17:28 2024-01-25 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Magneziul are încă potențialul de a deveni un depozit eficient de hidrogen, spune studiul

_ Magneziul are încă potențialul de a deveni un depozit eficient de hidrogen, spune studiul

Este ușor să fii optimist cu privire la hidrogen ca combustibil ideal. Este mult mai dificil să găsești o soluție la o problemă absolut fundamentală: Cum să depozitezi eficient acest combustibil? O echipă elvețiană-poloneză de fizicieni experimentali și teoreticieni a găsit răspunsul la întrebarea de ce încercările anterioare de a folosi promițătoarea hidrură de magneziu în acest scop s-au dovedit nesatisfăcătoare și de ce ar putea avea succes în viitor.

Hidrogenul a fost văzut de multă vreme ca purtătorul de energie al viitorului. Cu toate acestea, înainte de a deveni realitate în sectorul energetic, trebuie dezvoltate metode eficiente de stocare. Materialele – selectate în așa fel încât la un cost energetic scăzut, hidrogenul poate fi mai întâi injectat în ele și apoi recuperat la cerere, de preferință în condiții similare cu cele tipice mediului nostru de zi cu zi – par a fi soluția optimă.

Un candidat promițător pentru stocarea hidrogenului pare a fi magneziul. Transformarea acestuia în hidrură de magneziu necesită totuși un catalizator eficient adecvat, care nu a fost încă găsit.

Lucrările unei echipe de oameni de știință de la Empa - Laboratoarele Federale Elvețiene pentru Știința și Tehnologia Materialelor din Dübendorf, iar Departamentul de Chimie de la Universitatea din Zurich, precum și Institutul de Fizică Nucleară al Academiei Poloneze de Științe (IFJ PAN) din Cracovia, au arătat că motivul pentru mulți ani de eșec până în acest moment constă într-un înțelegerea fenomenelor care apar în magneziu în timpul injectării hidrogenului.

Principalul obstacol în calea absorbției hidrogenului ca sursă de energie este dificultatea stocării acestuia. În mașinile încă rare alimentate cu hidrogen, acesta este stocat comprimat la o presiune de aproximativ 700 de atmosfere. Aceasta nu este nici cea mai ieftină, nici cea mai sigură metodă și nu are nimic de-a face cu eficiența: într-un metru cub există doar 45 kg de hidrogen. Același volum poate conține 70 kg de hidrogen, dacă este condensat în prealabil.

Din păcate, procesul de lichefiere necesită cantități mari de energie, iar temperatura extrem de scăzută, în jur de 20 Kelvin, trebuie apoi menținută pe tot parcursul depozitare. O alternativă ar putea fi materiale adecvate; de exemplu, hidrura de magneziu, care poate reține până la 106 kg de hidrogen într-un metru cub.

Hidrura de magneziu este printre cele mai simple dintre materialele testate pentru capacitatea de stocare a hidrogenului. Conținutul său poate ajunge la 7,6% (în greutate). Dispozitivele cu hidrură de magneziu sunt, prin urmare, destul de grele și deci potrivite în principal pentru aplicații staționare. Cu toate acestea, este important de menționat că hidrura de magneziu este o substanță foarte sigură și poate fi depozitată fără riscuri; de exemplu, într-un subsol, iar magneziul în sine este un metal ușor disponibil și ieftin.

„Cercetările privind încorporarea hidrogenului în magneziu au loc de zeci de ani, dar nu au dus la soluții care să poată contați pe o utilizare mai largă”, spune prof. Zbigniew Lodziana (IFJ PAN), un fizician teoretician care a fost coautor al unui articol în Advanced Science, unde este prezentată cea mai recentă descoperire.

„O sursă de probleme este hidrogenul în sine.Acest element poate pătrunde eficient în structura cristalină a magneziului, dar numai atunci când este prezent sub formă de atomi unici.Pentru a-l obține din hidrogen molecular tipic, un catalizator suficient de eficient pentru a face procesul de migrare a hidrogenului în material rapid. și se cere viabil din punct de vedere energetic. Deci toată lumea a căutat un catalizator care să îndeplinească condițiile de mai sus, din păcate fără prea mult succes. Astăzi, știm în sfârșit de ce aceste încercări au fost sortite eșecului."

Prof. Lodziana a dezvoltat un nou model al proceselor termodinamice și electronice care au loc în magneziu în contact cu atomii de hidrogen. Modelul prezice că în timpul migrării atomilor de hidrogen, în material se formează clustere de hidrură de magneziu locale, stabile termodinamic. La granițele dintre magneziul metalic și hidrura sa, apar apoi modificări în structura electronică a materialului, iar acestea sunt cele care au un rol semnificativ în reducerea mobilității ionilor de hidrogen.

Cu alte cuvinte, cinetica formării hidrurii de magneziu este determinată în primul rând de fenomenele de la interfața sa cu magneziul. Acest efect nu fusese până acum luat în considerare în căutarea catalizatorilor eficienți.

Prof. Lucrarea teoretică a Lodzianei completează experimentele efectuate în laboratorul elvețian din Dübendorf. Aici, migrarea hidrogenului atomic într-un strat de magneziu pur pulverizat pe paladiu a fost studiată într-o cameră cu vid ultra-înalt. Aparatul de măsurare a fost capabil să înregistreze modificările stării mai multor straturi atomice exterioare ale probei studiate, cauzate de formarea unui nou compus chimic și de transformările asociate ale structurii electronice a materialului. Modelul propus de cercetătorii de la IFJ PAN ne permite să înțelegem pe deplin rezultatele experimentale.

Realizările grupului de fizicieni elvețieno-polonezi nu numai că deschid calea unei noi căutări a unui catalizator optim pentru hidrură de magneziu, dar explică și de ce unii dintre catalizatorii găsiți anterior au prezentat o eficiență mai mare decât se aștepta.

„Există multe care sugerează că lipsa unui progres semnificativ în stocarea hidrogenului în magneziu și compușii săi sa datorat pur și simplu înțelegerea noastră incompletă a proceselor implicate în transportul hidrogenului în aceste materiale. De zeci de ani, cu toții am căutat catalizatori mai buni, doar că nu acolo unde ar trebui să căutăm. Acum, noi rezultate teoretice și experimentale fac posibil să ne gândim din nou cu optimism la îmbunătățiri suplimentare ale metodelor de introducere a hidrogenului în magneziu”, conchide prof. Lodziana.

(Fluierul)

Inapoi