INVESTIGADORS DISSENYEN UN SISTEMA BASAT EN NANOTECNOLOGIA CAPAÇ DE TRANSPORTAR METÀ A MENOR PRESSIÓ I COST

Sou a: Inici / Actualitat / NOTÍCIES / INVESTIGADORS DISSENYEN UN SISTEMA BASAT EN NANOTECNOLOGIA CAPAÇ DE TRANSPORTAR METÀ A MENOR PRESSIÓ I COST
El material està basat en un sistema organometàl·lic i ofereix una alternativa al transport de gas natural, així com als vehicles que funcionen tant amb el gas com a combustible (turismes, autobusos i vaixells). Algúns dels experiments es van portar a terme a la línea de llum MSPD del Sincrotró ALBA.

IM-MOFs-MSPD

Figura: El panell esquerre mostra l'estructura cristal·lina de l'Cr-soc-MOF-1 amb cavitats plenes de molècules d'aigua i metà, tot determinat a partir de difracció de pols per raigs-X. El panell dret mostra l'espectre de dispersió inelàstica de neutrons per a la mateixa mostra, on el pic corresponent a l'hidrat de metà apareix marcat en color blau.


Cerdanyola del Vallès, 3 d'agost de 2020. Investigadors del Laboratori de Materials  Avançats de la Universitat d'Alacant han aconseguit generar un sistema òptim i de baix cost d'emmagatzematge de metà. En concret, l'equip liderat pel catedràtic de Química Inorgànica de la Universitat d'Alacant, Joaquín Silvestre, ha utilitzat un material MOF (sistema organometàl·lic molt porós) capaç de generar en les seues cavitats les condicions necessàries per a replicar les estructures de gas existents en el fons de la mar, on s'emmagatzemen milions de tones de gas natural confinades dins d’estructures semblants al gel.

Aquest descobriment ofereix una alternativa al transport de gas natural, així com als vehicles que funcionen tant amb gas natural com a combustible, com ara turismes, autobusos i vaixells. Es tracta de cristalls mil·limètrics de gel  que porten dins el gas, és a dir, que l'atrapa i el manté estable.

El principal avantatge d'aquests nanomaterials, explica Silvestre, és que “permeten rebaixar la temperatura fins als dos graus centígrads i la pressió a uns  60 bars”. El gas natural, per a fer-lo  líquid i transportar-lo amb vaixell als diferents països des de l’origen, ha d'estar a 162 graus sota zero i a altes pressions. Per contra, els autobusos de línia que funcionen amb gas comprimit ho fan a 250 bars. El sistema desenvolupat en aquest treball permet salvar aquests dos impediments treballant en condicions més favorables de pressió  i temperatura.

Aquest descobriment, publicat en la prestigiosa revista científica Journal of the American Chemical Society (J. Am. Chem. Soc. o JACS), ha comptat amb la col·laboració d'investigadors de la Universitat King Abdullah (KAUST) de l'Aràbia Saudita , la Universitat Politècnica Mohammed VI del Marroc, el Laboratori Nacional d'Oak  Ridge als EUA i l'accelerador de radiació de Sincrotró  ALBA.

Els investigadors van dur a terme alguns dels experiments en la línia de llum MSPD d'ALBA utilitzant la cel·la capil·lar in situ en combinació amb un control de temperatura precís. L'absorció de metà a través de l'aigua pel material precarregat es va investigar per mitjà d'isotermes d'absorció, dispersió inelàstica de neutrons i difracció en pols in situ de raigs-X sincrotró.

L’experiment es va portar a terme durant l’estat d’alarma a Espanya (mitjans de juny), de manera que les mostres es van enviar a l’ALBA per portar a terme les mesures, tot evitant desplaçaments innecesaris per part dels investigadors.

 

Antecedents dels sistemes organometàl·lics

Els materials MOF es van desenvolupar per primera vegada  a mitjan anys 90 i, fins avui, han demostrat resultats molt prometedors en àrees tan diverses com la captura de CO2, emmagatzematge de metà, purificació d'aigua, sensors i biomedicina, entre d’altres.

Més recentment, estudis dirigits per investigadors de l'Aràbia Saudita han permès sintetitzar nous materials MOF amb una extraordinària capacitat d'adsorbir aigua (fins a 200 vegades el seu pes). “Aquests materials hidroestables han sigut proposats com a sistemes capaços de capturar aigua de l'ambient en zones àrides, per exemple, durant les nits humides en zones costaneres del Mediterrani per a després convertir-la en aigua líquida neta i bevible durant el dia”, explica Joaquín Silvestre.

En aquest sentit, afegeix l'investigador de la UA, “quan vaig descobrir que els meus companys de l'Aràbia Saudita i el Marroc havien dissenyat unes estructures perfectes, capaces d'emmagatzemar eixa quantitat d'aigua en les seues cavitats, els en vaig demanar mostres. Em van enviar dos tipus de materials: un amb un buit molt xicotet i un altre un poc més gran. Comprovem que amb el que és massa xicotet el metà no és capaç de formar el cristall, però amb l'altre un poc més gran sí”.

Amb aquests antecedents, l'estudi liderat per la Universitat d'Alacant ha permès aprofitar eixa gran quantitat d'aigua adsorbida en les cavitats d'aquests nanomaterials MOF per a generar sistemes òptims d'emmagatzematge de metà. Segons l'expert de la UA, “mimetitzant la naturalesa, aquests materials MOF han sigut utilitzats com a nanoreactors per a afavorir el creixement de cristalls aïllats d'hidrats  de metà, de tal forma que cada cavitat de l'estructura matriu contingui un cristall únic de gas hidratat”. 

Gràcies a aquesta aproximació, l'estudi liderat per la UA ha permès incrementar la capacitat d'emmagatzematge de metà en aquests materials més del 50% davant el mateix sistema en base seca i, cosa més important, amb un rang de pressió de càrrega i descàrrega molt reduït. Aquesta característica permet introduir el gas en un contenidor a menor pressió i alliberar-lo baixant eixa pressió.

Amb aquesta baixada, unida al fet que es manté  estable a una temperatura de 2 graus, que és senzilla d'aconseguir, s'abarateixen els costos. A més, assenyala el catedràtic de la UA, “en el cas dels vehicles que funcionen amb gas natural avui dia necessiten un compressor molt potent i car, que només poden permetre's algunes gasolineres, però amb la reducció de la pressió a 60 bars per a l’emmagatzematge n’hi hauria prou amb un compressor domèstic. Ja tenim gas natural a les cases, així que  es podria  carregar el cotxe en el garatge”.

 

Referència: “Quest for an optimal methane hydrates formation in the pores of hydrolytically stable MOFs”, J. Am. Chem. Soc, 2020, DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.0c01459

Enllaç a la noticia original: https://web.ua.es/va/actualidad-universitaria/2020/juliol2020/20-26/investigadors-de-la-ua-dissenyen-un-sistema-basat-en-nanotecnologia-capac-de-transportar-meta-a-menor-pressio-i-cost.html

arxivat sota: , ,