Grupa naukowców z USA i Hong Kongu opracowała nowoczesną metodę przechowywania wodoru na poziomie supramolekularnym. Pierwiastek ten bywa nazywany ekologicznym paliwem przyszłości, jednak jego magazynowanie jest kłopotliwe. Dzięki odkryciu badaczy proces ten może się jednak stać znacznie prostszy, co umożliwi dalszy rozwój technologii opartych na wodorze.

Wodór – zielone paliwo przyszłości. Jest tylko jeden problem…

Wodór może służyć zarówno jako bezpośrednie źródło energii, jak i jej magazyn. Istotne jest jednak to, skąd go pobieramy. Pierwiastek ten nie występuje w formie samodzielnych złóż i musimy pozyskiwać go sztucznie. Tzw. wodór czarny wytwarza się z węgla, a wodór szary – z gazu ziemnego. Procesy te wiążą się z emisją dwutlenku węgla.

Istnieje jednak również wodór zielony, pozyskiwany z wody za pomocą elektrolizy. Do procesu tego używa się prądu wyprodukowanego przez OZE. Jeżeli nadwyżkę prądu z fotowoltaiki lub wiatru będziemy wykorzystywać do wyprodukowania wodoru z wody, to można magazynować w nim energię – powstały w ten sposób pierwiastek może potem zasilić sieć w przypadku niedoboru prądu.

Wodór już teraz wykorzystywany jest w transporcie – również w Polsce spotkamy kilkadziesiąt aut i autobusów zasilanych tym pierwiastkiem. Aktualnie testuje się rozwiązanie, mające pozwolić na użycie wodoru jako paliwa w statkach morskich oraz samolotach. W tym wszystkim nadal jednak tkwi pewien problem – magazynowanie. Wodór to bardzo lekki pierwiastek o niskiej gęstości, więc do jego przechowywania potrzebne jest dużo miejsca. Czyni to korzystanie z niego jako paliwa procesem kosztownym i mało praktycznym.

Japończycy zbudują samolot pasażerski zasilany wodorem. Ambitny projekt za biliony jenów

Atomy wodoru “upchane” w molekularnych plastrach miodu

Opisany wyżej problem może zostać rozwiązany przez najnowsze odkrycie badaczy z Uniwersytetu Hong Kongu, Duke University w stanie Karolina Północna i Northwestern University w stanie Illinois. Naukowcy postanowili stworzyć specjalną strukturę supramolekularną, a więc taką, która stworzona jest w wielu podjednostek. Cały proces odbywa się na poziomie pojedynczych cząstek – atomów niewidocznych gołym okiem.

Specjalny materiał stworzony przez badaczy z wytrzymałych kryształów po wielokrotnym przybliżeniu okazuje się zbiorem organicznych molekuł, połączonych w kształt siatki sześciokątów, przypominających plaster miodu. Atomy wodoru wiążą się z tymi cząsteczkami i wchodzą w sześciokątne komórki. Zmniejsza to odległość między nimi i tym samym zwiększa gęstość używanego jako paliwa pierwiastka.

Czy wydajne magazynowanie wodoru jest możliwe?

Zgodnie z normami amerykańskiego Departamentu Energii, wydajny sposób przechowywania wodoru powinien zawierać przynajmniej 50 g tego pierwiastka w jednym litrze materiału użytego do przechowywania. Do tego wodór musi stanowić minimum 6,5% wagi tego materiału. W przypadku wyżej opisanego rozwiązania w jednym litrze magazynującego kryształu udało się zmieścić 53,7 g pierwiastka, który stanowił 9,3% wagi całej struktury.

Niestety, metoda ta nadal nie jest idealna. Aby heksagonalna struktura tworzyła wiązania z wodorem potrzebne są odpowiednie warunki. Jakie? System wymaga ekstremalnie niskich temperatur, osiągalnych dzięki mrożeniu kriogenicznemu. Efektywne magazynowanie wodoru tym sposobem jest więc możliwe, jednak może okazać się kosztowne w praktycznym wykorzystaniu. Być może kolejne badania w tej dziedzinie rozwiążą  problemy związane z tą rewolucyjną metodą.

– Czytaj także: Wszystko, co powinieneś wiedzieć o wodorze

Źródła: phys.org, nature.com

Fot. Canva (Scharfsinn86), nature.com

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.