استفاده از نانولوله‌های کربنی در ذخیره‌سازی هیدروژن

پژوهشگران آلمانی موفق به طراحی یک ماتریس نانولوله‌ی کربنی سه‌بعدی شدند که می‌تواند هیدروژن را با بازدهی بسیار بالایی ذخیره و آزاد کند. این پژوهشگران بر این باورند که این ماده می‌تواند پایه‌های اقتصاد نگهداری هیدروژن را شکل دهد.

پژوهشگران آلمانی موفق به طراحی یک ماتریس
نانولوله‌ی کربنی سه‌بعدی شدند که می‌تواند هیدروژن را با بازدهی بسیار
بالایی ذخیره و آزاد کند. این پژوهشگران بر این باورند که این ماده می‌تواند
پایه‌های اقتصاد نگهداری هیدروژن را شکل دهد.

هیدروژن یک منبع انرژی پاک و سودمند است که وقتی‌ به‌تنهایی می‌سوزد، آب
تولید می‌کند و به نظر می‌رسد که هیدروژن، سوخت سازگار با محیط زیست آینده
است؛ بنابراین موادی که می‌توانند هیدروژن را ذخیره و آزاد کنند، بسیار
قابل توجه هستند. تاکنون تلاش‌هایی برای گسترش مواد کربنی برای این هدف،
تنها برای مقادیر کم هیدورژن صورت گرفته‌است.

استفانو لیونی و همکارانش در دانشگاه فنی Dresden، برای طراحی ساختار
نانولوله‌ی کربنی سه‌بعدی از یک روش کامپیوتری استفاده کرده‌اند. این
ساختار، نسبت به سایر ساختارهای کربنی، توانایی ذخیره‌ی مقدار بیشتری
هیدروژن را در دمای اتاق دارد. لیونی می‌گوید:«نتایج نشان می‌دهد که این
مواد، سبک، ارزان و غیر سمی هستند، به‌ طوری که برای تولید در مقیاس‌های
بزرگ، مناسب هستند».

هدف سازمان انرژی آمریکا برای مواد ذخیره‌ساز هیدروژن تا سال ۲۰۱۵، شش درصد
وزنی است؛ یعنی ۶ درصد از کل وزن ماده پس از جذب هیدروژن، باید هیدروژن جذب
شده باشد. مواد نانولوله‌ای جدید لیونی، در دمای اتاق، ۵٫۵ درصد وزنی خود،
هیدروژن جذب می‌کنند که می‌تواند یکی از نامزدهای مناسب برای انتخاب باشد.
 

این گروه تحقیقاتی، با الهام گرفتن از
اسفنج‌های طبیعی، یک مدل رایانه‌ای طراحی کردند که نانولوله‌های کربنی را
در تمام مکان‌های ممکن یک شکبه‌ی اسفنجی قرار می‌دهد. لیونی می‌گوید:«قرار
دادن لوله‌ها یکی پس از دیگری، راهی برای منسجم کردن آنهاست؛ اما راه دیگری
نیز وجود دارد تا آنها را به صورتی قرار دهیم تا یکدیگر را قطع کنند، مانند
حفره‌ها در یک اسفنج. با استفاده از مدل‌سازی، ما دریافتیم که چگونه
چیدمان‌های فراوانی از نانولوله‌ها را می‌توان انجام داد تا در فضای مشخص
شده، جای بگیرند».

در مدل آنها، هر نانولوله در تماس با دیگری است، اما نه از قسمت لبه‌ی
نانولوله. پس از شبیه‌سازی جذب هیدروژن، گروه دریافت که این ساختارها،
مقدار قابل توجهی هیدروژن ذخیره کرده‌است. لیونی شرح می‌دهد:«راهی که ما
برای کنار هم قرار دادن آنها استفاده کردیم، نقاط تماسی را برای جذب
هیدروژن فراهم می‌کند که در اولویت هستند. قرار دادن لوله‌ها یکی پس از
دیگری به‌صورت موازی، این اثر را ندارد».

الینور کمپ‌بل -متخصص ساختارها و خواص نانولوله‌های کربنی در دانشگاه
ادینبورگ انگلیس- گفت:«این عمل می‌تواند پژوهشگران علوم تجربی را تشویق کند
تا امکان فراهم کردن شبکه‌های سه‌بعدی با خواصی مشابه ساختارهای ایده‌آلی
را که شرح داده شد ، گسترش دهند». وی افزود:«ساخت بعضی از شبکه‌های سه‌بعدی
با چینش دلخواه، بسیار سخت است و تا آنجا که من می‌دانم، هیچ‌ کس
نتوانسته‌است این عمل را با نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره انجام دهد؛ اما
گروه‌هایی در تلاشند تا این ساختارها را بسازند».

مرحله‌ی بعدی برای لیونی و گروهش این است که ساختارهایی به‌صورت تجربی با
کمک دیگران بسازند. او در پایان گفت:«ما پیش‌بینی می‌کنیم که در آینده‌ی
نزدیک از این مواد به‌عنوان مواد پیشرو در زمینه‌ی انرژی استفاده شوند».