Coraz bliżej pojemnych magazynów wodoru

Zaawansowana komputerowa symulacja pozwoliła określić optymalne wzajemne ułożenie nanorurek węglowych, na powierzchni których miałby być gromadzony wodór. Dzięki temu wiadomo, że ułożone w stosik nanorurki potencjalnie zmagazynują wodór w ilości do 5,5% całkowitej masy, co jest obecnie rekordową ilością jeśli chodzi o tego typu materiały - donosi "Advanced Materials". 

Wielu naukowców widzi w wodorze paliwo przyszłości. Jego główną zaletą jest fakt, że nie jest ropą naftową, której globalne zapasy kurczą się coraz szybciej. Co więcej, wodór podczas spalania (reakcji z tlenem) wytwarza parę wodną, czyli całkowicie obojętne dla środowiska "spaliny".

Jak dotąd, upowszechnienie technologii opartych na wodorze jest w dużej mierze wstrzymywane przez brak bezpiecznego i wydajnego sposobu magazynowania tego, jakże wybuchowego gazu. Jedną z opcji jest czasowe łączenie cząsteczek wodoru z innymi materiałami tak, by na czas magazynowania powstawał bardziej stabilny i zdecydowanie bardziej bezpieczny materiał. Choć tego typu technologie już powstały (prototypy laboratoryjne), to jednak większość z nich cierpi na tę samą "chorobę" - gromadzą w sobie zbyt mało wodoru.

Sprawa jest poważna, a stawka wysoka. Amerykańskie Ministerstwo Energii (US Department of Energy) ustaliło cel, jaki mają osiągnąć naukowcy. Do 2015 roku, materiały stosowane jako potencjalne wodorowe magazyny mają pozwolić na zgromadzenie wodoru w ilości do 6% całkowitej masy (wliczając w to masę materiału magazynującego i wodór).

Wszystko wskazuje na to, że cel ten jest jak najbardziej realny.

Badania modelowe przeprowadzone przez naukowców z Technical University of Dresden (Niemcy) ukazały ogromny potencjał, jaki drzemie w nanorurkach węglowych, czyli zwiniętych w rulon płaszczyznach utworzonych wyłącznie z atomów węgla, użytych do magazynowania wodoru.

Zamiast w nieskończoność eksperymentować metodą prób i błędów, niemieccy naukowcy użyli programu modelującego reakcje chemiczne, by określić optymalne ułożenie względem siebie nanorurek węglowych tak, by te jak najskuteczniej gromadziły wodór.

Okazało się, że równolegle, jedna obok drugiej, ułożone nanorurki węglowe wcale nie gromadziły więcej wodoru niż inne materiały węglowego pochodzenia. Co innego miało miejsce, gdy nanorurki wirtualnie ułożono w "stosik", gdzie każda z nanorurek dotykała innej nanorurki jedynie w jednym miejscu. W tym wypadku, zaobserwowano znaczny wzrost ilości wodoru, jaki można było zgromadzić w materiale o takiej geometrii.

Według badaczy, to właśnie w miejscach kontaktu poszczególnych nanorurek zlokalizowane są miejsca, gdzie absorbowany jest wodór. Co ważne, ułożenie "w stosik" znacząco zwiększa ilość takich miejsc oraz ułatwia szybką penetrację nanorurkowej trójwymiarowej struktury przez cząsteczki gazu.

Z komputerowych obliczeń wynika, że pojemność magazynu wodoru wykonanego w powyżej opisanej technologii (układ nanorurek "w stosik") byłaby bardzo bliska wartości, jaką Amerykanie przewidzieli na 2015 rok.

PAP - Nauka w Polsce