Wodorowe krakersy
Napędzanie samochodów wodorem to bardzo pociągające idea, która jest niezwykle trudna w realizacji. Wodór jest bowiem bardzo trudno przechowywać i nikt dotychczas nie potrafi skonstruować samochodowego zbiornika, który będzie prosty i bezpieczny w eksploatacji,a jednocześnie zabierze ilość paliwa wystarczającą do przejechania kilkuset kilometrów.
Jedną z metod radzenia sobie z tym problemem jest zamykanie wodoru w pułapkach z węgla, tlenu i wodoru połączonych jonami metali. Takie krystaliczne struktury zwane MOF (metal-organic framework) są bardzo obiecujące, jednak są toksyczne i trudne w produkcji.
Tymczasem Fraser Stoddard z Northwestern University proponuje produkcję MOF z materiałów biodegradowalnych, odnawialnych, łatwo dostępnych i całkowicie bezpiecznych dla człowieka. Tak bezpiecznych, że... można je jeść.
Przepis na bezpieczne MOF-y brzmi: cukier (gamma cyklodekstryna), sól (benzoesan potasu lub chlorek potasu), woda, alkohol. Jak mówi doktor Ronald Smaldone, całość smakuje nieco jak krakersy. Jednak odpowiednie przygotowanie wymienionych powyżej składników powoduje, że powstają kryształy zdolne do wiązania wodoru, z których wodór w łatwy sposób się uwalnia.
Kryształy MOF są wykorzystywane od 1999 roku do przechowywania gazów. Jednak do ich produkcji potrzebna jest ropa naftowa, przez są one toksyczne, a zatem niebezpieczne w użyciu i wymagają specjalnego obchodzenia się zarówno w czasie użytkowania, jak i podczas składowania na wysypisku. Tymczasem nowe MOF są tak bezpieczne, że po użyciu można je po prostu rozpuścić w wodzie i wylać do zlewu.
Głównym składnikiem "przepisu" Stoddarda jest gamma cyklodekstryna. To ona tworzy molekularny szkielet pułapki i dzięki niej powstają kryształy. Gdy uczeni zbadali je pod mikroskopem, ze zdziwieniem zauważyli, że utworzyły one MOF, które są trudne do uzyskania za pomocą składników organicznych.
W MOF-ach bardzo ważna jest symetria. A problem z naturalnymi materiałami jest taki, że nie tworzą one symetrycznych struktur, przez co nie krystalizują w uporządkowane struktury - mówi Stoddard. Bliższe badania pokazały, że symetrię zapewnia gamma cyklodekstryna, która składa się z ośmiu symetrycznie rozłożonych merów glukozowych. Uczeni najpierw rozpuścili gamma cyklodekstrynę i sól potasową w wodzie, którą później odparowano w obecności alkoholu.
W efekcie takich działań powstały kryształy w formie sześcianów, składające się z sześciu molekuł gamma cyklodekstryny połączonych w trójwymiarową strukturę za pomocą jonów potasu. Wcześniej nie znano tego typu struktur. Niewykluczone, że uda się je też uzyskać z zastosowaniem innych materiałów.
Nowo powstałe struktury posiadają liczne łatwo dostępne pory, które można wykorzystywać do przechwytywania i przechowywania gazów. Pory stanowią aż 54% objętości struktury.
Naukowcy mają więc nadzieję, że ich wynalazek uda się wykorzystać wszędzie tam, gdzie dotychczas stosowano tradycyjne MOF-y.
Komentarze (0)