Material Berpori Memajukan Penyimpanan Metana Melampaui Metode Konvensional

Bayangkan masa depan di mana kendaraan tidak lagi bergantung pada bensin yang mencemari tetapi menggunakan gas alam yang bersih dan efisien.Pergeseran ini dapat secara signifikan mengurangi emisi gas rumah kaca dan meningkatkan kualitas udaraKomponen utama gas alam, metana, berlimpah dan menghasilkan lebih sedikit karbon dioksida bila dibakar dibandingkan dengan bahan bakar fosil lainnya.penyimpanan dan transportasi metana menimbulkan tantangan yang signifikanHal ini tahan kecairan pada suhu kamar, dan penyimpanan tekanan tinggi datang dengan biaya yang cukup besar.

Para ilmuwan secara aktif mengeksplorasi penggunaan bahan berpori untuk menyerap dan menyimpan metana, solusi yang sangat menjanjikan.Artikel ini membahas tantangan penyimpanan metana dan bagaimana bahan-bahan berpori dapat membuka jalan bagi masa depan energi yang lebih bersih.

Bensin, bahan bakar dominan dalam transportasi saat ini menghasilkan polutan yang substansial selama pembakaran dan penguapan, termasuk nitrogen oksida, sulfur oksida, karbon monoksida,dan jumlah jejak bahan kimia karsinogenik. polutan ini tidak hanya mengancam kesehatan manusia tetapi juga memperburuk degradasi lingkungan. akibatnya, pencarian sumber energi alternatif yang bersih dan efisien menjadi mendesak.Gas alam, terutama metana, muncul sebagai pengganti yang ideal karena cadangan yang luas, biaya rendah, dan emisi karbon dioksida yang relatif lebih rendah ketika dibakar.

Dengan suhu kritis yang sangat rendah (191 K) dan tekanan kritis yang tinggi (46,6 bar), metana tahan terhadap kecairan pada suhu lingkungan,meningkatnya biaya transportasi secara dramatisDengan demikian, menemukan metode penyimpanan yang ekonomis dan efektif menjadi penting untuk adopsi gas alam yang luas.

Untuk mengatasi tantangan penyimpanan metana, para peneliti telah mengembangkan beberapa pendekatan, dengan tiga metode utama yang menonjol:

• Gas alam cair (LNG):Metana didinginkan ke suhu yang sangat rendah (sekitar 112 K) untuk penyimpanan.membutuhkan sistem pendinginan kriogenik yang kompleks dan datang dengan biaya tinggi.
• Gas alam terkompresi (CNG):Metana disimpan di bawah tekanan tinggi (sekitar 200 bar).Meningkatkan biaya peralatan dan risiko keamanan.
• Gas alam yang diserap (ANG):Bahan berpori seperti rangka logam-organik (MOF) dan rangka organik kovalen (COF) digunakan untuk menyerap metana untuk penyimpanan.Metode ini bekerja pada tekanan rendah (1-300 bar) dan suhu (7-298 K) tanpa memerlukan input energi tambahan, membuatnya menjadi solusi yang sangat menjanjikan.

Dibandingkan dengan CNG, yang membutuhkan kompresor multi-tahap yang mahal dan tangki tekanan tinggi yang berat, dan LNG, yang bergantung pada sistem kriogenik yang kompleks,Penyimpanan ANG menggunakan bahan berpori tampaknya merupakan solusi jangka pendek yang paling layakIa beroperasi dalam kondisi tekanan dan suhu yang wajar tanpa kebutuhan energi tambahan, menawarkan kelayakan ekonomi yang lebih besar.

Kerangka kerja logam-organik (MOF) adalah bahan berlubang kristal yang terdiri dari ion logam dan penghubung organik yang membentuk struktur jaringan periodik.ukuran dan struktur pori yang dapat disesuaikan, dan fungsionalitas yang mudah, membuat mereka sangat serbaguna untuk aplikasi dalam penyimpanan gas, pemisahan, dan katalisis.

