Esquemas mostrando o método de armazenamento para hidrogênio em um hidrato de gás natural usando um método de substituição e método de armazenamento diretamente de gelo para um hidrato de hidrogênio-gás natural. Crédito:KAIST
Uma mistura de hidrogênio-gás natural (HNGB) pode mudar o jogo apenas se puder ser armazenada com segurança e usada como um recurso de energia limpa sustentável. Um estudo recente sugeriu uma nova estratégia para armazenar hidrogênio de maneira estável, usando gás natural como estabilizador. A pesquisa propôs uma síntese prática baseada em modulador em fase gasosa de HNGB sem geração de resíduos químicos após a dissociação para o serviço imediato.
A equipe de pesquisa do Professor Jae Woo Lee do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular em colaboração com o Instituto de Ciência e Tecnologia de Gwangju (GIST) demonstrou que a síntese baseada em modulador de gás natural leva a uma redução significativa da pressão de síntese simultaneamente com a formação de aglomerados de hidrogênio nas gaiolas nanoporosas confinadas de clatratos hidratados. Esta abordagem minimiza o impacto ambiental e reduz os custos de operação, uma vez que os clatratos hidratados não geram nenhum resíduo químico nos processos de síntese e decomposição.
Para o armazenamento e transporte eficientes de hidrogênio, numerosos materiais foram investigados. Entre outros, Os clatratos hidratados oferecem benefícios distintos. Os clatratos hidratados são compostos de inclusão nanoporosos compostos por uma rede 3-D de gaiolas poliédricas feitas de moléculas de água "hospedeiras" ligadas por hidrogênio e gás "convidado" ou moléculas líquidas capturadas.
Neste estudo, a equipe de pesquisa usou dois gases, metano e etano, que têm condições de equilíbrio mais baixas em comparação com o hidrogênio como estabilizadores termodinâmicos. Como resultado, eles conseguiram armazenar de forma estável o composto de hidrogênio-gás natural em hidratos. De acordo com a proporção de composição de metano e etano, hidratos de estrutura I ou II podem ser formados, ambos podem armazenar de forma estável o hidrogênio-gás natural em condições de baixa pressão.
Hidratos de hidrogênio-gás natural sintetizados artificialmente e dissociados. Os espectros Raman de hidrato sI e sII sintonizado mostrando os aglomerados de hidrogênio em cada gaiola. Crédito:KAIST
A equipe de pesquisa descobriu que duas moléculas de hidrogênio são armazenadas em pequenas gaiolas em estrutura sintonizada I hidrata, enquanto até três moléculas de hidrogênio podem ser armazenadas em gaiolas pequenas e grandes em hidratos de estrutura II sintonizados. Os hidratos podem armazenar gás até cerca de 170 vezes seu volume e o gás natural usado como estabilizador termodinâmico neste estudo também pode ser usado como fonte de energia.
A equipe de pesquisa desenvolveu tecnologia para produzir hidratos de gelo, produziu hidratos de hidrogênio-gás natural por substituição, e observou com sucesso que o fenômeno de sintonia ocorre apenas quando o hidrogênio está envolvido na formação de hidratos desde o início para ambas as estruturas de hidratos.
Eles esperam que as descobertas possam ser aplicadas não apenas a um material de armazenamento de gás com eficiência energética, mas também uma plataforma inteligente para utilizar misturas de hidrogênio e gás natural, que pode servir como uma nova fonte de energia alternativa com conteúdo de hidrogênio direcionado, projetando vias sintéticas de hidratos de gases mistos.
A pesquisa foi publicada online em Materiais de armazenamento de energia em 6 de junho, com o título "Formação em uma etapa de aglomerados de hidrogênio em clatratos hidratados estabilizados por meio de mistura de gás natural".
Professor Lee disse, "O HNGB utilizará a infraestrutura de gás natural existente para transporte, então é muito provável que possamos comercializar esse sistema de hidrato. Estamos investigando o desempenho cinético por meio de uma estratégia de acompanhamento para aumentar o volume de armazenamento de gás.
