Как превратить водород в металл: топливо будущего
Как сообщает работа, опубликованная в 2020 году на портале Nature, исследователи из Французской комиссии по альтернативной энергии и атомной энергии (CEA) смогли придать образцу водорода форму, в которой он проявляет свойства металла.
Работа заняла много лет, поскольку сам процесс невероятно сложный. Ученые герметично запечатывали переохлажденный, твердый водород в фольге, а затем подвергали его воздействию чрезвычайно высокого давления, используя алмаз в качестве наковальни.
В предыдущих экспериментах давление было ограничено 400 гигапаскалями, однако затем в голову исследователям пришла идея использовать не плоскую, а тороидальную (похожую на пончик) наковальню. Это позволило ей выдерживать значительно более высокие нагрузки, и при 425 гигапаскалях опыт наконец увенчался успехом: водород начал проявлять первые металлические свойства.
Ученые подчеркивают, что охлаждение и давление – два критически важных фактора для изменения состояния вещества: «По мере роста давления охлажденный водород становится все более непрозрачным, а при 425 гигапаскалях его поверхность становится блестящей, хорошо отражающей свет».
Концепция металлического водорода была предложена еще в 1930-х годах. С тех пор многие коллективы химиков и инженеров сообщали о том, что им удалось получить металлический водород. Однако из-за ничтожной величины образцов доказать, что это в самом деле металл, было крайне затруднительно. Так почему же именно металлический водород стал для исследователей своего рода Граалем?
Водород – один из самых распространенных химических элементов на Земле. Его легко получить из воды, а потому источник потенциального сырья для получения металлического водорода или, скажем, водородного топлива практически неисчерпаем. К тому же, для его добычи не нужно наносить вред окружающей среде и разрушать экосистему, как это происходит в случае ископаемого топлива. Кроме того, у исследователей есть и чисто научный эксперимент: до сих пор ученым не известно место во Вселенной, где огромное давление сочетается с чрезвычайно низкими температурами, а значит водорода в металлической форме в мире или нет совсем, или его источник пока скрыт от нас.
По словам представителей NASA, металлический водород – это потенциальное топливо, которое не только в корне изменит земную энергетику, но и даст нам шанс осуществлять космические перелеты, о которых пока остается лишь мечтать. Теперь ученые нацелены на то, чтобы получить достаточное количество металлического водорода для проведения ряда необходимых тестов и экспериментов. Конечная цель – это, разумеется, разработка дешевого и сравнительно простого способа выработки этого удивительного вещества в промышленных масштабах.
