Специалисты лаборатории сорбционных процессов Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН (ИФХЭ РАН) завершили комплексное исследование промышленного углеродного адсорбента для хранения метана.
Как уточнили в Минобрнауки РФ, работа, выполненная на экспериментальных стендах собственной конструкции, была нацелена на моделирование различных термодинамических режимов заправки, хранения и выдачи природного газа.
Адсорбционное аккумулирование метана — энергоэффективная и безопасная альтернатива хранению топлива в сжатом или сжиженном виде. Принцип метода основан на способности микропор материала притягивать молекулы газа. В порах метан уплотняется до плотности, близкой к плотности жидкости. Это позволяет запасать значительные объемы газа без использования компрессоров высокого давления или криогенных температур. Кроме того, изоляция молекул метана в порах предотвращает образование взрывоопасной смеси с кислородом.
Ключевая проблема при эксплуатации АПГ-систем — изменение температуры адсорбента. При заправке выделяется тепло, нагревающее материал и снижающее его емкость, а при выдаче газа — поглощается, охлаждая его. Поэтому при разработке эффективных накопителей важно не только подобрать сорбент с высокой емкостью, но и прогнозировать его поведение при переменных температурах и давлении.
Чтобы решить эту задачу, ученые провели измерения адсорбционно-кинетических параметров в широком диапазоне температур (от 143К до 333К) и давлений до 20 МПа. Параллельно методом молекулярной динамики исследовалось поведение метана в модельных порах щелевидной формы. Результаты подтвердили: узкие поры (меньше 1,4 нм) отвечают за высокую емкость, плотно удерживая газ, а более широкие (около 2 нм) выполняют роль транспортных каналов, обеспечивающих скорость заправки.
Исследование показало, что оптимальная структура адсорбента зависит от условий эксплуатации. Для транспорта с плавным режимом требуется одно соотношение пор, для работающего в режиме резких нагрузок — другое. Климатические условия также накладывают свои ограничения.
Это очень важно с точки зрения практики, в частности, для проектирования энергоэффективных систем заправки АПГ, в том числе в различных климатических условиях. Мы можем выполнить компьютерный расчет и сразу экспериментировать с режимами, близкими к оптимальным. Это значительно ускоряет и удешевляет создание новых систем
Ценность работы заключается не только в уникальных экспериментальных данных, но и в создании на их основе подходов к прогнозированию адсорбции метана. Разработанные модели позволят инженерам оптимизировать режимы работы аккумуляторов без проведения десятков дорогостоящих натурных испытаний.
Ранее Наука Mail рассказывала, что российские ученые предложили способ безопасно «спрессовать» метан.
