Система представляет собой аккумулятор природного газа (АПГ). Он устроен в виде ёмкости, заполненной специальным адсорбентом – пористым углеродным материалом. За счёт высокой удельной поверхности адсорбент эффективно удерживает молекулы газа, действуя подобно губке.
Как отмечают исследователи, ключевое преимущество АПГ‑систем – пониженное рабочее давление. В отличие от традиционных цилиндрических баллонов, в которых сжатый природный газ хранится под давлением порядка 20 МПа (около 200 атмосфер), в АПГ‑системах достаточно поддерживать давление на уровне 5–7 МПа. Это снижает механическую нагрузку на корпус ёмкости и позволяет использовать резервуары различной формы, в том числе плоские.
Такие параметры дают возможность более рационально размещать топливную систему в автомобилях. Технология также полезна для распределённого хранения газа – например, на заправочных станциях или промышленных объектах.
«Основная сложность при использовании АПГ – тепловые эффекты. При заправке, когда адсорбент поглощает газ, происходит выделение тепла, из-за чего система нагревается. При выдаче газа, наоборот, происходит охлаждение. Это снижает эффективность системы», – объяснили разработчики.
Чтобы решить проблему, учёные применили систему внешнего жидкостного терморегулирования для управления температурой внутри аккумулятора и разработали специальную конструкцию бака с внутренними перегородками для лучшего отвода тепла. Для тестирования решений исследователи изготовили масштабируемый аккумулятор природного газа (МАПГ). Устройство имеет плоскую форму в виде плиты с габаритами 800 × 414 × 116 мм – это удобно для размещения в багажном отделении или под днищем автомобиля, подобно аккумуляторам в электромобилях. Гидравлический внутренний объём бака – 24 литра. В качестве рабочего материала использован формованный углеродный адсорбент, полученный прессованием дроблёного промышленного углеродного материала из скорлупы кокосового ореха.
Исследования показали, что время быстрой заправки МАПГ удалось сократить до двух минут. Ключевой элемент решения – система терморегулирования на этапе подачи газа в двигатель: она позволяет повысить температуру внутри адсорбера и увеличить объём извлекаемого газа. Несмотря на сохраняющийся в баллоне неизвлекаемый (остаточный) объём газа, предложенная технология позволяет сократить его вдвое по сравнению с традиционной схемой.
Помимо опытного образца, авторами разработана цифровая модель устройства, верифицированная экспериментально. Модель позволяет быстро выполнять расчёты и проектировать новые конструкции АПГ‑систем взамен цилиндрических баллонов, минимизируя необходимость дорогостоящих испытаний каждого отдельного образца.
Исследование проведено при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 24-79-00135).
По материалам: Шелякин И.Д., Меньщиков И.Е., Чугаев С.С., Школин А.В., Фомкин А.А. Термодинамика сорбционно-десорбционных циклов работы терморегулируемого конформного аккумулятора метана, снаряженного компактированным углеродным адсорбентом. Физикохимия поверхности и защита материалов. Том 62, № 3 (2026), 288–300. DOI: 10.7868/S3034647926030025.
Источник: Лаборатория сорбционных процессов ИФХЭ РАН
