Neuartiger Gasspeicher aus Kunststoffschaum

Alternative zu herkömmlichen Flüssig- oder Druckgasspeichern

Forscher des Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) in Daejeon haben gemeinsam mit Kollegen der Texas A&M University in Bryan haben Materialien auf Kunststoffbasis entwickelt, die Erdgas effektiver speichern können. Das Material mit dem Kürzel COP-150 ist damit eine Alternative zu herkömmlichen Flüssig- oder Druckgasspeichern, Verfahren die aufgrund hoher Sicherheitsvorkehrungen für mobile Anwendungen wie Erdgasautos nur bedingt geeignet sind. Die Substanz hat möglicherweise starkes Zukunftspotenzial zur Bekämpfung der globalen Erwärmung.

US-Ziele für Kapazität erreicht

Mert Atilhan (li., Texas A&M University) und Cafer T. Yavuz (KAIST) testeten die Aufnahmefähigkeit für Methan von 29 einzigartigen porösen Polymerstrukturen mit inhärenter Flexibilität bei hohen Drücken. Diese porösen Polymere hatten unterschiedliche synthetische Komplexitäten, Porositäten und Morphologien, und die Forscher unterwarfen jedes poröse Polymer reinem Methangas unter verschiedenen Bedingungen, um die ANG-(Adsorbierte-Erdgas-Technologie)-Leistungen zu untersuchen. Von diesen 29 unterschiedlichen chemischen Strukturen war COP-150 besonders bemerkenswert, da es eine hohe verfügbare gravimetrische Methan-Arbeitskapazität erreichte, wenn es zwischen 5 und 100 bar bei 273 K gefahren wurde, was 98% der gesamten Aufnahmekapazität entspricht.

Fotos der Synthese im kleinen Maßstab (82,11 g) – Reaktionsablauf an der Luft ab – Foto © Vepa Rozyyev

COP-150 ist die erste Struktur, die sowohl die gravimetrischen als auch die volumetrischen Anforderungen des amerikanischen Energieministeriums für den erfolgreichen Fahrzeugeinsatz erfüllt. Dabei beragen die Gesamtkosten für die Herstellung des COP-150-Adsorbens nur 1 USD pro Kilogramm. COP-150 kann aus frei verfügbaren und leicht zugänglichen Kunststoffmaterialien bei Raumtemperatur an der Luft hergestellt werden. Es ist keine vorherige Reinigung der Chemikalien erforderlich. “Wir stellen uns vor, dass auf der Basis unseres Materials neue Speicher für Erdgas entwickelt werden”, sagt Yavuz.

Einsatz bei mobilen Anwendungen

Der Quellmechanismus der Expansionskontraktion löse zwei weitere wichtige Probleme: Erstens können bei der Verwendung von Adsorbentien, die auf einem solchen Mechanismus basieren, unsichere Druckspitzen, die durch Temperaturschwankungen entstehen können, eliminiert werden. Darüber hinaus kann die Kontamination ebenfalls minimiert werden, da das Adsorptionsmittel kontrahiert bleibt, wenn kein Gas gespeichert wird.

Yavuz: “Wir stellen uns eine ganze Reihe neuer Designs und Mechanismen vor, die auf der Grundlage unseres Konzepts entwickelt werden können. Da Erdgas ein viel saubererer Kraftstoff ist als Kohle und Erdöl, werden neue Entwicklungen in diesem Bereich helfen, auf die Verwendung umweltfreundlicherer Kraftstoffe umzusteigen.”

Atilhan sieht die wichtigsten Auswirkungen der Forschungsergebnisse auf die Umwelt: “Der stärkere Einsatz von Erdgas anstelle von Kohle und Erdöl wird die Treibhausgasemissionen deutlich reduzieren. Wir glauben, dass eines Tages Fahrzeuge mit unseren Materialien als Tanks und mit sauberem Erdgaskraftstoff betrieben werden”, fügte er hinzu.

Die Studie wurde am 08.07 in Nature Energy veröffentlicht – der Abstract:

“Adsorbierte-Erdgas-Technologie (ANG) ist eine sinnvolle Alternative zu herkömmlichen Flüssig- oder Druckgasspeichern. Viele verschiedene poröse Materialien wurden für die adsorptive, reversible Methanspeicherung in Betracht gezogen, liegen aber unter den Zielen des US-Energieministeriums (0,5 g g-1, 263 l l-1). Hier stellen wir ein flexibles poröses Polymer aus Benzol und 1,2-Dichlorethan in Kilogrammchargen her, das eine hohe Methanarbeitskapazität von 0,625 g g-1 und 294 l l l-1 im Zyklus zwischen 5 und 100 bar Druck aufweist. Wir sind der Auffassung, dass die Flexibilität eine schnelle Desorption und ein schnelles Wärmemanagement ermöglicht, während die Hydrophobie und die Art des kovalent gebundenen Gerüsts es dem Material ermöglichen, auch schwierige Bedingungen zu verkraften. Das Polymer zeigt auch einen Adsorbatspeichereffekt, wobei ein weniger adsorptives Gas (N2) dem isothermen Profil eines hochkapazitiven Adsorbats (CO2) folgt, was auf die durch die Adsorptionsenthalpie verursachte thermische Ausdehnung zurückzuführen ist. Die hohe Methankapazität und der Memory-Effekt machen flexible poröse Polymere zu vielversprechenden Kandidaten für die ANG-Technologie.”

->Quellen: