Los materiales porosos hacen que el almacenamiento de metano supere los métodos convencionales

Imagínese un futuro en el que los vehículos ya no dependen de la gasolina contaminante, sino que funcionan con gas natural limpio y eficiente.Este cambio podría reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la calidad del aireEl principal componente del gas natural, el metano, es abundante y produce menos dióxido de carbono cuando se quema en comparación con otros combustibles fósiles.El almacenamiento y transporte de metano plantea importantes retosEl metano es resistente a la licuefacción a temperatura ambiente, y el almacenamiento a alta presión conlleva costos sustanciales.

Los científicos están explorando activamente el uso de materiales porosos para adsorber y almacenar metano, una solución que muestra una gran promesa.Este artículo examina los desafíos del almacenamiento de metano y cómo los materiales porosos podrían allanar el camino para un futuro de energía más limpia.

La gasolina, el combustible predominante en el transporte actual, genera sustancialmente contaminantes durante la combustión y la evaporación, incluyendo óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre, monóxido de carbono,y trazas de sustancias cancerígenasEstos contaminantes no sólo amenazan la salud humana, sino que también agravan la degradación del medio ambiente, por lo que la búsqueda de fuentes alternativas de energía limpias y eficientes se ha vuelto urgente.Gas natural, en particular el metano, surge como un sustituto ideal debido a sus vastas reservas, bajo costo y emisiones de dióxido de carbono relativamente más bajas cuando se quema.

Sin embargo, la utilización del metano no es una tarea sencilla: con una temperatura crítica extremadamente baja (191 K) y una presión crítica muy alta (46,6 bar), el metano resiste la licuefacción a temperaturas ambientales.el aumento drástico de los costes de transportePor lo tanto, la búsqueda de métodos de almacenamiento económicos y eficaces se convierte en crucial para la adopción generalizada del gas natural.

Para superar los desafíos del almacenamiento de metano, los investigadores han desarrollado múltiples enfoques, con tres métodos principales que se destacan:

• Gas natural licuado (GNL):El metano se enfría a temperaturas extremadamente bajas (aproximadamente 112 K) para su almacenamiento.Requiere sistemas de refrigeración criogénicos complejos y tiene altos costos.
• Gas natural comprimido (GNC):El metano se almacena a alta presión (alrededor de 200 bar).aumento tanto de los costes de los equipos como de los riesgos de seguridad.
• Gas natural adsorbido (NG):Los materiales porosos como los marcos orgánicos metálicos (MOF) y los marcos orgánicos covalentes (COF) se utilizan para adsorber el metano para su almacenamiento.Este método funciona a presiones más bajas (1-300 bar) y temperaturas (7-298 K) sin requerir una entrada de energía adicional, por lo que es una solución muy prometedora.

En comparación con el GNC, que requiere compressores caros de varias etapas y tanques pesados de alta presión, y el GNL, que depende de sistemas criogénicos complejos,El almacenamiento de ANG con materiales porosos parece ser la solución más viable a corto plazoFunciona bajo condiciones de presión y temperatura razonables sin requerimientos de energía adicionales, ofreciendo una mayor viabilidad económica.

Los marcos metal-orgánicos (MOF) son materiales porosos cristalinos compuestos de iones metálicos y enlaces orgánicos que forman estructuras de red periódicas.tamaños y estructuras de poros sintonizables, y fácil funcionalidad, por lo que son muy versátiles para aplicaciones en almacenamiento de gas, separación y catálisis.

La interacción entre los MOF y el metano es moderada, lo que permite el almacenamiento de metano a temperatura ambiente y a presiones relativamente altas.Esto significa que el almacenamiento efectivo de metano puede lograrse en condiciones cercanas al ambiente., reduciendo el consumo de energía y los costes de los equipos.

En 2015, Eddaoudi y sus colegas informaron de un material MOF llamado Alsoc-MOF-1 para almacenamiento de metano.42 g/g y una capacidad de trabajo (5-65 bar) de 0.37 g/g, lo que indica un buen rendimiento de almacenamiento de metano.

En general, el desarrollo de MOFs con tamaños de poro adecuados e incorporando grupos o sitios funcionales puede mejorar su capacidad volumétrica de metano.Los MOF con mayores volúmenes de poros y superficies tienden a exhibir mayores capacidades de metano gravimétricoEsto sugiere que mediante el diseño cuidadoso y la síntesis de MOF con estructuras y funcionalidades específicas, sus capacidades de almacenamiento de metano pueden mejorarse aún más.

Los marcos orgánicos covalentes (COF) son materiales porosos cristalinos construidos a partir de elementos ligeros (como B, C, O, H y Si) conectados por fuertes enlaces covalentes.Los COF presentan grandes superficiesLos COF poseen densidades extremadamente bajas, clasificándose entre los materiales cristalinos menos densos conocidos (tan bajos como 0,17 g/cm3).Esto da a los COF una ventaja única en el almacenamiento de gas, especialmente en aplicaciones en las que los materiales ligeros son esenciales.

En general, los COF tridimensionales (3D) superan a los COF bidimensionales (2D) en la adsorción de metano debido a sus estructuras de poros más complejas y a sus volúmenes de poros más grandes.que proporcionan más sitios de adsorción de metano.

Por ejemplo, el 3D COF-102 tiene un volumen de poro de 1,55 cm3/g, mientras que el COF-103 tiene 1,54 cm3/g. Bajo condiciones de 35 bar y 298 K, exhiben capacidades de adsorción de metano a alta presión de 187 mg/g (18.7%) y 175 mg/g (17En contraste, el COF-2D-5, con un volumen de poro de 1,07 cm3/g, muestra una capacidad de adsorción de metano de 89 mg/g (8,9% en peso) en las mismas condiciones.el más alto entre los COF 2D.

Estos hallazgos ponen de relieve el potencial significativo de los COF para el almacenamiento de metano, particularmente en condiciones de alta presión.Diseñando y sintetizando COF con estructuras y funcionalidades porosas específicas, sus capacidades de almacenamiento de metano pueden mejorarse aún más para aplicaciones prácticas.

• Mejora de la capacidad de adsorción:Si bien los MOF y COF existentes demuestran una notable adsorción de metano, hay un margen de mejora considerable.volúmenes de poros más grandes, y una mayor afinidad con el metano.
• Mejora de la estabilidad:Algunos MOF y COF son propensos a descomponerse en ambientes húmedos o ácidos, lo que limita sus aplicaciones prácticas.
• Reducción de los costos:Los costes actuales de síntesis de MOF y COF siguen siendo relativamente altos, lo que dificulta su adopción a gran escala.

A pesar de estos desafíos, los continuos avances en ciencia y tecnología sugieren que los MOF y los COF desempeñarán un papel cada vez más vital en el almacenamiento de metano.Pueden convertirse en componentes clave de los futuros sistemas de energía limpia, contribuyendo al desarrollo sostenible.

El metano es una fuente de energía alternativa limpia y eficiente con un gran potencial.El uso de materiales porosos como MOFs y COFs para adsorber metano presenta una solución muy prometedoraA través de la investigación y el desarrollo en curso, los obstáculos existentes pueden superarse, lo que permite un almacenamiento y una utilización eficientes del metano, un paso crucial hacia un futuro energético más limpio y sostenible.