محققان ژاپنی راهی ساده و مقرون‌به‌صرفه برای ذخیره هیدروژن پیدا کردند

محققان RIKEN که مرکزی برای علوم مواد نوبنیاد (CEMS) در ژاپن است، راهی ساده و مقرون‌به‌صرفه برای ذخیره آمونیاک یافته‌اند. از طرفی، آمونیاک ماده شیمیایی مهمی در بسیاری از صنایع محسوب می‌شود و از طرف دیگر، این کشف می‌تواند به ایجاد یک اقتصاد مبتنی بر هیدروژن کمک کند. بنابراین نتایج چنین تحقیقاتی می‌تواند از اهمیت بسزایی برخوردار باشد.

آمونیاک با فرمول NH3 به‌طور گسترده در صنایع مختلفی ازجمله نساجی و داروسازی کاربرد دارد و جزء مهمی در تولید کود است. روش مرسوم برای ذخیره آمونیاک این است که آن را پس از مایع‌شدن در دمای منفی ۲۷ درجه فارنهایت (منفی ۳۳ درجه سلسیوس)، در ظروف مقاوم در برابر فشار ذخیره می‌کنند. در تحقیق مرکز RIKEN دیگر نیازی به ظروف تحت فشار نیست و می‌توان آمونیاک را در دمای نسبتاً پایینی بازیابی کرد. آن‌ها در این روش جایگزین،‌ ذخیره آمونیاک در ترکیبات متخلخل را بررسی کردند و فرایند ذخیره‌سازی و بازیابی را در دمای اتاق انجام دادند. البته ظرفیت ذخیره‌سازی این ترکیبات با محدودیت روبه‌رو بوده است.

محققان دریافتند که پروسکایت‌ها، یعنی ساختارهای کریستالی که با بهبود راندمان در تبدیل انرژی پنل‌های خورشیدی مرتبط هستند،‌ می‌توانند به‌عنوان یک محیط عالی و آماده برای ذخیره و بازیابی آمونیاک عمل کنند.

پروسکایت‌ها حاملان آمونیاک هستند

محققان RIKEN در مطالعات و آزمایش‌های خود به نتایج قابل‌توجهی دست یافتند. آن‌ها اعلام کردند که پروسکایت اتیل آمونیوم یدید سرب (EAPbI3) در دما و فشار اتاق با آمونیاک وارد واکنش می‌شود و هیدروکسید یدید سرب را با فرمول شیمیایی Pb(OH)I می‌سازد. جالب اینجاست که یدید سرب اتیل آمونیوم که دارای ساختاری ستونی و تک‌بعدی است، پس از واکنش با آمونیاک، ساختاری لایه‌ای و دوبعدی را تشکیل می‌دهد.

آمونیاک گازی است که خاصیت خورندگی دارد اما واکنش شیمیایی آن با پروسکایت امکان ذخیره‌سازی ایمن آن را فراهم می‌کند. این روش نیاز به تجهیزات خاصی ندارد و فرایند بازیابی بسیار ساده انجام می‌شود.

یدید سرب اتیل آمونیوم در خلأ تا ۱۲۲ درجه فارنهایت (۵۰ درجه سلسیوس) حرارت می‌بیند و گاز آمونیاک آزاد می‌کند؛ درحالی‌که آمونیاک ذخیره‌شده در ترکیبات متخلخل نیاز به دمایی در حدود ۳۰۲ درجه فارنهایت (۱۵۰ درجه سلسیوس) برای بازیابی دارد.

حرکت به‌سمت اقتصاد هیدروژنی

از آنجا که استفاده از پروسکایت راهی برای ذخیره هیدروژن نیز ارائه می‌کند، کشف نقش این ماده از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. هر مولکول آمونیاک سه اتم هیدروژن دارد که درکل ۲۰ درصد وزن مولکول آن را تشکیل می‌دهد. هیدروژن ماده‌ای است که به‌خودی‌خود قابل احتراق است، اما آمونیاک به‌راحتی نمی‌سوزد، درنتیجه محیطی مناسب برای ذخیره آن تا زمان نیاز فراهم می‌کند.

واکنش پروسکایت-آمونیاک،‌ واکنشی برگشت‌پذیر است و پس از تکمیل بازیابی می‌توان از پروسکایت دوباره برای ذخیره آمونیاک استفاده کرد. جالب اینجاست که پروسکایت با ذخیره آمونیاک به رنگ سفید درمی‌آید و پس از بازیابی آمونیاک به رنگ زرد اولیه خود بازمی‌گردد. دانشمندان می‌توانند از این ویژگی برای ساخت حسگرهای رنگی برای تعیین میزان آمونیاک ذخیره‌شده در پروسکایت استفاده کنند.

اگر ما نتوانیم جایگزین مناسبی در صنعت حمل‌ونقل پیدا کنیم، احتمالاً تلاش‌های ما برای نادیده‌گرفتن سوخت‌های فسیلی بی‌فایده خواهد بود. چگالی توان هیدروژن تقریباً سه‌برابر بنزین یا گازوئیل است،‌ اما ماهیت قابل احتراق آن خطر بالایی دارد.

اگر بتوانیم روشی ساده و مقرون‌به‌صرفه برای استخراج هیدروژن در محل و به میزان موردنیاز پیدا کنیم، سریع‌تر به‌سوی اقتصاد مبتنی بر هیدروژن در آینده نزدیک پیش خواهیم رفت.

منبع: دیجیاتو