Σκόνη αλουμινίου-γαλλίου εξάγει υδρογόνο από ακάθαρτο νερό

Σκόνη αλουμινίου-γαλλίου εξάγει υδρογόνο από ακάθαρτο νερό

«Χωρίς καθόλου εισροή ενέργειας μπορούμε να εξάγουμε υδρογόνο σε απίστευτους ρυθμούς. Δεν έχω ξαναδεί κάτι παρόμοιο», είπε ο καθηγητής του UCSC Scott Oliver, περιγράφοντας τη νέα σκόνη νανοσωματιδίων αλουμινίου-γαλλίου που παράγει υδρογόνο όταν τοποθετηθεί σε νερό, ακόμα και θαλασσινό.

Disclaimer: Απαγορεύεται η αναδημοσίευση, αναπαραγωγή, ολική, μερική ή περιληπτική ή κατά παράφραση ή διασκευή ή απόδοση του περιεχομένου του παρόντος διαδικτυακού τόπου με οποιονδήποτε τρόπο, χωρίς αναφορά στο RAWMATHUB.GR (με ενεργό link) ή χωρίς την προηγούμενη γραπτή άδεια του RAWMATHUB.GR. 

Το αλουμίνιο από μόνο του οξειδώνεται γρήγορα στο νερό, αφαιρώντας το οξυγόνο από το νερό και απελευθερώνοντας υδρογόνο ως υποπροϊόν. Ωστόσο, αυτή είναι μια βραχύβια αντίδραση, επειδή στις περισσότερες περιπτώσεις το μέταλλο αποκτά γρήγορα μια μικροσκοπική λεπτή επίστρωση οξειδίου του αλουμινίου που το «σφραγίζει» και βάζει τέλος στη αντίδραση. Αλλά οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο UC Santa Cruz ισχυρίζονται ότι βρήκαν έναν οικονομικά αποδοτικό τρόπο για να κρατήσουν την αντίδραση ενεργή.

Ήταν ήδη γνωστό από προηγούμενες έρευνες ότι το γάλλιο αφαιρεί την επικάλυψη οξειδίου του αλουμινίου και διατηρεί το αλουμίνιο σε επαφή με το νερό για να συνεχίσει την αντίδραση, αλλά οι ίδιες έρευνες τόνιζαν ότι οι συνδυασμοί μετάλλων με περίσσεια αλουμινίου είχαν περιορισμένη επίδραση. Έτσι, όταν ο καθηγητής χημείας/βιοχημείας Bakthan Singaram ανακάλυψε ότι ο μαθητής του Isai Lopez πειραματίζονταν με την παραγωγή υδρογόνου μέσω αλουμινίου και γαλλίου στην κουζίνα του σπιτιού του, δεν του φάνηκε να υπάρχει κάτι ιδιαίτερα ιδιαίτερο στην ιδέα.

«Δεν το έκανε με επιστημονικό τρόπο, οπότε τον έβαλα μαζί με έναν μεταπτυχιακό φοιτητή για να κάνει μια συστηματική μελέτη», είπε ο Singaram. «Νόμιζα ότι θα ήταν καλή διατριβή για αυτόν να μετρήσει την παραγωγή υδρογόνου από διαφορετικά αναλογίες γαλλίου και αλουμινίου». Όμως ο Lopez αποφάσισε να επεκτείνει το πείραμα και να δοκιμάσει μείγματα με περίσσεια γαλλίου. Τότε τα πράγματα αντιστράφηκαν και η παραγωγή υδρογόνου εκτοξεύτηκε ενώ η ομάδα προσπαθούσε να καταλάβει γιατί αυτά τα μείγματα συμπεριφέρονταν τόσο θεμελιωδώς διαφορετικά.

