محققان نشان دادند که می‌توان با اصلاحاتی در یک روش کلاسیک تولید هیدروژن، میزان تولید این گاز را به شکل قابل توجهی افزایش داد.
تولید انبوه هیدروژن با بهبود یک روش کلاسیک و قدیمی
آلومینیوم یک فلز بسیار واکنش‌پذیر است که می‌تواند اکسیژن را از مولکول‌های آب جدا کند و گاز هیدروژن تولید کند. استفاده گسترده از آن در محصولاتی که خیس می‌شوند هیچ خطری ندارد زیرا آلومینیوم فوراً با هوا واکنش می‌دهد و پوششی از اکسید آلومینیوم به دست می‌آورد که مانع از واکنش‌های بعدی می‌شود.
برای سال‌ها، محققان تلاش کرده‌اند تا راه‌های کارآمد و مقرون‌به‌صرفه‌ای برای استفاده از واکنش‌پذیری آلومینیوم برای تولید سوخت هیدروژن پاک بیابند. یک مطالعه جدید توسط محققان دانشگاه کالیفرنیا نشان می‌دهد که کامپوزیت گالیم و آلومینیوم که به راحتی تولید می‌شود، نانوذرات آلومینیومی ایجاد می‌کند که به سرعت با آب در دمای اتاق واکنش می‌دهند و مقادیر زیادی هیدروژن تولید می‌کنند. گالیم پس از واکنش به راحتی برای استفاده مجدد بازیابی شد، که ۹۰ درصد هیدروژنی را به دست می‌آورد که از نظر تئوری می‌توان از واکنش تمام آلومینیوم موجود در کامپوزیت تولید کرد.
اسکات الیور، استاد شیمی دانشگاه کالیفرنیا، گفت: «ما به هیچ ورودی انرژی نیاز نداریم، و هیدروژن دیوانه‌وار تولید می‌کند. من هرگز چیزی شبیه به آن ندیده‌ام.»
نتایج این پروژه در Applied Nano Materials منتشر شده است.
واکنش آلومینیوم و گالیم با آب از دهه ۱۹۷۰ شناخته شده است و ویدیوهای آن را به راحتی می‌توان به‌صورت آنلاین پیدا کرد. این فرآیند به این دلیل انجام می‌شود که گالیم، در دمای بالاتر از اتاق، پوشش اکسید آلومینیوم غیرفعال را حذف می‌کند و امکان تماس مستقیم آلومینیوم با آب را فراهم می‌کند. با این حال، این مطالعه جدید شامل چندین نوآوری و یافته‌های جدید است که می تواند به کاربردهای عملی منجر شود.
سینگارام گفت که این مطالعه از مکالمه‌ای که با دانشجویی به نام ایسای لوپز، یکی از نویسندگان مقاله، انجام داده بود نشات گرفته است. این دانشجو چند ویدیو دیده بود و شروع به آزمایش تولید هیدروژن از طریق آلومینیوم-گالیم در آشپزخانه خانه خود کرده بود.
سنگارام گفت: «او این کار را به روش علمی انجام نمی‌داد، بنابراین یک دانشجوی تحصیلات تکمیلی را با او همراه کردم تا یک مطالعه سیستماتیک انجام دهند. فکر می‌کردم این مطالعه یک پایان‌نامه کارشناسی ارشد خوب برای او باشد که خروجی هیدروژن را از نسبت‌های مختلف گالیم و آلومینیوم اندازه‌گیری کند.»
مطالعات قبلی عمدتاً از مخلوط‌های غنی از آلومینیوم و گالیم یا در برخی موارد آلیاژهای پیچیده‌تر استفاده می‌کردند. اما آزمایشگاه سینگارام دریافت که تولید هیدروژن با کامپوزیت غنی از گالیوم افزایش یافته است. در واقع، نرخ تولید هیدروژن به قدری غیرمنتظره بالا بود که محققان فکر کردند باید چیزی اساساً متفاوت در مورد این آلیاژ غنی از گالیوم وجود داشته باشد.
الیور پیشنهاد کرد که تشکیل نانوذرات آلومینیوم می‌تواند دلیل افزایش تولید هیدروژن باشد و آزمایشگاه او تجهیزات مورد نیاز برای تعیین مشخصات آلیاژ در مقیاس نانو را دارد. محققان با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش اشعه ایکس، تشکیل نانوذرات آلومینیوم را در یک کامپوزیت گالیم-آلومینیوم ۳:۱ نشان دادند که نسبت بهینه برای تولید هیدروژن است. سینگارام گفت: «گالیم نانوذرات را جدا می‌کند و از تجمع آن‌ها به ذرات بزرگتر جلوگیری می‌کند.»
این کامپوزیت را می‌توان با منابع آلومینیومی در دسترس، از جمله فویل یا قوطی‌های مستعمل، ساخت و کامپوزیت را می‌توان با پوشاندن آن با سیکلوهگزان برای مدت طولانی نگهداری کرد تا از رطوبت محافظت شود.
سینگارام گفت، اگرچه گالیوم فراوان نیست و نسبتاً گران است، اما می‌توان آن را چندین بار بازیابی کرد و دوباره از آن استفاده کرد بدون اینکه اثربخشی خود را از دست بدهد. با این حال، باید دید که آیا این فرآیند می‌تواند برای تولید تجاری هیدروژن کاربردی باشد یا خیر.
