محفظه کربنی برای ذخیره هیدروژن با استفاده از نانو تکنولوژی

[EN-EZEL 13,039]

محفظه کربنی برای ذخیره هیدروژن با استفاده از نانو تکنولوژی پیل های سوختی و سوخت هیدروژنی جوابگوی نیازهای سوختی نیستند . محققان نشان داده اند مدل کامپیوتری جدید شبیه توپ فوتبال که یک محفظه کربنی برای ذخیره هیدروژن می باشد را می توان به عنوان مخزن های بسیار ریز هیدروزن به کار برد . هیدروژن با همه ی انرژی پتانسیل بالایی که داراست بدلیل سبک بودن فاصله زیاد بین مولکولهای آن ، نمی توان مقدار زیادی از آن را بصورت گازی در مخزن معمولی ذخیره کرد و احتیاج به مخزن بسیار عظیمی دارد. همچنین رسیدن به دمای بسیار سرد هیدروژن مایع در محیط عادی ممکن نیست ( 423 - درجه فارنهایت ) اما با این طرح بجای داشتن مخازن بزرگ هیدروژن از میلیون ها و میلیارد ها مخزن بسیار ریز کربنی در مقیاس نانو می توانید استفاده کنید. به این مخزن بسیار کوچک Buckyball می گویند . [تصویر: hydrojen.jpg] ما در این بحث قصد داریم بدانیم که چند مولکول هیدروژن در یک مخزن کربنی جا می شوند. و فشار وارد بر دیواره های آن ها چقدر است و اصلا چرا از کره استفاده شده است ؟ فشار یا تنشی که مخزن می توند تحمل کند تا آنجایی است که دیواره بشکند . عکس نمایش داده شده مربوط به مخزن کروی است که صدها هزار بار ریز تر از دانه نمک است ، به خاطر این است که این مخزن خیلی محکم به نظر می رسد . ( بازوی گشتاور همچنین سطح مقطع برای تنش آن بسیار کوچک است.) همچنین کره تنها شکل هندسی می باشد که بیشترین حجم را در کمترین سطح جانبی دارد . پس مصالح کمتری برای ساخت این مخزن نسبت به حجمش لازم داریم و با سطح کمتر تنش وارد شده هم کمتر خواهد بود . همچنین مقدار تنش در همه ی جهات و قسمتهای آن یکسان می باشد برای همین راحت تر می توان با ضخیم کردن دیواره ی آن ، آن را مقاوم سازی کرد برای خلاف اشکال هندسی دیگر مثل استوانه و مکعب که بیشترین تنش را در مرزهای وجه های خود دارند و دشوارتر مقاوم سازی می شوند . همچنین کربن بیشتری لازم خواهند داشت. این ایده که می توان اتم ها را در محفظه های این چنینی قرار داد ، زیاد جدید نمی باشد اما به تازگی محققان توانسته اند فشار وارد بر دیواره را از طریق مدل کامپیوتری آن بدست آورند. فضای داخل Buckyball ساخته شده از 60 اتم کربن ، بگونه ای است که می تواند تنها 1 اتم هیدروژن را به راحتی داخل آن جا دهد. اما با اضافه کردن اتمهای بیشتر پیش بینی می شود دیواره های کره بتوانند تا 58 اتم هیدروژن را قبل از شکست جا دهند . ( تقریبا به اندازه فشار هیدروژن در هسته سیاره مشتری و زحل) این نوع از Buckyball برای ذخیره سوخت مناسب نیست ، چون کوچک است . اما می توان از مخازن بزرگتر استفاده کرد پوسته آن تقریبا تا همان اندازه قبلی کشش را تحمل می کند . مدل کردن محفظه 60 اتمی کربن برای ساخت مخازن حجیم تر که از هزاران اتم کربن تشکیل شده است به محققان کمک زیادی کرده است اندازه این مخازن در حدود چند نانومتر است . با چشم غیر مسلح چندین میلیارد از این محفظه ها مثل پودر خاکستری رنگ کربن شبیه گرد گرافیت دیده می شود. Buckyball ها در طبیعت هم یافت می شود مثلا دوده شمع که از بخار پارافین جدا می شود توسط محققان از سال 1980 در آزمایشگاهها مورد بررسی قرار گرفته است . این تحقیق در حال حاضر کاملا تئوری بوده است. هنوز کسی نمی داند که چگونه می توان هیدروژن را داخل این محفظه ها کرد و چگونه آن را دوباره از آن جا بیرون برد . دکتر Yakobsan مدیر این پروژه بر روی ذرات ریز استوانه ای شکل که محفظه مناسبی برای ذخیره هیدروژن می باشد کار می کنند به گفته ی او می توان از این پیستون برای متراکم کرد اتمهای هیدروژن داخل سیلندر نانو مقیاس استفاده کرد. این شکل از مخزن همچنین می تواند محل ذخیره ایزوتوپ های رادیو اکتیو برای درمان سرطان باشد . یا یک راه مناسب برای رسیدن به فشار بینهایت زیاد در آزمایشگاه مورد استفاده قرار گیرد. پروفسور Dennis Walter از دانشگاه آلاسکا که سوخت های جایگزین و پیل های سوختی را ارزیابی می کند ، می گوید از دید علمی و تئوری هیدروزن ماده بسیار عالی می باشد اما از دید مهندسی این محفظه ها و ذخیره و متراکم کردن هیدروژن و انتقال آن نیاز به مصرف انرژی دارد که از معایب این طرح می توان در نظر گرفت . از لحاظ علمی این دستاورد بسیار عالی می باشد اما استفاده از آن به عنوان سوخت اتوموبیل دور از تحقق به نظر می رسد.