Как создать недорогой и безопасный водородный бак, с тем чтобы обеспечить обычный автомобиль топливом хотя бы километров на 450? Группа учёных из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (США) видит решение в получении новых материалов, способных адсорбировать как можно больше водорода.

Департамент энергетики США недавно выделил Национальной лаборатории Лоуренса трёхгодичный грант на $2,1 млн; его соисполнителями станут General Motors и Национальный институт стандартов и технологий (NIST). (Кстати, департамент уже потратил $7 млн на разработку технологий использования водорода в топливных элементах электрокаров.)

По словам Джеффри Лонга из Национальной лаборатории Лоуренса, ведущего этот проект вместе с Мартином Хед-Гордоном, их группа работает в области металл-органических каркасных структур, применение которых способно значительно увеличить ёмкость газовых баллонов, являющихся по сути топливными баками. Использование таких материалов, возможно, позволит отказаться от очень высокого давления водорода, что должно положительно сказаться на безопасности и снизить энергопотери на компрессию газа. Металл-органические каркасы - это трёхмерные, похожие на губку структуры, состоящие в основном из углеродных атомов, что делает такие материалы очень лёгкими. Однако самым замечательным их свойством является простота модификации их поверхностей методами синтетической органической химии, что превращает материал в ещё более эффективный адсорбент водорода.

Параллельно группа г-на Лонга пытается использовать металл-органические каркасные структуры для очистки воздуха от диоксида углерода. Это применение каркасных материалов требует от них высокой селективности по отношению к диоксиду углерода при постоянном присутствии в смеси азота воздуха.

Впрочем, проекту топливных водородных элементов не нужна какая-то особая селективность материалов на основе металл-органических структур по отношению к водороду. Зато здесь требуется повышенная ёмкость для сохранения внутри себя как можно большего количества газа.

Нынешние автомобили на водородных топливных элементах способны проезжать до 450 км, но лишь при условии использования баллонов высокого давления (600-700 бар), что дорого и совсем не безопасно. На сегодня г-ну Лонгу и его группе удалось более чем вдвое увеличить водородную ёмкость, но только при очень низких температурах (~77 К). Таким образом, очевидно, что проект пока находится в самом начале развития, и 4-5-кратная водородная ёмкость при комнатной температуре кажется несбыточной мечтой. Однако у учёных уже есть мысли о том, какие модификации необходимо провести в структуре металл-органического материала для достижения заветной цели.

Идея заключается в создании каркаса, содержащего лёгкие металлические центры (катионы) на поверхности материала, что сделает её особенно привлекательной для молекул водорода. Вместе с тем необходимо добиться того, чтобы каждый металлический центр был в состоянии связываться не с одной молекулой водорода, а с двумя-тремя (а лучше - четырьмя). Дело за "малым" - за синтезом... К сожалению, никто и никогда ничего подобного ещё не делал.

Для облегчения участи химиков-синтетиков в группе профессора Лонга есть Мартин Хед-Гордон, специалист по компьютерной химии, пытающийся на основании расчётов теоретически предсказать самую перспективную структуру каркаса. Это позволит сэкономить немало времени и средств, поскольку именно синтетическая часть проекта наиболее затратна.

Роль General Motors заключается в обеспечении качественных измерений при высоких давлениях. А сотрудники NIST являются экспертами в нейтронной дифракции и нейтронной спектроскопии; это поможет группе Лонга понять, где именно размещаются молекулы водорода в каркасе, и проверить, связаны ли они с металлическими центрами.

Последние новости

Популярные новости