Obiecujące materiały do magazynowania wodoru
Wodór jest źródłem energii o niemal zerowej emisji spalin i jako taki mógłby odegrać ważną rolę w niskowęglowym sektorze energetycznym i transportowym Europy przyszłości. Można go utleniać elektrochemicznie, uzyskując prąd elektryczny i wodę, która jest jedynym produktem ubocznym tego procesu. Pomimo wysokiej gęstości energii wodoru, wykorzystanie wodorowych ogniw paliwowych w zastosowaniach transportowych jest trudne ze względu na małą wydajność i skomplikowaną obsługę systemów magazynowania wodoru. W ramach projektu HYPOMAP (New materials for hydrogen powered mobile applications) badacze z UE i Indii starali się wspólnie rozwiązać problem magazynowania wodoru przy pomocy modelowania obliczeniowego różnych materiałów. Prace koncentrowały się na interakcjach i reakcjach cząsteczek wodoru z powierzchniami stałymi. Problem przechowywania wodoru można rozwiązać za pomocą chemisorpcji i fizysorpcji. W przypadku chemisorpcji cząsteczka wodoru jest rozdzielana, a jej pojedyncze atomy są przy udziale wiązań chemicznych absorbowane w materiale nośnikowym. W przypadku fizysorpcji wodór jest fizycznie absorbowany przez materiał nośnikowy. Magazynowanie wodoru w materiale masowym, czy to przy pomocy chemisorpcji, czy fizysorpcji, jest bezpieczne i wydajne. Naukowcy zwiększyli entalpię adsorpcji wodoru poprzez wprowadzenie kationów do wodorków metali i struktur metaloorganicznych. Inna metoda polegała na wprowadzeniu defektów do nanostruktur, które powinny silnie oddziaływać z adsorbowanymi cząsteczkami wodoru. Naukowcy określili także grawimetryczną i wolumetryczną pojemność magazynowania wodoru borazanów — innego materiału umożliwiającego przechowywanie tego gazu. Dzięki małej masie atomów boru i azotu, mają one bardzo dużą pojemność grawimetryczną. Wodór może być łatwo uwalniany przy pomocy termolizy. Naukowcy badali także odpowiednie katalizatory kontrolujące uwalnianie wodoru z borazanów. Skupiono się na spływaniu — metodzie magazynowania zdysocjowanego wodoru cząsteczkowego poprzez chemisorpcję — na jednościennych nanorurkach węglowych. Materiały takie okazały się posiadać najlepsze właściwości w zakresie grawimetrycznego i wolumetrycznego magazynowania wodoru. W projekcie zidentyfikowano też elementy służące za nowe części do budowy ciekłych lub stałych materiałów magazynujących, umożliwiające uzyskanie niezwykłego powinowactwa do cząsteczkowego wodoru. W ramach inicjatywy HYPOMAP zorganizowano szkołę letnią, szereg warsztatów i konferencji, a wyniki prac opisano w 48 artykułach w międzynarodowych czasopismach naukowych.
Słowa kluczowe
Materiały, magazynowanie wodoru, zastosowania mobilne, struktury metaloorganiczne, borazany
