¿Por qué es mucho más intensivas en energía para comprimir el hidrógeno del metano?

Question

Por qué usted necesita un 13.8 MJ/kg (9% de contenido de energía) para comprimir el hidrógeno a 200 bar, pero sólo 1.4 MJ/kg (2.5% del contenido de energía) para el metano?

Miré en factores de compresibilidad y el factor de compresibilidad para el metano es mucho más bajo que el de hidrógeno (hasta las altas presiones). ¿Esto determina cuánto trabajo se requiere?

Answer 1

La razón esencial es que un kilogramo de hidrógeno contiene 8 veces el número de moléculas de un kilogramo de metano (debido a que la masa de una molécula de hidrógeno es de aproximadamente 1/8 de la masa de una molécula de metano).

Si suponemos, por el bien del argumento, que es la compresión isotérmica (a temperatura constante, $T$) el trabajo necesario para comprimir una muestra de $N$ de las moléculas de un gas ideal a partir de la presión de $p_1$ presión $p_2$ es

$$\text{Work}=Nk_BT \ln \left(\frac{p_2}{p_1}\right)\ \ \ \ [k_B= \text{Boltzmann's constant}]$$

Así que si los gases ideales, 8 veces más de trabajo sería necesario por kilogramo para el hidrógeno, pero en altas presiones de los gases que están lejos de ser ideal. Fuerzas intermoleculares y los volúmenes finitos ocupado por las moléculas son importantes y diferentes para diferentes gases. Eso explicaría por qué la relación de trabajo que se necesita no es exactamente 8:1