Dziś prawdopodobnie większość ludzi zamieszkujących rozwinięte gospodarczo rejony naszej planety wie, że tradycyjne źródła energii (ropa, węgiel) są na wykończeniu, dlatego prowadzone są badania nad możliwością przestawienia globalnej gospodarki, by ta napędzana była tak zwaną czystą energią, między innymi wodorem. Jednym z głównych problemów związanych z wodorem, który od lat próbują rozwiązać naukowcy na całym świecie, jest bezpieczne i wydajne magazynowanie dużych ilości tego gazu. Na przestrzeni lat powstało wiele różnych metod gromadzenia wodoru, w tym również wykorzystujących nowoczesne nanomateriały.

Jednak, jak dowodzą w swych teoretycznych kalkulacjach naukowcy z California Institute of Technology (USA) niekwestionowanym liderem spośród łatwo dostępnych materiałów do gromadzenia dużych ilości wodoru jest... woda, a dokładniej - woda w postaci krystalicznej, czyli lód.

Obliczenia nie były przeprowadzone na byle kartce papieru. W symulacyjnych badaniach użyto zaawansowanego modelowania stosowanego zazwyczaj do rozwiązywania problemów z zakresu mechaniki kwantowej, połączonego z wysoko wydajną procedurą analizy statystycznej. Za pomocą podobnej metody naukowcy kilka lat wcześniej przewidzieli ilości wodoru, jakie teoretycznie da się zmagazynować w już dziś "konwencjonalnie" przebadanych materiałach tzw. MOFs (metal-organic frameworks), czyli metalo-organicznych klatkach.

Z kalkulacji wynika, że o ile w najbardziej pojemnych MOFs można zgromadzić około 1.3 procent wodoru (wagowo), to w lodzie da się upakować niemal 4 procent tego gazu (dokładnie 3.8 proc., wagowo)!

Choć według obliczeń, by osiągnąć najwyższą wydajność wprowadzanie wodoru do struktury krystalicznej lodu musi być prowadzone w temperaturze około minus 123 stopni Celsjusza (150K), to jednak do długotrwałego przechowywania gazu wystarczy utrzymywanie uwodornionego lodu w temperaturze nieco poniżej temperatury zamarzania wody (kilka stopni Celsjusza poniżej 0). Do opróżniania lodowej krystalicznej struktury z gazu wystarczy podgrzanie lodu do temperatury powyżej 0 stopni Celsjusza, czyli po prostu przekształcenie lodu w wodę. Co równie ważne, zarówno proces ładowania, jak i rozładowywania lodowego magazynu wodoru może być prowadzony pod umiarkowanie podwyższonym ciśnieniem i są to procesy w pełni odwracalne!

Według naukowców, wyniki teoretycznych obliczeń są na tyle interesujące i zaskakujące, że konieczne jest eksperymentalne zweryfikowanie danych uzyskanych z badań modelowych. Gdyby wyniki te się potwierdziły w całości, woda stałaby się jednym z najbardziej pożądanych materiałów i głównych filarów nowej światowej gospodarki opartej na wodorze.

PAP - Nauka w Polsce

klg/ tot/