يقترح الفريق “الشوكولاتة النانوية” كطريقة جديدة لتخزين الهيدروجين

نهج مبتكر من شأنه أن يحول الجسيمات النانوية إلى خزانات بسيطة لتخزين الهيدروجين. يعتبر الغاز عالي التقلب حاملة طاقة واعدة للمستقبل يمكن أن توفر وقودًا صديقًا للمناخ للطائرات والسفن والشاحنات ، على سبيل المثال ، مما يسمح بإنتاج الفولاذ والأسمنت الصديقين للمناخ – اعتمادًا على كيفية استخدام غاز الهيدروجين. خلقت. ومع ذلك ، فإن تخزين الهيدروجين مكلف للغاية: إما في خزانات الغاز المضغوط ، يجب الاحتفاظ بها حتى 700 بار ، أو يجب تسييلها ، أي تبريدها إلى 253 درجة مئوية تحت الصفر. تستخدم كلتا الطريقتين طاقة إضافية.

يضع فريق Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) بقيادة أندرياس ستيرل الأساس لنظام بديل: التخزين هيدروجين في جزيئات نانوية صغيرة مصنوعة من معدن ثمين البلاديوم، قطرها 1.2 نانومتر فقط. يُعرف البلاديوم منذ بعض الوقت بامتصاص الهيدروجين مثل الإسفنج. يوضح ستيرل: “مع ذلك ، تسببت إعادة استخلاص الهيدروجين من المادة حتى الآن في حدوث مشكلة”. “لهذا السبب نحاول جسيمات البلاديوم بعرض نانومتر واحد.” النانومتر هو جزء من جزء من المليون من المليمتر.

للتأكد من أن جزيئات صغيرة متينة بدرجة كافية ، يتم تأمينها بواسطة قلب مصنوع من الإيريديوم المعدني الثمين النادر. بالإضافة إلى ذلك ، فهي متصلة بدعم الجرافين ، وهو طبقة رقيقة جدًا من الكربون. يقول Stierle ، رئيس DESY NanoLab: “يمكن لجسيمات البلاديوم أن ترتبط بالجرافين في نطاق نانومتر ونصف نانومتر فقط”. “ينتج عنه هيكل دوري منتظم.” نشر الفريق ، الذي يضم باحثين من جامعتي كولونيا وهامبورغ ، النتائج التي توصلوا إليها في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية (ACS). ACS نانو.

تم استخدام PETRA III من DESY لرصد ما يحدث عندما تتلامس جزيئات البلاديوم مع الهيدروجين: في الأساس ، يلتصق الهيدروجين بسطح الجسيمات النانوية ، ولا يخترق أي شيء بالداخل. يمكن إظهار الجسيمات النانوية على أنها تشبه الشوكولاتة: جوزة الإيريديوم في الوسط مغطاة بطبقة من البلاديوم بدلاً من المرزبانية ، والشوكولاتة مغطاة من الخارج بالهيدروجين. كل ما هو مطلوب لاستعادة الهيدروجين المخزن هو إضافة كمية صغيرة من الحرارة ؛ يتم إطلاق الهيدروجين بسرعة من سطح الجزيئات لأن جزيئات الغاز لا تضطر إلى مغادرة الكتلة.

يقول ستيرل: “بعد ذلك ، نريد معرفة كثافة التخزين التي يمكن تحقيقها باستخدام هذه الطريقة الجديدة”. ومع ذلك ، لا تزال هناك بعض التحديات التي يجب التغلب عليها قبل الانتقال إلى التطبيقات العملية. على سبيل المثال ، قد تكون الأشكال الأخرى من هياكل الكربون حاملة أكثر ملاءمة من الجرافين – يفكر الخبراء في استخدام إسفنجات كربونية ذات مسام أصغر. يجب أن تتطابق هذه مع كمية كبيرة من جزيئات البلاديوم النانوية.

يبحث أحدث إصدار من مجلة Femto البحثية من DESY في هذا والأفكار المبتكرة الأخرى لاقتصاديات الهيدروجين وإمدادات الطاقة المستدامة. تشرح المجلة كيف يساهم البحث الأساسي في الابتكار من أجل تغيير الطاقة. لا يتعلق الأمر باستخدام الهيدروجين كناقل للطاقة فحسب ، بل يتعلق أيضًا بأشكال جديدة من الخلايا الشمسية الثابتة وإنتاج الطاقة ، فضلاً عن تحقيق كفاءة أكبر للطاقة في البحث أثناء تشغيل مسرعات الجسيمات الكبيرة.