ابداع ماده ای یخ‌همانند که گاز متان را در ۲ دقیقه‌ به دام می‌اندازد و ایمن تر و کارآمدتر آنرا ذخیره می کند_آینده

یک ماده یخ‌همانند تازه، پتانسیل ذخیره‌سازی ایمن‌تر، تمیزتر و کارآمدتر گاز طبیعی و بیومتان را از خود نشان داده است.

به نقل از آی‌ای، محققان دانشگاه ملی سنگاپور(NUS) یک ماده یخی قابل منفعت گیری مجدد و زیست‌تخریب‌پذیر به نام «یخ اصلاح‌شده با اسید آمینه» تشکیل کرده‌اند.

دلنشین اینجاست که آزمایش‌ها نشان داد این ماده در نزدیک به ۲ دقیقه به ۹۰ درصد ظرفیت خود رسید که در قیاس با سیستم‌های معمولی که ساعت‌ها طول می‌کشند، افزایش شدت زیاد بسیاری است.

پروفسور پراوین لینگا(Praveen Linga)، محقق ارشد این مطالعه او گفت: گاز طبیعی و بیومتان، اجزای مهمی در ترکیب انرژی امروزی می باشند، اما ذخیره‌سازی و انتقال آنها زمان‌ها است که به راه حلهایی متکی بوده است که یا پرهزینه می باشند یا کربن بسیاری تشکیل می‌کنند.

او گفت: آنچه ما نشان می‌دهیم، یک مسیر ساده و زیست‌تخریب‌پذیر است که هم می‌تواند به شدت کار کند و هم قابل منفعت گیری مجدد باشد. این روش، ذخیره‌سازی گاز را ایمن‌تر، سبزتر و سازگارتر می‌کند.

ذخیره‌سازی سریع تر

راه حلهای جاری برای ذخیره‌سازی گاز طبیعی در مقیاس بزرگ، چه تحت سختی بالا و چه سرد شده تا دمای منفی ۱۶۲ درجه سانتی‌گراد (گاز طبیعی مایع)، انرژی‌بر و پرهزینه می باشند.

یک تکنیک ذخیره‌سازی جانشین به نام «گاز طبیعی منجمد شده»، متان را در یک ساختار یخ‌همانند که به گفتن هیدرات(hydrate) شناخته می‌شود، به دام می‌اندازد، اما این فرآیند عموماً برای کاربردهای در مقیاس بزرگ، زیاد کند است.

این تیم با انجماد آب با مقدار مقداری از اسیدهای آمینه طبیعی (واحدهای سازنده پروتئین‌ها ) یک راه‌حل ساده اشکار کرد و نشان داد که «یخ اصلاح‌شده با اسید آمینه» به شدت گاز متان را در عرض چند دقیقه جذب می‌کند.

آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان داد که یخ اصلاح‌شده با اسید آمینه به شدت به یک جامد سفید و منبسط شده تبدیل شد که مشخص می کند راه اندازی هیدرات متان رخ داده است.

مسئله قابل دقت این است که ظرفیت ذخیره‌سازی این ماده ۳۰ برابر زیاد تر از یخ ساده می بود که در مقداری بیشتر از دو دقیقه به دست آمد.

تحول در خواص سطح یخ که توسط اسیدهای آمینه هدایت می‌شود، همان چیزی است که جذب گاز را زیاد سریع می‌کند.

اسیدهای آمینه آبگریز(همانند تریپتوفان) علتتشکیل لایه‌های مایع ریز زمان تزریق متان خواهد شد. این لایه‌ها سطحی ایده‌آل برای رشد کریستال‌های هیدرات فراهم می‌کنند و ساختاری متخلخل و اسفنجی‌شکل تشکیل می‌کنند که به شدت گاز را جذب می‌کند.

در روبه رو، یخ ساده یک لایه متراکم راه اندازی می‌دهد که مانع از انتشار کردن متان به داخل می‌شود و در نتیجه روال را کند می‌کند.

مرحله اثبات مفهوم

این تیم این چنین از «طیف‌سنجی رامان» برای فهمیدن این فرآیند در سطح مولکولی منفعت گیری کرد و مشاهده شد که متان به شدت و به طور موثر در دو نوع قفس هیدرات میکروسکوپی با بیشتر از ۹۰ درصد اشغال، جمع می‌شود.

دکتر یه ژانگ(Ye Zhang)، نویسنده مهم این مطالعه او گفت: این به ما شواهد مستقیمی می‌دهد که اسیدهای آمینه نه تنها فرآیند را شدت می‌بخشند، بلکه به متان اجازه خواهند داد تا به طور موثر در قفس‌های هیدرات جمع شود.

اگرچه این ماده اکنون در مرحله اثبات مفهوم است، اما کارکرد زیاد امیدوارکننده‌ای را نشان داده و در دماهای نزدیک به انجماد و فشارهای متوسط، از نظر شدت و ظرفیت ذخیره‌سازی متان، از مواد متخلخل پیشرفته (همانند چارچوب‌های فلزی-آلی و زئولیت‌ها) پیشی گرفت.

این سیستم به علت قابلیت منفعت گیری مجدد و پایداری، زیاد مورد قیمت است.

از آنجایی که اسیدهای آمینه، زیست‌تخریب‌پذیر می باشند، از خطرات مرتبط با سورفکتانت‌های شیمیایی جلوگیری می‌کنند. این روش در زمان آزادسازی گاز کف تشکیل نمی‌کند. علاوه بر این، این ماده امکان آزادسازی متان را در صورت نیاز از طریق گرمایش ملایم فراهم می‌کند. بعد از آن، یخ را می‌توان مجدد منجمد کرد و در یک چرخه حلقه بسته، مجدد منفعت گیری کرد. این رویکرد به اختصاصی برای ذخیره بیومتان تجدیدپذیر از منبع های کوچکتر دلنشین است.

این تیم اکنون در تلاش است تا این فرآیند را در مقیاس گسترده‌تری انجام دهد، آن را با مخلوط‌های گاز طبیعی آزمایش کند و این تکنیک را برای ذخیره‌سازی دیگر گازها، از جمله کربن دی‌اکسید و هیدروژن تطبیق دهد.

یافته‌های این مطالعه در مجله Nature Communications انتشار شده است.