gas, aangezien we voorstellen om veel schonere brandstofbronnen op te slaan en de huidige state-of-the-art te vervangen door deze materialen voor brandstofopslag, " zei hij. "We geloven dat we ooit voertuigen zullen zien die zijn uitgerust met onze materialen en die worden aangedreven door een schonere brandstofbron - aardgas."