Pour lutter contre le réchauffement climatique, une équipe dirigée par le Dr Mert Atilhan de la Texas A&M University et le Dr Cafer Yavuz du Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), travaille sur un nouveau polymère poreux capable de stocker le gaz naturel plus efficacement que tout ce qui est actuellement utilisé. Leurs recherches portent sur le gaz naturel adsorbé (ANG), un procédé de stockage de gaz naturel qui est une alternative plus sûre et moins chère au gaz naturel comprimé et au gaz naturel liquéfié.

Le gaz naturel brûle plus proprement comme combustible, ce qui en fait une alternative utile dans les véhicules, et des applications telles que la cuisine, chauffer ou faire fonctionner des générateurs. Il contient principalement du méthane et de l'éthane, et a presque zéro émission de dioxyde de soufre et beaucoup moins d'émissions d'oxyde d'azote et de particules. Le gaz naturel libère également près de 30 pour cent de moins de dioxyde de carbone (la principale cause de gaz à effet de serre) que le pétrole et 43 pour cent de moins que le charbon.

"Actuellement, nous sommes confrontés à de graves problèmes liés au réchauffement climatique en raison de l'utilisation excessive de charbon et de pétrole, " a déclaré Atilhan. " Le gaz naturel est une source beaucoup plus propre et il y a une quantité abondante de gaz en cours d'exploration aux États-Unis, la mer Méditerranée et ailleurs dans le monde. Si le gaz naturel peut être stocké efficacement, il peut être utilisé facilement, même dans les régions éloignées. Nous aspirons également à utiliser ces matériaux dans des applications véhiculaires, qui est l'une des principales causes du réchauffement climatique."

Les gaz adsorbés collectent le gaz condensé d'une surface. Ces gaz légers ont une pression de vapeur très élevée aux températures ambiantes, et leur stockage nécessite soit une compression haute pression, systèmes adsorbants (substance solide qui adsorbe une autre substance) ou une réduction extrême de la température. Dans le processus ANG, le gaz naturel s'adsorbe sur un adsorbant poreux à une pression relativement basse (100 à 900 psi) et à température ambiante, résoudre à la fois les problèmes de haute pression et de basse température.

Atilhan et Yavuz collaborent depuis 2008 au développement de nouveaux matériaux pour le captage et la séparation des gaz. Au cours des dernières années, ils se sont particulièrement intéressés au stockage du gaz naturel dans de nouveaux matériaux à base poreuse. L'équipe s'est concentrée sur les mécanismes de gonflement des polymères en réseau. L'idée serait de pressuriser le gaz naturel sur le sorbant pour qu'il se dilate et prenne beaucoup. Lors de la consommation (désorption), le polymère gonflé libérerait le gaz jusqu'à ce qu'il se dégonfle complètement.

"Avec ce travail, nous introduisons un nouveau matériau à base de plastique qui permet de stocker très efficacement le gaz naturel, " a déclaré Atilhan. " Nous avons battu le record du monde de stockage de gaz naturel et dépassé largement l'objectif de matériaux afin d'être considéré comme faisable, qui est déterminé par le Département américain de l'énergie (DOE). Pourtant, il a un coût de production très bon marché, ce qui le rend encore plus attrayant pour l'utiliser dans des applications répandues."

« Nous avons envisagé de concevoir un adsorbant ANG sous un angle différent, la plupart des recherches se concentrent sur l'augmentation de la limite supérieure, la capacité totale en introduisant plus de volume de pores, " dit Yavuz, ajoutant que le volume de pores plus important signifiait également plus de gaz restant car il reste confortablement stocké même si la pression est inférieure à la pression minimale du réservoir nécessaire à un véhicule. "Nous l'avons dit, « Assurons-nous que le matériau poreux se comprime complètement lorsqu'il est désorbé à la pression minimale. »

Ce mécanisme d'expansion/contraction résout également certains problèmes de GNA. Comme il s'avère, tous les adsorbants s'échauffent au contact du gaz et cela provoque toutes sortes de problèmes, sans parler des nouveaux risques pour la sécurité.

Atilhan a dit qu'en faisant en sorte que l'adsorbant libère de l'énergie en se dilatant, ils résolvent de nombreux problèmes à la fois. En gardant l'adsorbant non chauffé, ils obtiennent les performances maximales. Et puisque la gestion thermique est une caractéristique de conception absolument critique dans l'ingénierie des systèmes de carburant, ils éliminent les pics de pression dangereux qui pourraient survenir car les variations de température et la contamination sont minimisées puisque l'adsorbant reste contracté lorsqu'aucun gaz n'est stocké.

Pour accélérer les vérifications de faisabilité de leur technologie, l'équipe a commencé à travailler sur de vraies bouteilles de gaz.

« Les résultats du laboratoire étaient excellents, mais vous avez toujours cette question de savoir si quand il s'agit de déployer votre technologie dans la vraie vie, " a déclaré Vepa Rozyyev, le premier auteur d'un article publié dans Énergie naturelle sur la recherche, qui a depuis déménagé de KAIST à l'Université de Chicago pour un doctorat. Il a dit que pour le tester, ils se sont rendus dans une station-service et ont collé la buse sous pression sur un cylindre rempli de leur adsorbant. Leur matériel a battu les meilleurs exemples industriels et littéraires d'au moins 20 pour cent. C'était également la première fois qu'une étude effectuait ce type de test sur le terrain.

L'équipe est enthousiasmée par les perspectives et les possibilités que ce travail apportera. "Ce n'est que le début, " a déclaré Yavuz. " Nous envisageons toute une série de nouveaux modèles et mécanismes basés sur notre concept. Le gaz naturel étant un combustible beaucoup plus propre que le charbon, de nouveaux développements dans ce domaine aideront à passer à des carburants moins polluants."

Atilhan convient que l'impact le plus important de leurs recherches est sur l'environnement. Il a déclaré que la réduction des émissions de gaz toxiques en utilisant davantage le gaz naturel que le charbon ou le pétrole réduira considérablement les émissions de gaz à effet de serre émises par diverses sources.

« Cela contribuera également à réduire les coûts d'exploitation consacrés aux opérations de capture des gaz acides / acides, car nous proposons de stocker une source de carburant beaucoup plus propre et de remplacer l'état de l'art actuel par ces matériaux pour le stockage du carburant, ", a-t-il déclaré. "Nous pensons qu'un jour, nous pourrions voir des véhicules équipés de nos matériaux et alimentés par une source de carburant plus propre, le gaz naturel."