Μετά από μελέτες ηλεκτρονικής μικροσκοπίας και περίθλασης ακτίνων Χ, οι ερευνητές συνειδητοποίησαν ότι το πιο αποτελεσματικό μείγμα αποτελούνταν από τρία μέρη γαλλίου προς ένα μέρος αλουμινίου και έκανε πράγματι κάτι που οι χαμηλότερες αναλογίες δεν έκαναν: όχι μόνο το γάλλιο διέλυε το οξείδιο του αλουμινίου, αλλά προκαλούσε επίσης το διαχωρισμό του αλουμινίου σε νανοσωματίδια και τα διατηρούσε διαχωρισμένα.

«Το γάλλιο διαχωρίζει τα νανοσωματίδια και τα εμποδίζει να συσσωματωθούν σε μεγαλύτερα σωματίδια», είπε ο Singaram. «Γενικά, η παραγωγή νανοσωματιδίων αλουμινίου είναι δύσκολη και εδώ τα παράγουμε υπό κανονικές συνθήκες ατμοσφαιρικής πίεσης και θερμοκρασίας δωματίου».

Με το αλουμίνιο σε μορφή νανοσωματιδίων, το εμβαδόν της επιφάνειας του αλουμινίου μεγιστοποιείται και η αντίδραση με το νερό είναι θεαματικά αποτελεσματική, αφαιρώντας το 90% της θεωρητικά μέγιστης δυνατής ποσότητας υδρογόνου για μια δεδομένη ποσότητα αλουμινίου. Σε μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό ACS Nano Materials, οι ερευνητές αναφέρουν ότι ένα μόνο γραμμάριο του συγκεκριμένου κράματος γαλλίου-αλουμινίου, θα απελευθερώσει τάχυστα 130 ml υδρογόνου όταν τοποθετηθεί σε νερό.

Ένα μέρος scrap αλουμινίου αναμιγνύεται με τρία μέρη γαλλίου για να δημιουργηθεί το βέλτιστο μείγμα αλουμινίου-γαλλίου

Αξιοσημείωτο είναι ότι η πηγή νερού δε χρειάζεται να είναι καθαρή. «Οποιαδήποτε διαθέσιμη πηγή νερού μπορεί να χρησιμοποιηθεί», αναφέρει η μελέτη, «συμπεριλαμβανομένων των λυμάτων, των εμπορικών ποτών ή ακόμα και του θαλασσινού νερού, χωρίς παραγωγή αερίου χλωρίου».

Το γάλλιο βέβαια είναι ακριβό. Αλλά οι ερευνητές λένε ότι μπορεί να ανακτηθεί πλήρως στο τέλος της διαδικασίας και να χρησιμοποιηθεί με νέο ​​αλουμίνιο. Επιπλέον, η δημιουργία του κράματος είναι εξαιρετικά εύκολη. Κάποιος απλώς αναμιγνύει χειροκίνητα το γάλλιο μαζί με το αλουμίνιο, το οποίο μπορεί να προέρχεται και από χρησιμοποιημένο αλουμινόχαρτο ή αλουμινένια κουτιά αναψυκτικών, στη σωστή αναλογία.

«Η μέθοδός μας χρησιμοποιεί μια μικρή ποσότητα αλουμινίου, η οποία διασφαλίζει ότι διαλύεται στην περίσσεια γαλλίου ως διακριτά νανοσωματίδια», είπε ο Oliver. «Αυτό απελευθερώνει μια πολύ μεγαλύτερη ποσότητα υδρογόνου, πολύ κοντά στη θεωρητική τιμή που προβλέπεται για μία συγκεκριμένη ποσότητα αλουμινίου. Η διαδικασία αυτή κάνει επίσης την ανάκτηση του γαλλίου ευκολότερη ώστε να επαναχρησιμοποιηθεί». Η ομάδα έχει καταθέσει αίτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας σχετικά με τη διαδικασία και αρχίζει να εξετάζει πώς θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε εμπορική κλίμακα.

