Ocena użytkowników: 5 / 5

Gwiazdka aktywnaGwiazdka aktywnaGwiazdka aktywnaGwiazdka aktywnaGwiazdka aktywna
 

 

Wodór porównanie zasięgu auta Większość instalacji przemysłowych produkujących wodór jest od razu połączona z instalacjami do wykorzystania wodoru, ponieważ istnieje duży problem z jego przechowywaniem i transportem. Problem ten gra kluczową rolę w zastosowaniu wodoru jako paliwa samochodowego. Dla przykładu można tutaj przytoczyć pewne dane: przechowywanie 13 kg wodoru umożliwia przejechanie pojazdu na dystansie co najmniej 500 km z pełnym obciążeniem...

 

 

 

 

 

 

 

Sprężony wodór (250 atm, 20°C) wymaga zbiornika 650 litrowego, zaś skroplony 184 litrowy. Dla porównania odpowiadająca ilość benzyny wymaga jedynie zbiornika 70 litrowego.[7] Jak widać zbiornik wodoru musiałby być bardzo dużych rozmiarów, co nie jest ekonomiczne.

 

 

 

Obecnie wykorzystywanych jest kilka metod przechowywania wodoru takich jak, magazynowanie wodoru w formie gazu, cieczy, wodorków metali, związków chemicznych czy też w materiałach węglowych. Zbiorniki ciśnieniowe są duże, przeważnie cylindryczne, oraz zawierają gaz pod bardzo wysokim ciśnieniem Rys. 3. Przechowywanie wodoru postaci skroplonej wiąże się z dodatkowymi kosztami skroplenia wodoru oraz utrzymania niskiej temperatury w zbiorniku.

 

 

 

 

 

 

Rys. 3. Pojemność magazynowania wodoru w różnych układach. 1 –wodorki metali, 2-mikrokulki, 3 –wodór sprężony w pojemnikach metalowych, 4—wodór sprężony w pojemnikach kompozytowych, 5-wodór sprężony w pojemnikach kriogenicznych, 6-wodór ciekły w zbiornikach super zaizolowanych, 7-wodór zaadsorbowany w warunkach kriogenicznych, 8-kulki kompozytowe.[7]

 

 

 

Wodorki metali są substancjami zdolnymi do magazynowania wodoru oraz uwalniania go w niskiej temperaturze i ciśnieniu na przykład opracowany niedawno materiał oparty na amidzie litowym. W temperaturze 285 °C i podciśnieniem 1 atm. zachodzi reakcja: 2Li2NH2+ H2 = 2LiNH2 + 2LiH w wyniku czego można magazynować do 6.5 % m/m wodoru. Innym sposobem magazynowania jest wykorzystanie materiałów węglowych takich jak – węgle aktywne, nanorurki węglowe, aereożele, nanowłókna, włączając w to hybrydy ze związkami metaloorganicznymi, polimerami oraz klatratami. Jednymi z materiałów, cieszącym się dużą popularnością, są nanorurki. Adsorbowany wodór może wnikać do nanorurek bądź tworzyć warstwę na ich powierzchni. Badania odwracalnej pojemności sorpcyjnej w temperaturze pokojowej daje pojemność równą 1.5 %, przy wzroście ciśnienia pojemność ta rośnie. Przy drastycznych warunkach (ciśnienie 10 MPa, temp 77 K) uzyskuje się wydajność sorpcyjną wielkości 11.24 % co znacznie przewyższa założeniach DOE. Innym sposobem magazynowania jest uzyskiwanie wodoru w wyniku reakcji odwracalnych na przykład borowodorków. Borowodorek sodu reaguje z wodą wydzielając wodór NaBH4 + 2H2O → NaBO2 +4H2 z wydajnością 10.6 %. Regenerację materiału można przeprowadzić za pomocą BH3.

