Transport av täta gaser och vätskor blir alltmer relevant i samband med koldioxidavskiljning. Forskning som publiceras i The Journal of Chemical Physics hjälper oss att förstå mer om hur detta kan göras mest effektivt.
Gas måste komprimeras innan den kan transporteras över långa avstånd. Detta kan göras antingen genom att öka trycket i gasen eller genom att omvandla den till en vätska. För att detta ska kunna ske på ett säkert och effektivt sätt måste vi förstå så mycket som möjligt om hur gasen beter sig före och under transporten.
Täta gaser påverkas av förändringar i tryck och temperatur, och det har hittills saknats en grundläggande teori för olika täta gaser och vätskor.
”Jag utvecklar en teori för att beskriva transportegenskaperna hos täta gaser och vätskor”, säger doktorand Vegard Gjeldvik Jervell från termodynamikgruppen vid NTNU och Porelab Centre of Excellence.
Hans handledare är professorerna Øivind Wilhelmsen och Morten Hammer från termodynamikgruppen vid NTNU:s kemiska institution, som båda också är knutna till Porelab.
Egentligen är det lite förvånande att detta forskarsamhälle har gjort så stora framsteg när det gäller att beskriva transportegenskaperna hos täta gaser och vätskor. Det är en mycket svår uppgift, eftersom det krävs kunskap om hur molekylerna interagerar med varandra under en mängd olika förhållanden.
”Under de senaste 50 åren har experter inom området hävdat att det är omöjligt att utveckla en kollisionsteori för vätskor”, säger Wilhelmsen.
Så är det verkligen inte – men varför är det så viktigt att ha en gemensam teori som förklarar hur gaser beter sig under transport?
”Grunden för de befintliga metoderna bygger på experiment, vilket kan vara både utmanande och dyrt”, förklarar Jervell.
Teorin kommer att bli ännu viktigare när vi bestämmer oss för att börja fånga inCO2 från många olika utsläppskällor, eftersom det skulle innebära transporter i massiv skala.
Felaktiga modeller
Wilhelmsen blev nyligen kontaktad av ett gastransportföretag, vilket ledde till en aha-upplevelse.
”Företaget ville förstå hur gasen uppförde sig under transporten. Den programvara som de hade betalat mycket pengar för var inte särskilt exakt, särskilt inte när det handlade om gasblandningar”, förklarar Wilhelmsen.
Den nya teorin minskar behovet av dyra experiment.
Wilhelmsen insåg att många av de svar som företaget sökte kunde tillhandahållas av termodynamikgruppen, eftersom de redan hade den teoretiska grunden på plats och snart också skulle ha de nödvändiga verktygen. Det innebar att forskargruppen kunde utföra arbetet på ett mycket enklare sätt än vad företaget kunde åstadkomma på egen hand.
”I vissa fall ger modellen till och med mer exakta svar än vad som kan uppnås genom experiment”, säger Hammer.
Modellen kommer naturligtvis inte att helt ersätta laboratoriet, men forskarna vet inom vilka områden modellen utmärker sig och har en god förståelse för var ytterligare experiment behövs.
”Teorin är mycket exakt för täta gasblandningar, ett område där andra modeller har problem. För närvarande är den dock ännu inte tillräckligt exakt för vätskor vid låga temperaturer”, förklarar Hammer.
Jervell har gått grundligt tillväga och undersökt många täta gasblandningar.
”Vi har byggt upp teorin från grunden. Vi började med de molekylära interaktionerna och utvecklade teorin till en punkt där egenskaperna kunde mätas i labbet”, säger Jervell.
Med hjälp av den nya teorin kan de ge mycket mer insikt i egenskaperna hos olika täta gaser.
En mångsidig teori
”Vi kan nu med större säkerhet förutsäga vad som kommer att hända under olika förhållanden. Eftersom teorin bygger på en solid grund kan vi lita på att den ger korrekta svar även i områden där inga experiment har utförts”, säger Jervell.
Detta är särskilt viktigt när det gäller gasblandningar, eftersom det helt enkelt är för tidskrävande att genomföra experiment för alla möjliga kombinationer. Modellen kan redan ge insikter om gasers viskositet under olika förhållanden och ger också information om deras värmeledningsförmåga och diffusionshastighet.
”Det är en verkligt mångsidig teori”, avslutar Wilhelmsen.
För mer information: Vegard G. Jervell et al, Predicting viscosities and thermal conductivities from dilute gas to dense liquid: Deriving fundamental transfer lengths for momentum and energy exchange in revised Enskog theory, The Journal of Chemical Physics (2024). DOI: 10.1063/5.0236883
