نوشته بلاگ

ابداع روشی ساده برای تبدیل آب به هیدروژن در دمای اتاق

روشی برای تولید سوخت هیدروژن در دمای اتاق با استفاده از پسماندهای آلومینیوم و گالیوم بدون نیاز به انرژی اولیه ابداع شده است که ازنظر پتانسیل تجاری‌سازی توانمند به‌نظر می‌رسد.

سوخت هیدروژنی وزن خاصی را در برنامه‌ریزی‌ها و امیدهای بشر درزمینه‌ی تأمین سوخت‌هایی پاک و فراوان در دهه‌های آینده به خود اختصاص داده است. کارشناسان و اهل فن حساب ویژه‌ای روی هیدروژن برای آینده‌ی بشر و چالش ما با مسئله‌ی انرژی روی سیاره باز کرده‌اند. طبعاً برنامه‌ریزی‌های دورودراز درزمینه‌ی هیدروژن و اندیشیدن به آینده‌ای مبتنی‌بر سوخت‌های هیدروژنی خوب و جذاب است؛ اما ابتدا باید بتوانیم آن را تولید کنیم!

تا زمانی‌که دانشمندان نتوانند راه‌هایی برای تولید هیدروژن به‌صورت عملی و ارزان و بدون اتکا به سوخت‌های فسیلی پیدا کنند، همچنان مانعی اساسی در مسیرمان به‌سوی توسعه‌ی پایدار خواهیم داشت. در پژوهشی جدید، گروهی از دانشمندان گام امیدوارکننده دیگری را در این مسیر برداشته‌اند؛ البته به‌شرطی‌که بتوانیم به‌طرز مناسبی از منابع موجود آلومینیوم و گالیوم دورریخته‌شده و پس‌ازمصرف استفاده کنیم.

در تحقیقات جدید، دانشمندان روشی نسبتاً ساده‌ مبتنی‌بر نانوذرات آلومینیوم را پیشنهاد می‌کنند. در این روش، می‌توان اکسیژن را از مولکول‌های آب جدا و گاز هیدروژن برجای‌مانده را برداشت کرد. فرایند فوق مقادیر زیادی هیدروژن تولید می‌کند و همه مراحل آن در دمای اتاق صورت می‌گیرد.

روش تازه یکی از بزرگ‌ترین موانع موجود بر مسیر تولید سوخت هیدروژن را از میان برمی‌دارد: مصرف زیاد انرژی برای تولید هیدروژن با استفاده از روش‌های موجود. این تکنیک روی هر نوع آبی ازجمله آب‌های فاضلاب و آب اقیانوس نیز کار می‌کند. اسکات اولیور، دانشمند علم مواد از دانشگاه کالیفرنیا سانتا کروز (UCSC) می‌گوید:

به انرژی ورودی نیاز نداریم و [روشمان] هیدروژن را دیوانه‌وار حباب می‌کند. هرگز چنین چیزی ندیده‌ام.

کلید این فرایند استفاده از فلز گالیوم برای فعال‌کردن واکنش مداوم با آب است. این واکنش آلومینیوم-گالیوم-آب برای دهه‌ها شناخته شده بود؛ اما گروه پژوهشی در تحقیق جدیدشان آن را به چند روش خاص بهینه‌سازی کرده بهبود بخشیده‌اند.

محققان با کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی و تکنیک‌های پراش اشعه‌ی ایکس، توانستند بهترین ترکیب آلومینیوم و گالیم را برای تولید هیدروژن با بیشترین بازده پیدا کنند: کامپوزیت گالیم-آلومینیوم یک به سه.

آلیاژ غنی از گالیوم هم در حذف پوشش اکسید آلومینیوم که معمولاً واکنش با آب را مسدود و هم در تولید نانوذرات آلومینیوم که واکنش‌های سریع‌تری را امکان‌پذیر می‌کند، کار مضاعف انجام می‌دهد. باکتان سینگارام، استاد شیمی آلی در UCSC می‌گوید:

گالیوم نانوذرات را جدا و از تجمع آن‌ها به‌شکل ذرات بزرگ‌تر جلوگیری می‌کند. افراد و گروه‌های مختلف برای تولید نانوذرات آلومینیوم به مشکل برمی‌خورند و ما در این‌‌جا آن‌ها را زیر فشار اتمسفر معمولی و شرایط دمای اتاق تولید می‌کنیم.

محققان گزارش می‌دهند که روش اختلاط ارائه‌شده چندان پیچیده نیست و ماده‌ی کامپوزیت را می‌توان حداقل به‌مدت سه ماه و به‌منظور حفاظت از آن دربرابر رطوبت در سیکلوهگزان نگه‌داری کرد؛ درغیراین‌صورت، کارایی ماده کاهش پیدا می‌کند.

باید توجه کنیم که آلومینیوم راحت‌تر از گالیوم به‌دست می‌آید؛ زیرا می‌توان آن را از مواد استفاده‌شده و دوریخته‌شده‌ای ازقبیل قوطی‌های آلومینیومی و فویل‌های دورریز تهیه کرد. همچنین، گالیوم گران‌تر و نایاب‌تر است؛ اما در این فرایند دست‌کم می‌توانیم آن را بازیابی و بارهاوبارها بدون ازدست‌دادن کارایی‌اش دوباره از آن استفاده کنیم.

هنوز کارهای زیادی برای انجام وجود دارد. احتمالاً شاید شما هم حدس زده‌ باشید: نخستین مسئله این است که دریابیم آیا روش آزمایشگاهی این‌چنینی قابلیت گسترش به مقیاس تجاری را خواهد داشت یا خیر. بااین‌همه، این نشانه‌ها و نتیجه‌های اولیه خبر از این می‌دهند که با روشی بسیار پرظرفیت برای تولید سوخت هیدروژنی مواجه هستیم. محققان در بخشی از مقاله‌ی علمی خود نتیجه می‌گیرند:

به‌طور‌کلی، مخلوط گالیوم-آلومینیوم غنی از گالیوم مقادیر زیادی هیدروژن را در دمای اتاق بدون هیچ انرژی ورودی‌یا دست‌کاری مواد یا تغییر pH تولید می‌کند.