 

 

 

W badaniach nad poszukiwaniem nowych materiałów do magazynowania wodoru bardzo dużą rolę pełnią obliczenia teoretyczne. Modelowanie pozwala na zilustrowanie procesów dziejących się na powierzchni materiałów, obliczenie energii oraz sposobu wiązania. Na podstawie uzyskanych wyników można projektować nowe materiały, bądź modyfikować już istniejące w odpowiednich kierunkach. Badania teoretyczne mają tę dodatkową zaletę, że są tańsze od badań eksperymentalnych. W poszukiwaniu nowych materiałów badano metodami teoretycznymi nanorurki węglowe. Określono sposób ich oddziaływania z cząsteczkami wodoru oraz zauważono, że ilość zaadsorbowanego wodoru wzrasta wraz ze średnicą nanorurki.[8] Badano również energie oddziaływania wodoru z naładowanymi fullerenami. Stwierdzono, że naładowane fullereny silniej oddziałują z wodorem (0.18 - 0.32 eV), natomiast zamknięcie w środku fullerenu atomu metalu nie zwiększa znacząco energii tego oddziaływania.[9]

 

 

 

UWODOROWANIE

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 4. Przykład chemisorpcji na powierzchni nanorurki.[10]

 

 

 

Badano teoretycznie różne proste pochodne aromatyczne, które mogą wchodzić w skład polimerów, kompozytów. Energia oddziaływania wodoru z układami aromatycznymi takimi jak benzen, borazyna, piperydyna, furan, pirol wynosi do 1.2 kcal/mol. Dla benzenu została ona obliczona jako 0.74 (PW91/6-311++G(d,p)), 1.11 kcal/mol (MP2/aug-cc-pVTZ).[11] Wartość energii jest mała nie mniej jednak możliwe jest oddziaływanie, a zatem i adsorpcja na powierzchni. Obecnie szuka się materiałów o energii oddziaływania z wodorem około 4 kcal/mol.[12] [13]

 

 

 

Literatura

 

[1] Doppler, M. Rozwój i przyszłość napędu hybrydowo-wodorowego dla samochodów. Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, Kraków, 2005.

[4] Kothari, R.; Buddhi, D.; Sawhney, R. L., Comparison of environmental and economic aspects of various hydrogen production methods. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2008, 12, (2), 553-563.

 

[5] Holladay, J. D.; Hu, J.; King, D. L.; Wang, Y., An overview of hydrogen production technologies. Catalysis Today 2009, 139, (4), 244-260

[6] Hydrogen production overviev. http://www.hydrogenassociation.org/general/factSheet_production.pdf

 

[7] Surygała, J., Wodór jako paliwo. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne: Warszawa, 2008.

 

[8] Lee, S.; Lee, Y., Hydrogen storage in single-walled carbon nanotubes. Applied Physics Letters 2000, 76, (20), 2877-2879.

 

[9] Yoon, M.; Yang, S.; Wang, E.; Zhang, Z., Charged Fullerenes as High-Capacity Hydrogen Storage Media. Nano Letters 2007, 7, (9), 2578-2583.

 

[10] Nikitin, A.; Li, X.; Zhang, Z.; Ogasawara, H.; Dai, H.; Nilsson, A., Hydrogen Storage in Carbon Nanotubes through the Formation of Stable C-H Bonds. Nano Letters 2008, 8, (1), 162-167.

 

[11] Negri, F.; Saendig, N., Tuning the physisorption of molecular hydrogen: binding to aromatic, hetero-aromatic and metal-organic framework materials. Theor Chem Acc 2007, 118, (1), 149-163.

 

[12] Nevill Gonzalez, S.; Arta, S.; Boris, I. Y., B80 Fullerene: An Ab Initio Prediction of Geometry, Stability, and Electronic Structure. Physical Review Letters 2008, 100, (15), 159901.

 

[13] Li, M.; Li, Y.; Zhou, Z.; Shen, P.; Chen, Z., Ca-Coated Boron Fullerenes and Nanotubes as Superior Hydrogen Storage Materials. Nano Letters 2009, 9, (5), 1944-1948.

 

[14] dzięki uprzejmości Danielle Winslow, http://www.jetpackinternational.com

 

[15] http: //www.martinjetpack.com/history.aspx.

 

[16] http: //www.en.wikipedia.org/wiki.