Нанопористые углеродные материалы из смеси соединений (фурфурола, гидрохинона и уротропина) предложили для адсорбции и хранения газа путем щелочной активации ученые Тюменского государственного университета (ТюмГУ) и Индии, сообщает 11 октября пресс-служба вуза.

Результаты исследования методов изготовления и свойств полученного материала ученые опубликовали в статье «Нанопористые углеродные материалы высокой плотности в качестве материала для хранения метана: решение с добавленной стоимостью».

Использование природного газа в качестве моторного топлива, которое началось с 1980-х годов, в настоящее время значительно возросло из-за его дешевизны и экологичности в сравнении с бензином или дизельным топливом. Это поставило на повестку дня необходимость хранения газа в автомобиле в достаточном количестве.

Уплотнение газообразного метана для транспортировки, хранения и эксплуатации транспортным средством возможно либо сжатием его при обычной температуре под высоким давлением — около 20–25 МПа, либо же сжижением при нормальном атмосферном давлении при охлаждении газа до критической температуры, равной -161 °С и хранением в криогенном резервуаре. Оба эти метода достаточно дороги и потенциально представляют серьезную опасность.

Сжатый природный газ используется во всем мире как топливо уже для более миллиона автомобилей. Резервуары для его хранения работают под давлением и могут иметь ограниченную геометрию (как правило, это цилиндр) и иметь достаточно большой вес (≈1 кг/л для стальных резервуаров).

Метан, основная составляющая природного газа, является экологически чистым продуктом сгорания, поэтому перевод транспорта на метан может значительно снизить выбросы загрязняющих веществ, что особенно важно для городов, где качество воздуха стало серьезной проблемой для здоровья.

Ученые работают над созданием таких аккумуляторов газа, которые имели бы адекватную емкость хранения при низком давлении и комнатной температуре. Такими могут стать адсорбционные аккумуляторы.

Поскольку адсорбированный способ хранения природного газа не требует большого давления, он наиболее безопасен. Для того чтобы он был конкурентен сжатому газу, нужен хороший адсорбент. Химики уже доказали, что нанопористые углеродные материалы могут применяться как недорогая альтернатива для хранения природного газа в адсорбированном виде.

Таким нанопористым углеродным материалом является активированный уголь, который широко используется в промышленности и относится к коммерческим адсорбентам. Адсорбенты из активированного угля имеют высокую удельную поверхность и значительный объем микропор (до 2 нм), что делает их подходящими для адсорбции природного газа.

Однако эффективное использование нанопористых углеродных материалов для адсорбции и хранения газа создает необходимость придать микропористому порошку макроскопическую форму (там, где доступный объем хранения ограничен), то есть требуется увеличить плотность упаковки порошка.

Таким образом, одной из основных целей исследования химиков, работающих над созданием адсорбционных аккумуляторов, является минимизация объема пористой структуры (мезо-, макропор и межчастичного пространства), где не происходит адсорбции метана, при сохранении большого объема микропор, в которых он адсорбируется.

Ученые ТюмГу с помощью химической активации приготовили порошкообразный нанопористый углеродный материал и получили из него монолит. Они определили основные характеристики и свойства синтезированных углеродных нанопористых структур, которые показали перспективность их использования для адсорбции и аккумулирования газов.

Полученные учеными результаты для метана могут быть экстраполированы на другие, например, токсичные, газообразные системы, а разработанный нанопористый углеродный материал может применяться как перспективная недорогая альтернатива для их секвестрации (удаления) или хранения.