Ученым удалось разработать принципиально новый метод, позволяющий связывать водород, – перспективное экологически чистое топливо, как считают многие аналитики.

В новой технологии используются уже известные материалы, но в виде наночастиц.

Аккумулятор нового поколения, разработанный учеными, состоит из нанокомпозита. Это материал, в котором два основных компонента объединяются в механической смеси. Первый компонент – это металлический магний, представляющий собой нанокристаллы. Именно они обеспечивают связывание водорода. Вторым компонентом является специальный полимер. Он проницаем для водорода и представляет собой однородную среду, содержащую элементы магния.

Группа ученых, возглавляемая профессором Джеффри Урбаном, из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли провела всего несколько экспериментов, в результате которых выяснилось, что при нагревании материала до 200о С происходит полная его «зарядка» водородом меньше чем за полчаса. При этом водород может составлять до 6 процентов от общей массы кристаллов магния в нанокомпозите. Кроме того, ученые установили, что быстродействие, температурный режим и емкость материала соответствуют общепринятым стандартам. Благодаря этому системы на его основе можно внедрять в различные технические средства на коммерческой основе, в основном в автотранспорте. Ученые также выяснили, что повторяющиеся многократно циклы разрядки и зарядки не наносят новому материалу существенного вреда.

Не вызывает сомнения и экономическая целесообразность применения технологий, в основе которых лежит новый материал. Дело в том, что этот нанокомпозит достаточно дешевый вследствие отказа от дорогостоящих катализаторов, которые часто применяются в технологиях с водородным топливом. В настоящее время ученые работают над увеличением емкости материала по водороду, которая бы составляла более 6 процентов от массы аккумулятора.

Уже не одно десятилетие ведутся разработки в области использования водорода в энергетических целях. Дело в том, что после сгорания водорода остаются только пары воды. Поэтому водород считается одним из самых чистых видов топлива в мире. Но одна из самых серьезных проблем, с которой обычно сталкиваются исследователи, – это поиск эффективного и надежного способа хранения водорода. Хранение водорода при помощи сжатия не очень целесообразный способ, так как для этого требуются тяжелые толстостенные металлические баллоны, чтобы поддерживать давление на нужном уровне. В связи с этим исследования ведутся в направлении поиска твердых материалов, которые обладают способностью удерживать больше объемы водорода в своей структуре, и который при нагревании можно высвободить.

С этой целью испытывались различные материалы: химически активные металлы, полимеры, углеродные нанотрубки и так далее. Противоречивые требования к свойствам материала существенно усложняли его поиск. Он одновременно должен и активно взаимодействовать с водородом, как можно больше вбирать его в себя. И в то же время не должен его сильно связывать, чтобы водород мог легко высвобождаться при температурном воздействии.

При проведении испытаний гидридов легких металлов, к примеру, гидрида магния, выяснилось, что они хорошо абсорбируют в своей структуре достаточно большие количества водорода, но при этом слишком прочно его связывают. Поэтому, чтобы высвободить водород из структуры гидрида приходится подвергать его нагреванию до очень высоких температур. Это приводит к дополнительным неоправданным энергозатратам. Основываясь на результатах испытаний, ученые Урбаном выяснили, что при использовании наночастиц магния происходит ускорение процессов абсорбции и выделения водорода. Это возможно благодаря особой структуре поверхности магния, приобретаемой им наноразмерном состоянии.

Исследования убедительно продемонстрировали, какими возможностями обладает современная наука в области разработки специальных материалов. Д. Урбан заявил, что ученые работают в направлении дальнейшей оптимизации металлических наночастиц, и полимерного носителя. Это, по словам исследователей, позволит широко применять водородное топливо в энергетике.