مواد نانوية ذات قدرة تخزينية عالية للهيدروجين

على عكس الوقود المعتمد على الهيدروكربون، والذي ينبعث منه غازات الدفيئة والملوثات السامة الأخرى، فإن منتج احتراق الهيدروجين الوحيد هو الماء. مقارنة بالبنزين 

منذ السبعينيات، تم التعامل مع الهيدروجين كبديل واعد للوقود الأحفوري بفضل احتراقه النظيف - على عكس الوقود الهيدروكربوني، الذي ينبعث منه غازات دفيئة وملوثات سامة أخرى، فإن منتج احتراق الهيدروجين الوحيد هو الماء. وبالمقارنة بالبنزين، فإن الهيدروجين خفيف الوزن وقادر على توفير كثافة طاقة أعلى وهو متوفر بشكل خاص. ومع ذلك، هناك سبب يجعلنا لا نتمتع باقتصاد الهيدروجين: فمن أجل استبدال البنزين كوقود، يجب تخزين الهيدروجين بشكل آمن وضغطه، وفي نفس الوقت يمكن الوصول إليه بسهولة. ونظراً لمحدودية توفر المواد القادرة على القفز فوق هذه المطبات المتضاربة، فإن تقنيات تخزين الهيدروجين تتخلف عن البدائل الأخرى لإمدادات الطاقة النظيفة.

في السنوات الأخيرة، حاول الباحثون التغلب على هذين العائقين عن طريق حبس الهيدروجين داخل المواد الصلبة مع تخزين كميات كبيرة بكميات صغيرة ذات نشاط كيميائي منخفض - وهي خاصية أساسية للحفاظ على هذا الغاز المتطاير في حالة مستقرة. ومع ذلك، فإن معظم هذه الأنواع من المواد الصلبة قادرة على امتصاص كمية صغيرة نسبيًا من الهيدروجين وتتطلب تسخينًا/تبريدًا شديدًا من أجل توليد كفاءة طاقة كافية.

الآن، قام علماء من مختبر لورانس بيركلي الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية بتطوير مادة مركبة مبتكرة مصممة لتخزين الهيدروجين وتتكون من جزيئات المغنيسيوم المعدنية النانوية المنتشرة داخل ركيزة من بولي ميثيل ميثاكريلات، البوليمر الموجود في قاعدة المادة الشائعة زجاج شبكي. (زجاج بلاستيكي). تمتص هذه المادة المركبة النانوية الهيدروجين وتنبعث منه بسرعة عند درجات حرارة معتدلة دون أكسدة المعدن بعد إعادة التدوير، وهي قدرة تمثل طفرة كبيرة في تصميم المواد المخصصة لتخزين الهيدروجين، وتطوير البطاريات وخلايا الوقود.

يقول جيف أوربان، أحد مديري المختبر: "يُظهر هذا البحث قدرتنا على تصميم مواد نانوية مركبة قادرة على التغلب على العوائق الحركية والديناميكية الحرارية الأساسية والمساعدة في الحصول على مواد كانت بعيدة المنال للغاية حتى الآن". "علاوة على ذلك، نحن قادرون على الاستفادة من الخصائص الفريدة لكل من البوليمر والجسيمات النانوية الموجودة في هذا المركب لحل مشاكل مماثلة في مجالات أخرى من أبحاث الطاقة."

استخدم الباحثون مجهرًا لمراقبة بلورات المغنيسيوم النانوية الفردية المنتشرة داخل البوليمر. باستخدام قدرات التصوير عالية الدقة لأقوى مجهر إلكتروني في العالم في هذا المختبر، تمكن الباحثون أيضًا من تحديد العيوب - الفراغات الذرية في نظام بلوري منظم مثالي على ما يبدو - مع اكتساب رؤية غير مسبوقة لسلوك الهيدروجين داخل هذا النظام الجديد. عائلة مواد التخزين.

"إن اكتشاف مواد جديدة قادرة على مساعدتنا في تطوير حلول الطاقة المستدامة هو في صميم هدف وزارة الطاقة. يقول الباحث: "يقدم مختبرنا تجارب غير مسبوقة لدعم هذا الغرض بنجاح كبير". ونشرت نتائج البحث في المجلة العلمية Nature Materials.

أخبار الدراسة