Ουσιαστικά η όλη διαδικασία είναι ένας τρόπος αποθήκευσης και απελευθέρωσης υδρογόνου σε στερεά κατάσταση. Το υδρογόνο είναι ένα σημαντικό καύσιμο που θα είναι απαραίτητο σε ορισμένες εφαρμογές κατά τη διάρκεια της προσπάθειας για net-zero, αλλά είναι, σε μεγάλο βαθμό, δύσκολο και ακριβό να συμπιεστεί σε μορφή αερίου ή να συμπυκνωθεί κρυογονικά σε υγρό, για αποθήκευση και μεταφορά.

Μια σκόνη αποθήκευσης υδρογόνου, από την άλλη πλευρά, είναι πολύ πιο εύκολη και φθηνότερη στον χειρισμό, αλλάζοντας ενδεχομένως το κόστος δημιουργίας και αποθήκευσης υδρογόνου τόσο δραστικά που οι νέες εφαρμογές γίνονται βιώσιμες.

Το συγκεκριμένο υλικό ακούγεται εξαιρετικά εύκολο στην παραγωγή και ακόμη πιο εύκολο στη χρήση για παραγωγή υδρογόνου. Θα αποθηκεύεται και θα μεταφέρεται χωρίς κίνδυνο για τουλάχιστον τρεις μήνες εάν αποθηκευτεί σε αέριο κυκλοεξάνιο. Το γεγονός ότι η μέθοδος μπορεί να εφαρμοστεί ακόμη και σε θαλασσινό νερό είναι εξαιρετικά σημαντικό. Η πρόσβαση σε καθαρό νερό δεν είναι πάντα εφικτή και η έλλειψή του θα έθετε σε κίνδυνο μία εφαρμογή εμπορικής κλίμακας. Επιπλέον, το γεγονός ότι το γάλλιο μπορεί να συλλεχθεί και να ανακυκλωθεί ξανά στη διαδικασία, θα συμβάλλει στη μείωση του κόστους. Και το γεγονός ότι η αντίδραση συμβαίνει σε ατμοσφαιρικές πιέσεις και θερμοκρασίες, σημαίνει ότι είναι δυνατόν να επιτευχθεί με λιγότερο εξοπλισμό κοντά στα σημεία τελικής χρήσης του υδρογόνου.

Εάν η σκόνη αυτή αντιμετωπίζεται ως μέσο αποθήκευσης υδρογόνου, τότε η βασική μέτρηση είναι πιθανώς το κλάσμα μάζας: για μια δεδομένη μάζα σκόνης, πόσο υδρογόνο μπορεί να παραχθεί; Εάν ένα γραμμάριο σκόνης γαλλίου-αλουμινίου παράγει 130 ml ή 5,4 mmol υδρογόνου, αυτό το υδρογόνο θα ζύγιζε 0,00544 γραμμάρια. Αυτό είναι ένα κλάσμα μάζας 0,544%.

Η σκόνη Si+ της EAT είναι πιθανώς η ουσία που υπερισχύει έναντι της νέας μεθόδου που αναλύθηκε, τουλάχιστον σε αυτό το στάδιο, εφόσον προκύπτει κλάσμα μάζας ίσο με 13,5%. Φυσικά, υπάρχουν πολλοί άλλοι παράγοντες όταν εξετάζουμε έναν εμπορικό κύκλο μεταφοράς και απελευθέρωσης ενέργειας, ιδιαίτερα για μία διαδικασία που μπορεί να λειτουργήσει με οποιαδήποτε ποιότητα νερού, οπότε σίγουρα υπάρχουν ακόμα ευκαιρίες για αυτή τη νέα σκόνη να χρησιμοποιηθεί σε εμπορικές εφαρμογές.

Πηγή: NewAtlas.com

ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ - ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΣΥΝΤΑΚΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ RAWMATHUB.GR
Image

Έγκυρη ενημέρωση για την αξιακή αλυσίδα των raw materials

NEWSLETTER