Российские учёные в составе международной исследовательской группы разработали новый материал для эффективной адсорбции метана и других газов. Изобретение позволит упростить заправку автомобилей газовым топливом и сделать его использование более безопасным. Об этом сообщила RT пресс-служба НИТУ «МИСиС». Работа была проведена в рамках поддержанного Российским научным фондом проекта. Результаты опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal.
В исследовании приняли участие доцент кафедры «Техника и технологии производства нанопродуктов» Тамбовского государственного технического университета Анастасия Меметова и ведущий эксперт кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС» Игорь Бурмистров. Свой вклад в исследование также внесли учёные из Индии и Брунея.
Нанопористый адсорбент
Учёные смогли создать новый нанопористый углеродный материал, обладающий повышенной по сравнению с аналогами адсорбционной способностью. Добиться этого удалось благодаря увеличению плотности материала с сохранением большого объёма микропор, которые заполняются метаном. Таким образом, меньшее количество адсорбента способно удерживать в своих микропорах большее количество газа.
Как рассказала в беседе с RT Анастасия Меметова, синтезировать новое вещество удалось путём преобразования смеси полимерных соединений в нанопористый углеродный материал. Затем учёные сформировали из полученного вещества блоки нужного размера и формы.
«Разработанный материал обладает высокой площадью поверхности и объёмом пор, более 80% которых составляют узкие микропоры. Разработанный материал превосходит все известные на сегодня коммерческие адсорбенты по достигнутым значениям общей объёмной ёмкости аккумулирования метана, которая составляет 336 см³/см³ при давлении 100 бар. Для сравнения: стандарт объёмной удельной ёмкости адсорбентов метана, установленный Министерством энергетики США, составляет 236 см³ на см³», — пояснила Меметова.
Изобретение позволит удешевить и упростить использование природного газа в качестве автомобильного топлива. Если в качестве накопителя газа использовать эффективный адсорбент, можно отказаться от использования особо прочных баллонов, в которые сегодня газ накачивается под высоким давлением.
«Расход топлива снизится за счёт того, что машина станет легче, ведь не нужно будет использовать тяжёлые сверхпрочные баллоны. Кроме того, нет высокого давления — значит, больше безопасность», — пояснил в комментарии RT Игорь Бурмистров.
Разработчики отмечают, что новый материал можно использовать для адсорбции не только метана, но и других газов, таких как угарный и углекислый, а также различных оксидов азота.
Экологичное топливо
Использование природного газа в качестве автомобильного топлива имеет большие преимущества. Во-первых, при сгорании газа в автомобильные выхлопы попадает суммарно в пять раз меньше вредных веществ, чем при сгорании бензина или дизельного топлива.
При переводе транспорта на метан в два-три раза снижаются выбросы оксида углерода, в два раза — оксида азота. В выхлопах газового транспорта полностью отсутствуют сажа и соединения серы.
Кроме того, природный газ стоит дешевле, чем бензин. Поэтому в ряде стран набирает популярность процедура перевода автомобилей на газовое топливо.
Однако использование метана в качестве автомобильного топлива сопряжено с техническими сложностями. Для этого газ сжимают до пары сотен атмосфер, в таком состоянии он находится в толстостенных баллонах высокого давления. Чтобы сжать газ, требуются существенные объёмы энергии, а кроме того, такие баллоны взрывоопасны.
Проведённый в 2020 году аналитическим центром НАФИ опрос показал, что многие российские автомобилисты не рассматривают переход с бензина на газ именно из соображений безопасности. Такие опасения высказали 36% респондентов от числа тех, кто в принципе знал о такой возможности. Опрос проводился в июле 2020-го, были опрошены 1,5 тыс. автомобилистов старше 18 лет.
Технология адсорбции природного газа может стать выходом из положения. Для этого используются специальные нанопористые материалы, способные поглощать газ. Заполненный нанопористым адсорбентом баллон можно наполнить большим количеством газа под меньшим давлением. Плотность молекул газа в эффективном адсорбенте сопоставима с плотностью газа в жидкой фазе.