Esquemas que muestran el método de almacenamiento de hidrógeno en un hidrato de gas natural utilizando un método de sustitución y un método de almacenamiento directamente del hielo a un hidrato de hidrógeno-gas natural. Crédito:KAIST
Una mezcla de hidrógeno y gas natural (HNGB) puede cambiar las reglas del juego solo si puede almacenarse de manera segura y usarse como un recurso de energía limpia y sostenible. Un estudio reciente ha sugerido una nueva estrategia para almacenar hidrógeno de forma estable, utilizando gas natural como estabilizador. La investigación propuso una síntesis práctica basada en moduladores de fase gaseosa de HNGB sin generar residuos químicos después de la disociación para el servicio inmediato.
El equipo de investigación del profesor Jae Woo Lee del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular en colaboración con el Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju (GIST) demostró que la síntesis basada en moduladores de gas natural conduce a una presión de síntesis significativamente reducida simultáneamente con la formación de grupos de hidrógeno. en las jaulas nanoporosas confinadas de hidratos de clatrato. Este enfoque minimiza el impacto ambiental y reduce los costos de operación ya que los hidratos de clatrato no generan ningún desperdicio químico en los procesos de síntesis y descomposición.
Para el almacenamiento y transporte eficientes de hidrógeno, Se han investigado numerosos materiales. Entre otros, Los hidratos de clatrato ofrecen distintos beneficios. Los hidratos de clatrato son compuestos de inclusión nanoporosos compuestos por una red tridimensional de jaulas poliédricas hechas de moléculas de agua 'huésped' unidas por enlaces de hidrógeno y moléculas de gas o líquido 'huésped' capturadas.
En este estudio, el equipo de investigación utilizó dos gases, metano y etano, que tienen condiciones de equilibrio más bajas en comparación con el hidrógeno como estabilizadores termodinámicos. Como resultado, lograron almacenar de manera estable el compuesto de hidrógeno y gas natural en hidratos. Según la proporción de composición de metano y etano, se pueden formar hidratos de estructura I o II, ambos pueden almacenar de forma estable hidrógeno-gas natural en condiciones de baja presión.
Hidratos de hidrógeno-gas natural sintetizados y disociados artificialmente. Los espectros Raman de sI y sII sintonizados se hidratan mostrando los grupos de hidrógeno en cada jaula. Crédito:KAIST
El equipo de investigación descubrió que dos moléculas de hidrógeno se almacenan en pequeñas jaulas en la estructura sintonizada I hidrata, mientras que hasta tres moléculas de hidrógeno pueden almacenarse tanto en jaulas pequeñas como grandes en hidratos de estructura II sintonizados. Los hidratos pueden almacenar gas hasta aproximadamente 170 veces su volumen y el gas natural utilizado como estabilizadores termodinámicos en este estudio también se puede utilizar como fuente de energía.
El equipo de investigación desarrolló tecnología para producir hidratos a partir del hielo, producido hidratos de hidrógeno-gas natural por sustitución, y observó con éxito que el fenómeno de sintonía solo ocurre cuando el hidrógeno está involucrado en la formación de hidratos desde el principio para ambas estructuras de hidratos.
Esperan que los hallazgos se puedan aplicar no solo a un material de almacenamiento de gas energéticamente eficiente, sino también una plataforma inteligente para utilizar mezclas de hidrógeno y gas natural, que puede servir como una nueva fuente de energía alternativa con contenidos de hidrógeno específicos mediante el diseño de rutas sintéticas de hidratos de gas mixtos.
La investigación se publicó en línea en Materiales de almacenamiento de energía el 6 de junio con el título "Formación en un solo paso de grupos de hidrógeno en hidratos de clatrato estabilizados mediante mezcla de gas natural".
El profesor Lee dijo:"HNGB utilizará la infraestructura de gas natural existente para el transporte, por lo que es muy probable que podamos comercializar este sistema de hidratos. Estamos investigando el desempeño cinético a través de una estrategia de seguimiento para aumentar el volumen de almacenamiento de gas.
