固体天然气：通往更安全更清洁更光明未来的途径

天然气是一种清洁、无味、无毒的能源，为烹饪和取暖提供温暖，并为为家庭和企业供电的发电站提供燃料。天然气还为生产从玻璃到服装等材料和商品的许多工业过程提供燃料，它是油漆和塑料等产品的重要成分。

最重要的是，天然气很丰富;根据国际能源署的说法，如果天然气的消费量保持在目前的水平，将有足够的可采资源持续两个多世纪。

尽管如此，像所有东西一样，天然气也有其缺点——运输和储存的挑战。目前的方法需要将天然气冷却到极低的温度(-162°C)以形成液化天然气(LNG)。虽然液化天然气是广泛使用的天然气运输方式，管道运输不可行，但不适合长期储存。

需要如此低温才能以液化形式储存天然气，这意味着与该技术相关的持续蒸发;液化天然气蒸气高度易燃，可能迅速与空气结合形成爆炸性混合物。

需要坚实、稳健的替代品

世界各地的研究人员正在积极研究更安全的天然气储存替代品 - 固化天然气(SNG)或天然气水合物，可能就是答案。

在这些水合物中，甲烷等气体被困在由水分子形成的笼子内。添加剂和规定的压力-温度条件产生一种稳定、坚固的材料，适合长期储存，并且可以运输，而没有加压易燃液体固有的危险。

然而，这些天然气水合物目前仅限于小规模的台式实验室实验。为此，新加坡国立大学设计与工程学院化学与生物分子工程系的Praveen Linga教授正致力于推进SNG技术以实现工业可行性。

“我们需要确定能够增加甲烷储存能力的策略，加快将天然气转化为固体形式的过程，并减轻确保长期稳定性所需的条件，”Linga教授说。“天然气成为适合放大规模的固化神奇材料的难题中缺少的一个部分是促进剂 - 减少捕获气体所需的能量的化学物质，然后作为水合物储存。

Linga教授是该领域的专家，发表了150多篇研究文章和100场受邀讲座和研讨会，旨在利用天然气水合物来满足清洁和安全能源的关键需求。

“SNG技术为在中等温度和压力条件下安全长期储存天然气开辟了一个利基市场，”Linga教授解释说，他与他的团队成员Ye Zhang博士，Gaurav Bhattacharjee博士和Huanzhi Xu先生以及大连理工大学和理工学院马德拉斯分校的合作者最近在《能源与环境科学》杂志上发表了甲烷水合物储存的突破性发现。

没有完美的天然气，只有完美的组合

Linga教授注意到需要开发不仅能被工业采用而且对环境友好的技术——避免使用传统上用于SNG技术的有毒促进剂。例如，启动子四氢呋喃(THF)通常被认为是挥发性的、腐蚀性的，甚至引起癌症的。这促使Linga教授和他的团队探索更清洁的替代品。

“我们发现了一个有前途的候选者——二恶烷，”Linga教授透露。“将二恶烷与另一种无毒氨基酸启动子结合使用，我们能够在室温下快速形成由甲烷和二恶烷制成的混合甲烷水合物。

在新型天然气水合物中，实现的平均甲烷储存容量为135.13 v/v，远远超过了此类甲烷水合物115 v/v的既定限制。“这有望带来能源密度更高的SNG产品，具有更大的商业化潜力，”Linga教授补充道。

将SNG和世界提升到一个新的水平

能源市场管理局(EMA)是新加坡贸易和工业部下属的法定机构，已将天然气，太阳能，低碳替代品和区域电网的研究与开发确定为该国能源转型的关键支柱 - 逐步转向更清洁，可靠和充足的能源。

2021 年，天然气占新加坡发电量的 94.9%，最近的一份报告表明，在太阳能和氢气等可再生能源能够承担更多负荷之前，天然气仍将是该国能源结构的重要组成部分。

同样，林加教授将天然气视为可持续全球能源转型的重要“桥梁燃料”，并强调了天然气在新加坡及其他地区长期固定备用电力中的潜在用途。林加教授说，

“我们的工作并不止于此。展望未来，我们将努力提高合成天然气的储气能力，并收集更多证据，以支持大规模二恶烷促进的合成天然气技术的发展。他进一步认为，SNG技术的发展进展可以应用于未来基于天然气水合物的氢气储存技术的发展。

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