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Polymers

Super absorvente absorve metano sob condições brandas

Polímero flexível, poroso “respira” enquanto armazena e libera quantidades recorde de combustível gasoso

by Mitch Jacoby
August 14, 2019 | APPEARED IN VOLUME 97, ISSUE 29

 

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Credit: Nat. Energy
Uma mistura de benzeno, dicloroetano e um catalisador (esquerda) reage rapidamente (centro), produzindo um polímero sólido amorfo, COP-150 (direita), que adsorve reversivelmente o metano.

Acesse todo o conteúdo em português da C&EN em cenm.ag/portuguese.

Um polímero poroso fácil de fazer pode absorver 25% mais de metano do que o valor alvo definido pelo departamento de energia dos EUA para materiais de armazenagem de gás natural, de acordo com um estudo (Nat. Energy 2019, DOI: 10.1038/s41560-019-0427-x). O material que estabeleceu o recorde foi feito a temperatura ambiente em vidraria e ao ar livre a partir de matérias primas que custam menos de USD$1.00/kg.

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Veículos movidos a gás natural, que é predominantemente metano, produzem níveis mais baixos de CO2 e emissões diferentes das produzidas por motores movidos a gasolina e diesel. Mas o alto custo dos tanques de alta pressão necessários para armazenar combustível suficiente para as distâncias práticas de direção - juntamente com o grande espaço necessário para acomodar tanques bulbosos - limita a viabilidade do gás natural comprimido como combustível de transporte, especialmente para carros de passageiros.

Assim, os pesquisadores procuraram sólidos que adsorvem reversivelmente grandes quantidades de metano a pressões moderadas. Em princípio, tanques carregados com absorventes adequados poderiam armazenar mais gás a pressões mais baixas, e poderiam ser projetados para caber no espaço disponível do veículo. Alguns absorventes, por exemplo estruturas metalorgânicas (MOFs), mostraram-se promissores em atingir as metas de armazenamento de metano do DOE—0,5 g de metano por g de material e 263 L de metano por L de material. O novo polímero ultrapassa esses alvos, armazenando reversivelmente metano a 0,625 g/g e 294 L/L, começando a 100 bar e quase 0 °C e então a descer para 5 bar à medida que libera o gás.

Apelidado de COP-150, o novo polímero, que é feito de benzeno e 1,2-dicloroetano, ostenta uma estrutura flexível que permite que o material inche ao absorver o metano e encolha ao liberá-lo. Vepa Rozyyev e Cafer T. Yavuz, do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coréia, Mert Atilhan, da Texas A&M University no Qatar, e colegas de trabalho argumentaram que fabricar polímeros com núcleos aromáticos acoplados através de ligantes de etileno flexíveis produziria absorventes porosos que “respiram.” A equipe fez 29 polímeros. O COP-150, que a equipe testou em um cilindro de gás comercial, foi o de melhor desempenho e mais barato.

“O conceito por trás do material é inteligente”, diz Neil B. McKeown, da Universidade de Edimburgo, especialista em polímeros porosos. Outros pesquisadores estudaram polímeros que se expandem ao absorver solventes. Essa equipe aplicou esse fenômeno ao armazenamento de metano, explica. O truque da equipe foi adaptar o polímero para expandir em uma faixa de pressão apropriada, otimizando a capacidade de trabalho do material, ele observa. “Isso parece muito promissor, no entanto, para uso prático, seria interessante saber quão rápidos são os ciclos de adsorção-dessorção, pois ambos são facilitados pela reorganização significativa da estrutura do polímero.”

Mudar a dependência da sociedade de combustíveis fósseis para alternativas mais verdes, como o hidrogênio, é um grande desafio, diz o especialista em MOF, Omar K. Farha, da Northwestern University. Ele observa que as tecnologias que permitem a alta capacidade de armazenamento de combustíveis gasosos, como o metano, poderiam ser uma ponte para essas energias alternativas mais limpas. No entanto, pressões muito altas ou temperaturas criogênicas são normalmente necessárias para armazenar quantidades práticas de combustíveis gasosos, ressalta Farha. Mas o novo polímero atende às metas do DOE sob condições industrialmente relevantes, “tornando esses materiais absorventes promissores para aplicações de gás natural.”

Essas traduções são parte da colaboração entre C&EN e a Sociedade Brasileira de Química. A versão original (em inglês) deste artigo está disponível aqui.

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