Nauka dla Społeczeństwa

08.08.2022
PL EN
10.09.2015 aktualizacja 10.09.2015

Trwają prace nad metalową "gąbką" do magazynowania wodoru

Podobnie jak woda zatrzymywana jest w gąbce, tak i wodór - potencjalne paliwo przyszłości - magazynowany może być w metalach - m.in. w palladzie. To, czy własności takiej metalowej "gąbki" zmieniają się w różnych nanocząstkach palladu, zbadali naukowcy m.in. z Polski.

Aby móc odejść od paliw kopalnych, trzeba opracować skuteczny sposób nie tylko pozyskiwania energii (np. dzięki ogniwom słonecznym), ale i magazynowania jej i kontrolowanego uwalniania. Naukowcy uważają, że w przyszłości materiałem do magazynowania energii może stać się wodór.

To nie tylko substancja niezwykle lekka (w końcu to najlżejszy pierwiastek w układzie okresowym), ale i bezpieczna dla środowiska - przy jego spalaniu wydziela się jedynie ciepło oraz woda. W dodatku jest to źródło energii bardzo wydajne - z 1 kg wodoru można uzyskać ok. 33 kWh. To wystarczyłoby samochodowi elektrycznemu do pokonania 100 km. Wodór można też łatwo uzyskiwać (choć na razie nie jest to efektywne energetycznie). Dwa atomy tego pierwiastka znajdują się przecież w każdej cząsteczce zwykłej wody. Można go z niej uwolnić poprzez elektrolizę - przyłożenie napięcia - np. z ogniwa słonecznego.

Jednak wodór trudno jest przechowywać - w połączeniu z powietrzem łatwo wybucha. Magazynowanie w samochodach wodoru w postaci sprężonego gazu w butlach byłoby nie tylko niebezpieczne, ale i nieefektywne - zajmowałby on mnóstwo miejsca. Znacznie wydajniejsze byłoby jednak upakowanie wodoru np. między atomami metalu - np. palladu. Wodór przechowywany w taki sposób nie tylko zajmowałby mniej miejsca, ale nie byłoby też ryzyka, że gaz ten wybuchnie czy się przypadkiem uwolni.

Dr Tomasz Antosiewicz z Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego w rozmowie z PAP wyjaśnia, że metale - takie jak pallad czy magnez - mogą pochłaniać wodór trochę tak, jak gąbka może magazynować wodę. Jeśli umieści się bryłkę metalu w zbiorniku z wodorem pod dużym ciśnieniem, wodór wniknie do struktury metalu i już tam pozostanie. Gaz uwolnić można poprzez podgrzanie tak spreparowanego materiału.

Pytanie jednak, jak najskuteczniej upakować wodór między atomy metalu i jak - przy małym nakładzie energii - odzyskać potem paliwo. Naukowcy mają nadzieję, że pomogą tu badania nad nanocząstkami. \"Nie od dziś wiadomo, że nanocząstki danego materiału mogą mieć zupełnie inne właściwości niż jego struktury makroskopowe\" - mówi dr Antosiewicz. Przykładem tego może być grafit, którego warstwa atomowej grubości to grafen, materiał o innych cechach.

Badacze ze Szwecji, Rosji i Polski (w tym dr Antosiewicz)- pod kierunkiem Christopha Langhammera - zbadali, jak możliwość magazynowania wodoru zmienia się w kilku różnych nanokryształach palladu, metalu szlachetnego. Badania opublikowano w czasopiśmie \"Nature Materials\" (http://nature.com/articles/doi:10.1038/nmat4409).

Naukowcy na warsztat wzięli nanokryształy palladu o kształcie pręcików, ośmioboków oraz sześcianów. Sprawdzano, która z takich nanocząstek najlepiej spisuje się jako budulec \"gąbki\". Badacze liczyli m.in. na to, że z nanocząstek palladu łatwiej będzie wydostać wodór niż z bryły palladu (podgrzewanie palladu, by wydobyć wodór, jest kosztowne). Okazało się, że pallad w postaci nanokryształów sprawniej pochłania wodór z otoczenia. Wcześniej było kilka sprzecznych teorii na temat właściwości nanokryształów palladu, a międzynarodowy zespół eksperymentalnie potwierdził jedną z hipotez.

Dr Antosiewicz zaznacza, że pallad nie jest może wymarzonym materiałem, z którego można będzie tworzyć \"gąbki\" do wodoru - jest stosunkowo ciężki i drogi. \"Ale świetny jest z niego materiał modelowy\" - zaznacza dr Antosiewicz. Przyznaje, że na przykładzie palladu naukowcy badają, na czym właściwie polega magazynowanie wodoru w metalach. Kiedy zrozumieją działanie palladowych \"gąbek\", będą mogli się domyślić, co się dzieje np. w lekkich \"gąbkach\" magnezowych. Bo takie materiały byłyby znacznie tańszym rozwiązaniem, ale trudno badać mechanizmy, jakie w nich zachodzą.

Dodatkowym atutem badań na palladzie jest to, że kiedy metal magazynuje wodór, zaczyna inaczej przepuszczać światło. Dzięki temu zmieniając nasycenie wodorem można produkować lustra, które mogą stać się szybą, czy okna, które na życzenie się zaciemniają. Pallad mógłby się też przydać przy wytwarzaniu czujników wodoru.

PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

lt/ mki/

Przed dodaniem komentarza prosimy o zapoznanie z Regulaminem forum serwisu Nauka w Polsce.

Copyright © Fundacja PAP 2022