ذخیره هیدروژن در هیدرید های فلزی

[سیندخت 18,785]

بهره‏برداری از هیدروژن به‏عنوان سوخت وسایل‏ موتوری مستلزم روشی برای ذخیرهء مطمئن و فشردهء آن در دمای معمولی محیط است.ممکن است وارد کردن هیدروژن‏ به شکاف میان اتمهای فلزات به وسیلهء فشار مناسب‏ترین‏ وسیله برای این بهره‏برداری باشد.

 

 

 

وقتی مشتقات نفت دیگر یک منبع باصرفه نباشد،وسایل موتوری جهان چگونه‏ به کار خواهد افتاد؟

هیدروژن در بالای فهرست جانشینان این مادهء سوختی قرار دارد، ولی مشکل نگهداری بی‏خطر آن به صورت فشرده بر سر راه ماست.اینک راه حلی برای‏ این مسئلهء پیدا شده که عبارت از تهیهء هیدریدهاست،یعنی ترکیب شیمیایی هیدزوژن‏ و فلزات.هیدروژنی که به این صورت ذخیره شده،تاکنون برای سوخت اتوبوس‏ها و اتومبیل‏هایی در ایالات متحده و آلمان باختری به کار رفته است.همچنین،از هیدریدهای‏ فلزی در یک مقیاس تجربی برای سوخت یک نیروگاه برق استفاده شده است.از این‏ گذشته امیدواری‏هایی برای بهره‏برداری از آنها در مواردی از قبیل سردخانه‏ها،دستگاه‏ های تهویه و کوره‏های حرارتی پدید آمده است.

 

* هیدروژن فراوان‏ترین عنصر گیتی است.به عبارت دیگر،مادهء خامی است که‏ همهء عناصر دیگر در داخل ستارگان از آن پدید آمده‏اند.به علاوه دارای این ویژگی‏ شیمیایی یگانه است که می‏تواند به صورت یک فلز قلیایی یا برعکس هالوژن عمل کند، یعنی،در تشکیل یک زنجیرهء شیمیایی هم می‏تواند(مانند یک فلز قلیایی)یک الکترون‏ بدهد،هم(مانند فلز هالوژن)الکترون بگیرد.این خاصیت،در فرایندهای ترکیب‏ هیدروژن با عناصر دیگرسودمند است.

 

 

از آنجا که هیدروژن در روی زمین اغلب با عنصر یا عناصری به صورت موادی‏ از قبیل آب ترکیب می‏شود،آن را باید به شیوه‏ای تجزیه کرد که مورد استفادهء انسان‏ قرار گیرد.تولید سالانهء هیدروژن خالص در سراسر جهان حدود 300 میلیارد متر مکعب است

[سیندخت 18,785]

مشکل اصلي در زمينه استفاده وسيع از پيل‌هاي سوختي، فقدان فناوري موثر براي ذخيره هيدروژن است. هيدروژن در شرايط عادي گاز است و فضاي بسيار زيادي اشغال مي‌کند. اين امر در کاربردهاي ثابت مشکلي ايجاد نمي‌کند، زيرا با استفاده از فناوري‌هاي فعلي مي‌توان اين ماده را در مخازن بزرگ در فشار کمي بالا نگهداري کرد. اما براي اينکه بتوان از اين فناوري در کاربردهاي سيار همانند خودروها استفاده کرد، بايد راهي براي ذخيره ارزان، ايمن، موثر و فشرده اين گاز پيدا کرد.

 

حال گروهي از پژوهشگران اروپايي با استفاده از واکنش‌هاي شيميايي برگشت‌پذير نانومحدودشده، مفهوم جديدي در اين حوزه ارائه کرده‌اند. آنها نشان داده‌اند که هيدريدهاي نانومحدودشده قابليت بالايي در ذخيره هيدروژن دارند.

 

 

اين تحقيق که در دانشگاه Aarhus در دانمارک انجام شده است، روي استفاده از مواد نانوحفره‌اي به‌عنوان چارچوبي براي تهيه و محدود کردن هيدريدهاي فلزي تمرکز دارد. اين راهکار پايين به بالا امکان محدود کردن اندازه ذرات به متوسط اندازه حفرات ماده نانوحفره‌اي را فراهم مي‌کند. در نتيجه مي‌توان ذرات کوچک‌تري نسبت به روش‌هاي مکانيکي به دست آورد. به‌علاوه، جدا شدن نانوذرات توسط ماده چارچوب، از رشد بيش از حد و توده‌اي شدن ذرات جلوگيري مي‌کند. نانومحدود شدن همچنين مي‌تواند ويژگي هيدروژنه کردن مجدد هيدريدهاي فلزي پيچيده را بهبود بخشد.

[سیندخت 18,785]

[TABLE=class: text, width: 100%]

[TR]

[TD]نانومحدود کردن هيدريدهاي فلزي درون چارچوب نانوحفره‌اي چندين مزيت دارد:

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]

1. افزايش مساحت سطحي واکنش‌دهنده‌ها
   
2. انتشار ذرات هيدريد فلزي با فاصله نانومتري
   
3. افزايش تعداد مرزهاي ذرات
   

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]اين مزايا موجب مي‌شود رهايش و جذب هيدروژن تسهيل شده و سينتيک واکنش بهبود يابد

 

 

 

 

به‌دليل دانسيته نظري بالاي هيدروژن در بوروهيدريد ليتيم (LiBH₄) و هيدريد منيزيم (MgH₂)، مطالعات زيادي روي اين مواد صورت گرفته است. با اين حال پايداري حرارتي بالاي بوروهيدريد ليتيم استفاده از آن را به‌عنوان ماده حالت جامد ذخيره کننده هيدروژن محدود کرده است؛ آزاد شدن هيدروژن از اين ماده در دماهاي بالاي 400 درجه سانتي‌گراد صورت مي‌گيرد. به‌علاوه، جذب هيدروژن نيز نياز به شرايط بسيار سخت دارد. به‌همين ترتيب استفاده از فلز بسيار فراوان و ارزان منيزيم به‌دليل ويژگي‌هاي نامطلوب ترموديناميکي آن با دشواري مواجه است.

 

خوشبختانه با ترکيب کردن واکنش‌هاي شيميايي گرمازا و گرماگير مي‌توان هر دو ويژگي سينتيکي و ترموديناميکي مواد ذخيره کننده هيدروژن را بهبود بخشيد.

 

اين گروه تحقيقاتي با مطالعه اثر نانومحدودسازي روي ويژگي‌هاي ذخيره هيدروژن سامانه بوروهيدريد ليتيم/هيدريد منيزيوم دريافتند که پايداري برگشت‌پذير و سينتيک واجذب هيدروژن در اين سيستم نسبت به حالت توده‌اي بهبود قابل ملاحظه‌اي يافته است.

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]