Per aiutare a combattere il riscaldamento globale, un team guidato dal Dr. Mert Atilhan della Texas A&M University e dal Dr. Cafer Yavuz del Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), sta lavorando a un nuovo polimero poroso in grado di immagazzinare il gas naturale in modo più efficace di qualsiasi altro attualmente in uso. La loro ricerca si concentra sul gas naturale adsorbito (ANG), un processo per lo stoccaggio del gas naturale che rappresenta un'alternativa più sicura ed economica al gas naturale compresso e al gas naturale liquefatto.

Il gas naturale brucia in modo più pulito come combustibile, rendendolo un'utile alternativa nei veicoli, e applicazioni come la cottura, riscaldare o far funzionare i generatori. Contiene principalmente metano ed etano, e ha quasi zero emissioni di anidride solforosa e molte meno emissioni di ossido di azoto e particolato. Il gas naturale rilascia anche quasi il 30% in meno di anidride carbonica (la principale causa di gas serra) rispetto al petrolio e il 43% in meno rispetto al carbone.

"Attualmente stiamo affrontando gravi problemi legati al riscaldamento globale dovuto all'uso eccessivo di carbone e petrolio, "ha detto Atilhan. "Il gas naturale è una fonte molto più pulita e c'è una quantità abbondante di gas in esplorazione negli Stati Uniti, nel Mar Mediterraneo e altrove in tutto il mondo. Se il gas naturale può essere stoccato in modo efficace, può essere utilizzato facilmente, anche in zone remote. Abbiamo grandi aspirazioni ad utilizzare questi materiali anche in applicazioni veicolari, che è una delle principali cause del riscaldamento globale".

I gas adsorbiti raccolgono il gas condensato da una superficie. Questi gas leggeri hanno una pressione di vapore molto elevata a temperatura ambiente, e il loro stoccaggio richiede una compressione ad alta pressione, sistemi adsorbenti (sostanza solida che assorbe un'altra sostanza) o un'estrema riduzione della temperatura. Nel processo ANG, il gas naturale si adsorbe in un adsorbente poroso a pressione relativamente bassa (da 100 a 900 psi) e temperatura ambiente, risolvendo sia i problemi di alta pressione che di bassa temperatura.

Atilhan e Yavuz collaborano dal 2008 allo sviluppo di nuovi materiali per la cattura e la separazione del gas. Negli ultimi anni hanno studiato in modo specifico lo stoccaggio del gas naturale in nuovi materiali a base porosa. Il team si è concentrato sui meccanismi di rigonfiamento dei polimeri di rete. L'idea sarebbe quella di pressurizzare il gas naturale sul sorbente in modo che si espanda e impieghi molto. Durante il consumo (desorbimento), il polimero rigonfio rilascerebbe il gas fino a sgonfiarsi completamente.

"Con questo lavoro, stiamo introducendo un nuovo materiale a base plastica in grado di immagazzinare il gas naturale in modo molto efficace, " ha detto Atilhan. "Abbiamo battuto il record mondiale per lo stoccaggio di gas naturale e superato ben al di sopra dell'obiettivo per i materiali per essere considerati fattibili, che è determinato dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE). Eppure ha un costo di produzione molto basso, il che rende ancora più attraente l'utilizzo in applicazioni diffuse."

"Abbiamo esaminato la progettazione di un adsorbente ANG da una prospettiva diversa, la maggior parte della ricerca è focalizzata sull'innalzamento del limite superiore, la capacità totale introducendo più volume dei pori, " disse Yavuz, aggiungendo che il volume maggiore dei pori significava anche più gas residuo poiché rimane comodamente immagazzinato anche se la pressione scendeva al di sotto della pressione minima del serbatoio necessaria per un veicolo. "Noi abbiamo detto, 'Assicuriamoci che il materiale poroso spreme tutto quando viene desorbito alla pressione minima.'"

Questo meccanismo di espansione/contrazione risolve anche alcuni problemi di ANG. Come risulta, tutti gli adsorbenti si riscaldano a contatto con il gas e questo causa problemi di ogni genere, per non parlare dei nuovi rischi per la sicurezza.

Atilhan ha detto che avendo l'energia di rilascio dell'adsorbente espandendosi, stanno risolvendo molti problemi contemporaneamente. Mantenendo l'adsorbente non riscaldato, ottengono le massime prestazioni. E poiché la gestione termica è una caratteristica di progettazione assolutamente critica nell'ingegneria dei sistemi di alimentazione, eliminano eventuali picchi di pressione pericolosi che potrebbero verificarsi perché le oscillazioni di temperatura e la contaminazione sono ridotte al minimo poiché l'adsorbente rimane contratto quando non viene immagazzinato gas.

Per far avanzare velocemente i controlli di fattibilità sulla loro tecnologia, il team ha iniziato a lavorare su bombole di gas reali.

"I risultati di laboratorio sono stati ottimi, ma hai sempre questa domanda ipotetica quando si tratta di spingere la tua tecnologia nella vita reale, " ha detto Vepa Rozyyev, il primo autore di un articolo pubblicato su Energia della natura sulla ricerca, che da allora si è trasferito da KAIST all'Università di Chicago per un dottorato di ricerca. Ha detto che per testarlo sono andati a una stazione di servizio e hanno attaccato l'ugello pressurizzato su un cilindro pieno del loro adsorbente. Il loro materiale ha battuto i migliori esempi industriali e letterari di almeno il 20 percento. Ha anche segnato la prima volta che uno studio ha mai fatto questo tipo di test sul campo.

Il team è entusiasta delle prospettive e delle possibilità che questo lavoro introdurrà. "Questo è solo l'inizio, " ha detto Yavuz. "Prevediamo tutta una serie di nuovi design e meccanismi basati sul nostro concetto. Poiché il gas naturale è un combustibile molto più pulito del carbone, i nuovi sviluppi in questo ambito aiuteranno a passare a combustibili meno inquinanti".

Atilhan concorda che l'impatto più importante della loro ricerca è sull'ambiente. Ha affermato che ridurre le emissioni gassose tossiche utilizzando il gas naturale più del carbone o del petrolio ridurrà significativamente le emissioni di gas serra emesse da varie fonti.

"Aiuterà anche a ridurre i costi operativi spesi per le operazioni di cattura del gas acido/acido poiché proponiamo di immagazzinare una fonte di carburante molto più pulita e sostituire l'attuale stato dell'arte con questi materiali per lo stoccaggio del carburante, " ha detto. "Crediamo che un giorno potremmo vedere veicoli equipaggiati con i nostri materiali alimentati da una fonte di carburante più pulita:il gas naturale".