Interaksi antara MOF dan metana sedang, memungkinkan penyimpanan metana pada suhu kamar dan tekanan yang relatif tinggi.Ini berarti penyimpanan metana yang efektif dapat dicapai di bawah kondisi sekitar., mengurangi konsumsi energi dan biaya peralatan.

Pada tahun 2015, Eddaoudi dan rekan-rekannya melaporkan bahan MOF yang disebut Alsoc-MOF-1 untuk penyimpanan metana.42 g/g dan kapasitas kerja (5-65 bar) 0.37 g/g, menunjukkan kinerja penyimpanan metana yang kuat.

Secara umum, mengembangkan MOF dengan ukuran pori yang tepat dan menggabungkan kelompok fungsional atau situs dapat meningkatkan kapasitas metana volumetrik mereka.MOF dengan volume pori dan luas permukaan yang lebih besar cenderung menunjukkan kapasitas metana gravimetrik yang lebih tinggiHal ini menunjukkan bahwa melalui desain dan sintesis MOF dengan struktur dan fungsi khusus, kemampuan penyimpanan metana mereka dapat ditingkatkan lebih lanjut.

Kerangka organik kovalen (COF) adalah bahan berlubang kristal yang terbuat dari unsur ringan (seperti B, C, O, H, dan Si) yang dihubungkan oleh ikatan kovalen yang kuat.COF memiliki permukaan yang tinggi, volume pori yang besar, dan struktur pori yang dapat disetel.Hal ini memberikan COFs keuntungan unik dalam penyimpanan gas, terutama dalam aplikasi di mana bahan ringan sangat penting.

Secara umum, COF tiga dimensi (3D) lebih baik daripada COF dua dimensi (2D) dalam penyerapan metana karena struktur pori yang lebih kompleks dan volume pori yang lebih besar,yang menyediakan lebih banyak tempat penyerapan metana.

Misalnya, 3D COF-102 memiliki volume pori 1,55 cm3/g, sedangkan COF-103 memiliki 1,54 cm3/g. Di bawah kondisi 35 bar dan 298 K, mereka menunjukkan kapasitas adsorpsi metana tekanan tinggi 187 mg/g (18.7 wt%) dan 175 mg/g (17Sebaliknya, 2D COF-5, dengan volume pori 1,07 cm3/g, menunjukkan kapasitas adsorpsi metana 89 mg/g (8,9 wt%) dalam kondisi yang sama,tertinggi di antara COF 2D.

Temuan ini menyoroti potensi signifikan COF untuk penyimpanan metana, terutama dalam kondisi tekanan tinggi.Dengan merancang dan mensintesis COF dengan struktur dan fungsi pori tertentu, kemampuan penyimpanan metana mereka dapat ditingkatkan lebih lanjut untuk aplikasi praktis.

• Meningkatkan Kapasitas Adsorpsi:Sementara MOF dan COF yang ada menunjukkan penyerapan metana yang signifikan, ada ruang yang cukup untuk perbaikan.volume pori yang lebih besar, dan afinitas metana yang lebih kuat.
• Meningkatkan Stabilitas:Beberapa MOF dan COF cenderung terurai di lingkungan yang lembab atau asam, membatasi aplikasi praktis mereka.
• Mengurangi Biaya:Biaya sintesis saat ini untuk MOF dan COF tetap relatif tinggi, menghambat adopsi skala besar.

Meskipun ada tantangan ini, kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi yang berkelanjutan menunjukkan bahwa MOF dan COF akan memainkan peran yang semakin penting dalam penyimpanan metana.Mereka bisa menjadi komponen kunci dalam sistem energi bersih di masa depan, berkontribusi terhadap pembangunan berkelanjutan.

Metana adalah sumber energi alternatif yang bersih dan efisien dengan potensi besar.Menggunakan bahan berpori seperti MOF dan COF untuk menyerap metana adalah solusi yang sangat menjanjikanMelalui penelitian dan pengembangan yang sedang berlangsung, hambatan yang ada dapat diatasi, memungkinkan penyimpanan dan pemanfaatan metana yang efisien, langkah penting menuju masa depan energi yang lebih bersih dan lebih berkelanjutan.