日本信州大學與長崎大學、西班牙的安利坎特大學(University of Alicante)以及英國Morgan Advanced Materials等組成的研發團隊,開發出可在常壓下保存高密度甲烷的技術。這項技術係以石墨烯覆蓋有大量細孔、可拉住甲烷分子的碳粒製作出「石墨烯閥」,充當熱控鎖(Thermally Controllable Lock)並以此密封高密度甲烷。相較於現行使用高壓氣瓶壓縮甲烷的做法,新技術可望在潔淨能源甲烷的儲存與運輸方面實現更高的節能性與空間效率。
甲烷分子具有被奈米孔洞吸附的特性,因此目前已有利用高壓鋼瓶實現的「吸附式天然氣儲存法(ANG法)」相關研究。然而,ANG法尚有在甲烷儲存過程中會發熱,導致鋼瓶內溫度上升,部分甲烷釋放,進而導致壓力進一步上升的技術課題待解決。
此次研究利用石墨烯在高溫下運動會變得活潑、低溫下會收斂的特性,開發出以石墨烯塗佈於碳材料的孔洞入口,藉此封存高密度甲烷的手法。在含有高密度甲烷的狀態下,研究團隊將新開發的「石墨烯閥」加熱200℃,促此石墨烯的活動加劇、細孔打開並讓甲烷進入到細孔內。然後在此狀態下降溫,石墨烯的活動收斂、靜止後,細孔封閉而成功封存甲烷。
實驗證明,封存後的高壓甲烷至少可以穩定保存2週不會釋出,且確認在高安全性的35氣壓條件下,其儲存容量超過所有其他具孔洞結構材料。
此項技術可望應用於各種形狀之天然氣儲存匣盒(Cartridge)的開發,並活用碳粒子直徑僅約1 mm的特性,實現更小型化的天然氣儲存裝置開發。