Cercetătorii în nanotehnologie de la Universitatea Deakin din Australia au anunțat că au găsit o modalitate eficientă și sigură de a stoca gazele la temperatura camerei, inclusiv hidrogenul, sub formă de pulbere. Procesul lor ar putea revoluționa cu adevărat industria petrochimică și ar putea accelera tranziția energetică a sectorului transporturilor. Principalele obstacole în calea adoptării pe scară largă a vehiculelor cu hidrogen – care ar contribui la reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră – sunt dificultățile de stocare și riscul de explozie în cazul unei scurgeri. În formă gazoasă, hidrogenul este exploziv și inflamabil. Foarte rar, trebuie să fie foarte puternic comprimat pentru a limita volumele de depozitare și riscul de scurgere este deosebit de mare; lichefierea sa necesită răcire la aproximativ -253°C – două operațiuni foarte consumatoare de energie. O echipă de cercetători poate să fi găsit o cale de a ocoli toate aceste probleme: abordarea lor face posibilă separarea, depozitarea și transportul unor cantități uriașe de gaze în deplină siguranță, fără pierderi.
O tehnică de separare aplicabilă stocării hidrogenului Dacă stocarea hidrogenului este complexă, este și mai delicată separarea amestecurilor gazoase, cum ar fi amestecurile de gaze de hidrocarburi care sunt emise în timpul extracției și rafinării combustibililor fosili. În prezent, separarea se realizează prin răcire la o temperatură foarte scăzută, până când gazele se lichefiază. Amestecul este apoi încălzit: diferitele gaze se evaporă la temperaturi diferite, ceea ce le permite să fie separate. Acest proces, numit „distilare criogenică”, este deosebit de consumator de energie: reprezintă 10 până la 15% din consumul global de energie.
Cercetătorii de la Universitatea Deakin au dezvoltat o abordare complet diferită, care necesită doar o cantitate mică de energie și nu generează deșeuri. Procesul lor se bazează pe mecano-chimie – un termen care cuprinde reacțiile chimice induse de forțe mecanice (și nu de temperatură sau lumină, de exemplu). Este vorba de pulbere de nitrură de bor (cu formula BN) și o moară cu bile – un cilindru rotativ care conține bile mici din oțel inoxidabil, care, conduse de mișcare, se rostogolesc continuu și cad în interior.
Echipa a descoperit că măcinarea unei anumite cantități de nitrură de bor în prezența unui amestec de gaze la o anumită intensitate și presiune a declanșat adsorbția unuia dintre gaze pe pulbere. Nu toate sunt adsorbite în același ritm, ceea ce face posibilă separarea lor. Pur și simplu încălziți pulberea sub vid pentru a recupera gazul mai târziu – temperatura de încălzire fiind specifică fiecărui gaz.
Un proces care necesită puțină energie Dr. Srikanth Mateti, primul autor al studiului, a spus că a trebuit să repete experimentul de 20 până la 30 de ori înainte de a putea crede cu adevărat! Fără îndoială: gazul nu se scursese din dispozitiv, dar fusese într-adevăr adsorbit de pulbere. Pulberea de nitrură de bor este ideală pentru acest scop, deoarece este foarte fină, dar are o suprafață mare de adsorbție. Se leagă perfect de anumite gaze, în special de cele aparținând clasei de alchene (numite anterior olefine) și alchine, cum ar fi etilena și acetilena de exemplu - atomii de azot se leagă de atomii de carbon ai gazelor.
Pentru experimentul lor, descris în revista Materials Today, echipa a folosit un amestec de gaz de alcan, alchină și alchenă. Unele au fost adsorbite rapid (în decurs de două ore), în timp ce altele au fost încă doar parțial adsorbite după 20 de ore. Procesul este, așadar, relativ lung în acest moment, dar Ying Ian Chen, profesor la Institutul pentru Materiale de Frontieră, Universitatea Deakin și coautor al studiului, este convins că este doar o chestiune de configurare și alegere a materialelor.
Procesul are multe avantaje. Pentru început, necesită puțină energie: aproximativ 77 de kilojuli pe secundă pentru a separa și stoca 1000 de litri de gaz - adică cu 90% mai puțină energie decât procesul de separare utilizat în prezent în industria petrolului. Apoi, nitrura de bor este reutilizabilă de mai multe ori și își pierde doar o mică parte din capacitățile sale de adsorbție cu fiecare ciclu de stocare și eliberare de gaz. Cercetătorii studiază însă posibilitatea de a trata pulberea în așa fel încât să se restabilească de fiecare dată aceste capacități de adsorbție.
Spre depozitare sigură, practică și eficientă Până acum, cercetătorii au arătat că este posibilă separarea diferitelor tipuri de gaze de hidrocarburi, precum metanul și acetilena, care pot fi apoi depozitate ușor și eficient. Mai precis, ei raportează capacități de adsorbție de 708 cm3/g pentru acetilenă și 1048 cm3/g pentru etilenă. Procesul ar putea reduce semnificativ consumul de energie (și costurile) industriei petrochimice.
Dar asta nu este tot: Chen și colegii săi sunt convinși că procesul ar putea funcționa și pentru a stoca alte gaze, precum hidrogenul sau dioxidul de carbon. În special, ar putea fi folosit pentru a elimina impuritățile de carbon conținute în hidrogen, garantând funcționarea corectă a pilelor de combustie.
„Nu există deșeuri, procesul nu necesită substanțe chimice dure și nu creează produse secundare. Nitrura de bor în sine este clasificată ca o substanță chimică de Nivel 0, ceea ce înseamnă că este sigur de a avea în casă. Aceasta înseamnă că puteți stoca hidrogen oriunde și îl puteți folosi oricând aveți nevoie de el”, rezumă dr. Mateti. Între timp, echipa a depus deja o cerere provizorie de brevet pentru acest proces inovator.
„Utilizarea mai eficientă a combustibililor gazoși mai curați, cum ar fi hidrogenul, este o abordare alternativă pentru reducerea emisiilor de carbon și încetinirea încălzirii globale”, a spus Ying Ian Chen. Dar înainte de asta, cercetătorii trebuie să-și valideze metoda cu industria pentru a dezvolta o aplicație practică.