Schémas montrant la méthode de stockage de l'hydrogène dans un hydrate de gaz naturel utilisant une méthode de substitution et une méthode de stockage directement de la glace à un hydrate d'hydrogène-gaz naturel. Crédit :KAIST
Un mélange hydrogène-gaz naturel (HNGB) ne peut changer la donne que s'il peut être stocké en toute sécurité et utilisé comme une ressource énergétique propre et durable. Une étude récente a suggéré une nouvelle stratégie de stockage stable de l'hydrogène, en utilisant le gaz naturel comme stabilisateur. La recherche a proposé une synthèse pratique basée sur un modulateur en phase gazeuse de HNGB sans générer de déchets chimiques après dissociation pour le service immédiat.
L'équipe de recherche du professeur Jae Woo Lee du Département de génie chimique et biomoléculaire en collaboration avec le Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) a démontré que la synthèse basée sur le modulateur de gaz naturel conduit à une pression de synthèse considérablement réduite simultanément à la formation de clusters d'hydrogène. dans les cages nanoporeuses confinées d'hydrates de clathrate. Cette approche minimise l'impact environnemental et réduit les coûts d'exploitation puisque les hydrates de clathrate ne génèrent aucun déchet chimique dans les processus de synthèse et de décomposition.
Pour un stockage et un transport efficaces de l'hydrogène, de nombreux matériaux ont été étudiés. Entre autres, les hydrates de clathrate offrent des avantages distincts. Les hydrates de clathrate sont des composés d'inclusion nanoporeux composés d'un réseau 3-D de cages polyédriques constituées de molécules d'eau « hôte » liées par de l'hydrogène et de molécules de gaz ou de liquide « invité » capturées.
Dans cette étude, l'équipe de recherche a utilisé deux gaz, méthane et éthane, qui ont des conditions d'équilibre inférieures par rapport à l'hydrogène en tant que stabilisants thermodynamiques. Par conséquent, ils ont réussi à stocker de manière stable le composé hydrogène-gaz naturel dans des hydrates. Selon le rapport de composition du méthane et de l'éthane, des hydrates de structure I ou II peuvent être formés, les deux peuvent stocker de manière stable l'hydrogène-gaz naturel dans des conditions de basse pression.
Hydrates d'hydrogène-gaz naturel synthétisés et dissociés artificiellement. Les spectres Raman des hydrates sI et sII accordés montrant les amas d'hydrogène dans chaque cage. Crédit :KAIST
L'équipe de recherche a découvert que deux molécules d'hydrogène sont stockées dans de petites cages dans une structure adaptée I hydrates, tandis que jusqu'à trois molécules d'hydrogène peuvent être stockées dans des cages petites et grandes dans des hydrates de structure II accordés. Les hydrates peuvent stocker du gaz jusqu'à environ 170 fois son volume et le gaz naturel utilisé comme stabilisateurs thermodynamiques dans cette étude peut également être utilisé comme source d'énergie.
L'équipe de recherche a développé une technologie pour produire des hydrates à partir de glace, produit des hydrates d'hydrogène-gaz naturel par substitution, et ont observé avec succès que le phénomène d'accord ne se produit que lorsque l'hydrogène est impliqué dans la formation d'hydrates dès le départ pour les deux structures d'hydrates.
Ils s'attendent à ce que les résultats puissent être appliqués non seulement à un matériau de stockage de gaz écoénergétique, mais aussi une plateforme intelligente pour utiliser les mélanges d'hydrogène et de gaz naturel, qui peut servir de nouvelle source d'énergie alternative avec des teneurs en hydrogène ciblées en concevant des voies de synthèse d'hydrates de gaz mixtes.
La recherche a été publiée en ligne dans Matériaux de stockage d'énergie le 6 juin, avec le titre "Formation en une étape de clusters d'hydrogène dans des hydrates de clathrate stabilisés via un mélange de gaz naturel."
Le professeur Lee a dit, « HNGB utilisera l'infrastructure de gaz naturel existante pour le transport, il est donc très probable que nous puissions commercialiser ce système d'hydrate. Nous étudions les performances cinétiques à travers une stratégie de suivi pour augmenter le volume de stockage de gaz.
