Günəş işığı ilə sudan təmiz hidrogen istehsal edən yeni kristal hazırlanıb

Hidrogen yanacaq elementləri ilə işləyən avtomobilləri enerji ilə təmin edə bilər. Lakin hidrogenin təbii qazdan istehsalı zamanı atmosferə karbon qazı buraxılır. Sudan hidrogen əldə etmək isə su molekullarını təşkil edən hidrogen və oksigen atomlarını ayırmaq üçün enerji tələb edir. Bu enerjinin təmiz mənbələrdən təmin edilməsi yanacağın maya dəyərini əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilər. ABŞ-ın Oreqon Dövlət Universitetinin kimyaçısı Kiriakos Stylianunun rəhbərlik etdiyi tədqiqatçılar qrupu işıq vasitəsilə sudan sürətli və səmərəli şəkildə hidrogen istehsal edə bilən yeni materiallar ailəsi hazırlayıb. 

 “Yaşıl hidrogen” niyə bahadır?

Sudan hidrogen əldə etməyin mövcud üsullarından biri elektrokatalizdir. Bu prosesdə elektrik enerjisindən və kimyəvi reaksiyanı sürətləndirən katalizatordan istifadə olunur. Katalizator reaksiyanı sürətləndirsə də, özü daimi kimyəvi dəyişikliyə məruz qalmır. Bu üsulun ekoloji faydası istifadə edilən elektrik enerjisinin mənbəyindən asılıdır. Elektrik bərpaolunan mənbələrdən əldə edildikdə daha təmiz hidrogen istehsal etmək mümkündür. Bununla belə, yaşıl hidrogenin təbii qazdan alınan hidrogenlə rəqabət aparması üçün elektrik enerjisinin ucuz olması vacibdir. Stylianunun təqdim etdiyi rəqəmlərə görə, metanın su buxarı ilə çevrilməsi üsulu ilə hidrogen istehsalının dəyəri kiloqram başına təxminən 1,50 dollar, yaşıl hidrogenin istehsalının dəyəri isə təxminən 5 dollar təşkil edir.  Bu fərqin azaldılması təkcə nəqliyyat sektoru üçün deyil, həm də ammonyak istehsalı, metalların emalı və plastiklərin hazırlanması kimi sənaye sahələri üçün əhəmiyyətlidir.

Kristalın tərkibindəki metallar istehsalın səmərəliliyinə təsir edir

BVR-19 materialında üzvi molekullar müsbət yüklü metal ionlarını bir-birinə bağlayaraq nanoskopik məsamələrə malik struktur yaradır. Metal-üzvi karkaslar (MOF) adlanan bu kristal quruluşlar alimlərə müxtəlif metallar və üzvi komponentlər seçməklə materialların xüsusiyyətlərini dəyişdirmək imkanı verir. Bu sahədə tədqiqatların miqyası da genişdir: indiyədək təxminən 100 min müxtəlif MOF sintez edilib, daha yarım milyon variantın xüsusiyyətləri isə proqnozlaşdırılıb. Mümkün dizaynların sayı milyonlarla ölçülür.  Stylianunun sözlərinə görə, materialın digər komponentlərini əsasən dəyişməz saxlayaraq yalnız metalı dəyişməklə alimlər bəzi MOF variantlarının niyə digərlərindən daha yaxşı işlədiyini müəyyən ediblər. Tədqiqatçı hesab edir ki, əldə olunan nəticələr günəş enerjisi ilə yanacaq istehsalı üçün daha effektiv materialların hazırlanmasında yeni dizayn prinsipləri təklif edir.

BVR-19-un əsas xüsusiyyətlərindən biri onun tərkibindəki kükürdlə əlaqədardır. İşıq materiala düşdükdə iki kükürd atomu arasındakı rabitə müvəqqəti olaraq qırılır və kimyəvi baxımdan aktiv kükürd hissəcikləri yaranır. Bu proses materialın fotokatalizator kimi fəaliyyət göstərməsinə imkan verir. Fotokatalizator işığı udaraq daha yüksək enerji vəziyyətinə keçir və həmin enerjidən kimyəvi reaksiyanın baş verməsinə kömək etmək üçün istifadə edir.  Stylianu vurğulayıb ki, bu materialda əsas işi üzvi komponent yerinə yetirir. Metal atomlarına əsaslanmaq əvəzinə, tərkibində kükürd olan üzvi quruluşlar işıq enerjisini tutur və elektronları hidrogen istehsalı üçün lazım olan istiqamətə yönəldir. Alimlərin yanaşması belə materialların hazırlanmasında əsas diqqətin yalnız metal komponentlərə deyil, üzvi hissələrin işıqla qarşılıqlı təsirinə də yönəldilməsinin vacibliyini göstərir.

BVR-19-un başqa bir üstünlüyü əlavə bahalı metal katalizatora ehtiyac duymamasıdır. Bu xüsusiyyət gələcəkdə günəş işığı ilə hidrogen istehsal edən sistemlərin quruluşunu sadələşdirə və xərcləri azaltmağa kömək edə bilər. Bundan başqa, material otaq temperaturunda, su əsaslı məhlulda öz-özünə formalaşa bilir. Tədqiqatçılar hesab edirlər ki, bu xüsusiyyət onun hazırlanması zamanı tələb olunan enerji baxımından da üstünlük yarada bilər.

Bununla belə, yeni kristalın laboratoriya səviyyəsindəki üstünlüklərinin genişmiqyaslı və iqtisadi cəhətdən əlverişli istehsal sisteminə çevrilməsi üçün əlavə mühəndislik və texnoloji işlər tələb olunacaq. Kəşfin əsas əhəmiyyəti günəş işığından istifadə edərək daha ucuz və təmiz hidrogen istehsalına aparan yeni elmi yanaşma təklif etməsidir.

mənbə: scitechdaily.com