Neue Materialien für die Lagerung brennbarer Industriegase
Wie kann ich mehr und besser lagern? So lässt sich die Herausforderung des Transports von brennbaren Gasen zusammenfassen. Um die industrielle Sicherheit zu gewährleisten, müssen diese Gase unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen gehandhabt werden, die keine optimalen Lagerungs- und Freisetzungszyklen zulassen. Bestehende poröse Materialien können das Einfangen bestimmter Gase erleichtern, aber ihre hohe Affinität für diese Moleküle erschwert deren Freisetzung: Ein großer Teil des Gases bleibt dann im Wirtsmaterial eingeschlossen.
Struktur des metallorganischen Gerüsts MOF-508, bestehend aus Kohlenstoff (schwarz), Stickstoff (blau), Sauerstoff (rot) und Zink (grün). Die Flexibilität und der verkettete Charakter dieses Gerüsts sind Schlüsselparameter für die Speicherung von Acetylen.
© François-Xavier Coudert/CNRS
Wissenschaftler haben gerade gezeigt, dass neue patentierte Materialien eine Lösung bieten könnten, indem sie ihre Fähigkeit demonstrierten, Acetylen einzufangen und freizusetzen. Bei einem gegebenen Volumen können sie 90 Mal mehr Acetylen speichern und freisetzen. In diesem Schritt können sogar 77 % des in einer Flasche gespeicherten Gases zurückgewonnen werden - weit mehr als mit den bestehenden porösen Materialien. Und das alles bei Temperatur- und Druckbedingungen, die für industrielle Anwendungen geeignet sind.
Diese Materialien gehören zur Familie der metallorganischen Gerüste (MOFs), die nanoporöse Kristallstrukturen bilden. Die in dieser Arbeit untersuchten MOFs haben die Besonderheit, dass sie flexibel sind und daher zwei Zustände annehmen können: "offen" und "geschlossen", was die Speicherung bzw. Freisetzung von Gas erleichtert. Darüber hinaus können sie so modifiziert werden, dass der Speicher- und Freisetzungsdruck sehr genau gesteuert werden kann, so dass sie für verschiedene industrielle Anforderungen geeignet sind.
Auf der Grundlage dieser Ergebnisse plant das Forscherteam, neue Modifikationen zu testen, um diesen flexiblen MOFs neuartige Eigenschaften zu verleihen, z. B. um die Abscheidung von CO2, Methan oder Wasserstoff zu erleichtern. Ein wichtiges Ziel für die Entwicklung industrieller Anwendungen bleibt die Senkung der Kosten für diese neuen Materialien.
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