ננו-חומרים בעלי יכולת אחסון מימן גבוהה

בניגוד לדלקים מבוססי-פחמימנים, הפולטים גזי חממה וזיהומים רעילים אחרים, תוצר השריפה היחיד של מימן הוא מים. בהשוואה לבנזין 

מאז שנות השבעים מתייחסים למימן כאל חלופה מבטיחה לדלקים מאובנים בזכות בעירתו הנקייה – בניגוד לדלקים מבוססי-פחמימנים, הפולטים גזי חממה וזיהומים רעילים אחרים, תוצר השריפה היחיד של מימן הוא מים. בהשוואה לבנזין, מימן הינו קל-משקל, מסוגל לספק צפיפות אנרגיה גבוהה יותר וזמין במיוחד. אולם, ישנה סיבה שבגינה אנו עדיין לא נהנים מכלכלת מימן: על-מנת להחליף את הבנזין כדלק, המימן חייב להיות מאוחסן באורח בטוח ודחוס, ויחד עם זאת להיות נגיש בקלות. לאור זמינותם המוגבלת של חומרים המסוגלים לדלג מעל מהמורות סותרות אלו, טכנולוגיות לאחסון מימן מפגרות אחרי חלופות אחרות לאספקת אנרגיה נקייה.

בשנים האחרונות חוקרים מנסים לתקוף את שתי המכשלות הללו באמצעות לכידת מימן בתוככי מוצקים תוך כדי אחסונן של כמויות גדולות בנפחים קטנים בעלי פעילות כימית נמוכה – מאפיין החיוני לשמירת גז נדיף זה במצב יציב. אולם, רוב סוגי המוצקים הללו מסוגלים לספוג כמות קטנה יחסית של מימן ומחייבים חימום/קירור קיצוני על-מנת להוליד יעילות אנרגיה מספקת.

כעת, מדענים מהמעבדה הלאומית לורנס ברקלי ממשרד האנרגיה של ארה”ב פיתחו חומר מרוכב חדשני המיועד לאחסון מימן ואשר מורכב מננו-חלקיקים של מגנזיום מתכתי הפזורים בתוככי מצע של פולימתיל מתאקרילט, הפולימר בבסיס החומר הנפוץ פלקסיגלס (Plexiglas, זכוכית פלסטית). חומר ננו-מרוכב זה קולט ופולט מימן במהירות בטמפרטורות מתונות ללא חמצון המתכת לאחר מחזורה – יכולת המהווה פריצת דרך משמעותית בתכנון חומרים המיועדים לאחסון מימן, ולפיתוח סוללות ותאי-דלק.

“מחקר זה מציג לראווה את היכולת שלנו לתכנן ננו-חומרים מרוכבים המסוגלים להתגבר על מחסומים קינטיים ותרמודינמיים יסודיים ולסייע בקבלת חומרים שעד כה היו חמקמקים ביותר,” אומר Jeff Urban, אחד ממנהלי המעבדה. “יתרה מכך, אנו מסוגלים למנף את התכונות הייחודיות הן של הפולימר והן של ננו-החלקיק המצויים בחומר מרוכב זה לפתרון בעיות דומות בתחומים אחרים של מחקרי אנרגיה.”

החוקרים השתמשו במיקרוסקופ על-מנת לצפות בננו-גבישי המגנזיום הפרטניים המפוזרים בתוככי הפולימר. באמצעות יכולות הדימות עתירות-הרזולוציה של מיקרוסקופ האלקטרונים העוצמתי ביותר בעולם הקיים במעבדה זו, החוקרים הצליחו גם לאתר פגמים – חללים אטומיים במערכת גבישית ומסודרת שלכאורה נראית מושלמת – תוך קבלת תובנה חסרת תקדים בנוגע להתנהגות של מימן בתוככי משפחה חדשה זו של חומרי אחסון.

“גילוי חומרים חדשים המסוגלים לסייע בידנו בפיתוח פתרונות אנרגיה ברי-קיימא הוא לב ליבת התכלית של משרד האנרגיה. המעבדה שלנו מספקת ניסויים חסרי-תקדים על-מנת לתמוך בתכלית זו בהצלחה מרובה,” אומר החוקר. ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Nature Materials.

הידיעה על המחקר