Anglies ir kalcio mišinys – vandenilio kaupimui

Raiso universiteto (JAV) tyrėjai nustatė, jog kalciu legiruoto karbino gardelė pasižymi savybe kaupti vandenilį taip, jog tai gerokai viršija Energijos departamento tyrėjų, ieškančių „žaliųjų“ kuro alternatyvų, lūkesčius.

Pastaraisiais metais gerokai išaugo nanotechnologijų taikymas energijos kaupimo tikslams – tai liudija įvairių pasaulio laboratorijų siūlymai kaip tinkamą terpę panaudoti nanovamzdelius arba juosteles. Tačiau pasak fiziko teoretiko Boriso Jakobsono (Boris Yakobson), praėjusią savaitę išspausdinusio savo darbą „Nano Letters“ žurnale, mokslininkai operuoja per dideliais masteliais. B. Jakobsonas yra Raiso universiteto medžiagų mokslo ir mechanikos inžinerijos bei chemijos profesorius.

Karbinu yra vadinama anglies atomų grandinėlė. Ją gautumėte, jeigu sugebėtumėte iš grafeno lakšto ištraukti giją, primenančią prairusią megztinio siūlę. „Plona kokia tik gali bebūti, vieno atomo storio anglies lazdelė, gerokai smulkesnė už anglies nanovamzdelį“, – teigia B. Jakobsonas.

Nors karbinas yra laikomas egzotine medžiaga, pastarieji eksperimentai rodo, jog ją galima susintetinti ir stabilizuoti kambario temperatūroje – būtent tokios aplinkos sąlygos labiausiai domina tyrėjus. Pasak profesoriaus, tai labai svarbu, nes kitos nanomastelinės medžiagos, pavyzdžiui, anglies nanovamzdeliai, grafenas ar netgi fulerenai, veiksmingai išlaiko vandenilį tiktai esant žemoms temperatūroms.

Tokias karbino savybes lemia ne kas kitas, o kalcis. Suformavęs gardelę, teoriškai vienas karbinas vandenilio galėtų išlaikyti apie 50 procentų savo svorio. Tačiau kaip pažymi B. Jakobsonas, silpnas ryšys galėtų susidaryti tiktai esant itin žemoms temperatūroms.

Situacija pasikeičia, kuomet įmaišomas kalcis. Jis leidžia gardelei adsorbuoti vandenilį su tokia ryšio energija, kuri tinkama efektyviam kambario temperatūros kaupimui. Kadangi kalcio atomai yra nelinkę grupuotis, juos galima išmėtyti po visą karbiną – kaip vynmedžio vynuoges. Kiekvienas kalcio atomas gali prisijungti šešis vandenilio atomus, o tai jau rimta paraiška sudaryti stambų vandenilio kaupimo tinklą.

Kadangi pavienių atomų grandinėlių struktūros būtų lengvos ir erdvios, daugiau vietos liktų vandenilio atomams.

Profesorius kartu su kolegomis pasiūlė kelias praktines vandenilio kaupimo strategijas. Vienos iš jų esmė yra ta, kad deimanto tipo gardelė leistų kiekvienam kalcio atomui adsorbuoti penkis vandenilio atomus, todėl kiekvieno pluoštelio anglies atomų skaičius nusakytų pilnąją talpą. Kita strategija yra paremta tuo, kad kalciu praturtinti pluošteliai būtų išgaunami iš grafeno – jie atstotų visos sistemos rėmus.

Pasak mokslininko, kol kas sunku pasakyti, kuris iš šių ar kitų metodų bus galiausiai realizuotas. „Tačiau aš nusiteikęs optimistiškai, – ryžtingai kalba profesorius. – Žvelgiant į šią teorinę koncepciją, mano patirtį ir eksperimentinius karbino sintezės įrodymus, tam, kad būtų pagaminti karbino tinklai, prireiktų nuo dvejų iki trejų metų. Be to, dar reiktų nuo vienerių ir dvejų metų, kad būtų tinkamai susidorota su medžiagos legiravumu kalciu. Taigi iš viso pramoniniam bandiniui pagaminti prireiktų nuo trejų iki penkerių metų – tiesa, dirbant sunkiai ir šiek tiek šypsantis sėkmei“.