Karbynowa siatka na wodór

Naukowcy z Rice University dowodzą, że siatka stworzona z karbynu z dołączonym wapniem, może przechowywać znacznie więcej wodoru, niż przewidują wyznaczone przez Departament Energii normy dla samochodów napędzanych wodorem.

Karbyn to pojedynczy łańcuch atomów węgla. To forma, którą uzyskamy, gdy z płachty grafenu wyciągniemy jedną nitkę. Do niedawna był on uznawany za bardzo egzotyczny materiał, jednak udowodniono, że może być syntetyzowany i pozostaje stabilny w temperaturze pokojowej, co czyni go potencjalnym kandydatem do codziennych zastosowań.

Fizyk teoretyczny profesor Boris Yakobson z Rice University zwraca uwagę, że inne formy węgla, takie jak nanorurki, grafen czy fullereny, przechowują wodór tylko w niskich temperaturach. Tymczasem, jak stwierdził uczony, dzięki połączeniu karbynu z wapniem możliwe jest przechowywanie wodoru w temperaturze pokojowej. W wypełnionej wodorem siatce z karbynu wodór może teoretycznie stanowić około 50% wagi. Tymczasem DoE zakłada, że do roku 2015 w strukturach służących do przechowywania wodoru dla samochodów wodór powinien stanowić co najmniej 6,5% wagi.

Decydującym elementem, dzięki czemu całość tak dobrze działa, jest dodanie wapnia. Dzięki niemu powstają takie łączenia między atomami, że przechowywanie wodoru jest możliwe w temperaturze pokojowej. Jako, że atomy wapnia nie mają tendencji do łączenia się w grupy, co pozwala na rozłożenie ich w formie podobnej do winogron na siatce z karbenu i dołączenie do każdego atomu wapnia sześciu atomów wodoru, co na początku umożliwi uzyskanie pojemności rzędu 8% wodoru na jednostkę wagi.

Zdaniem Yakobsona istnieje wiele różnych możliwości zwiększania pojemności karbenowo-wapniowego zbiornika. Na przykład ułożenie siatki karbynu w kształt diamentu pozwoli co prawda na przyłączenie do atomu wapnia pięciu atomów wodoru, ale dzięki manipulacji liczbą atomów węgla można zwiększać pojemność całości. Być może uda się też wyciągać wzbogacane wapniem nitki karbynu z grafenu.

Yakobson mówi, że w tej chwili trudno jednoznacznie wyrokować, która z teoretycznych strategii sprawdzi się najlepiej. Jestem optymistą. Z teoretycznego punktu widzenia oraz opierając się na wiedzy zdobytej podczas doświadczeń z syntezą karbynu i pracy z metalowymi organicznymi ramkami do przechowywania wodoru, mogę przypuszczać, że miną 2-3 lata zanim wyprodukujemy karbynową siatkę, a 1-2 lat zajmie nam opracowanie takich metod umieszczania na niej wapnia, by osiągnąć materiał zdolny do przechowywania dużej ilości wapnia. Tak więc w ciągu 3-5 lat możemy mieć wyprodukowaną próbkę i później będzie można, dzięki intensywnej pracy i mając nieco szczęścia, skalować ją do produkcji przemysłowej - mówi uczony.

karbyn siatka wapń wodór paliwo samochód na wodór