Hidrogén tárolás
2050-re az emberiség energiaigénye a becslések szerint meg fog háromszorozódni az ezredfordulóhoz képest, ezért az alternatív energiaforrások feltárása egyre égetőbbé és elengedhetetlenné válik. Az egyik alapvető megoldandó probléma az üvegházhatást kiváltó CO2 kibocsátás drasztikus csökkentése. Az utóbbi két évtizedben nagy érdeklődés övezi a hidrogén energiaszektorba való beépítését, ami alapjául szolgálhat egy hidrogénalapú energiagazdaság kiépítésének. A koncepció szerint a különböző alternatív energiaforrások (napenergia, geotermikus, szél, biomassza, stb.) segítségével előállított hidrogént lehet felhasználni az ún. tüzelőanyag-cellákban, melyekben egy elektrokémiai reakció során a hidrogén által tárolt kémiai energiát alakítjuk át elektromos energiává. Mivel a felszabaduló hidrogén mind térben, mind időben távol eshet a felhasználási helytől, ezért azt mindenképp tárolni szükséges. Jelenleg intenzív kutatások irányulnak szilárdfázisú hidrogéntároló rendszerek kifejlesztésére. A kötött formában való tárolás nagy előnye, hogy a térfogategységre vonatkoztatott hidrogénsűrűség, az összes módszer közül ezen rendszerek esetében a legnagyobb. Az egyik legkiemelkedőbb ilyen anyag a magnézium, mely 7,6 tömeg% hidrogént képes megkötni. Kis sűrűsége a mobil (on-board) alkalmazások szempontjából igen fontos.
Legújabb kutatásaink során nanokristályos magnéziumot nagyenergiás golyósőrléssel (HEBM) állítottunk elő, ami az egyik legelterjedtebben használt technika nanoszerkezetű anyagok létrehozására. Ezt követően hagyományos fémoxid katalizátor mellett az egyre nagyobb népszerűségnek örvendő szén nanocsöveket (CNT) adalékoltunk a golyósőrölt magnéziumhoz egy általunk először alkalmazott többlépcsős elállítási technológiával. Ennek során a porkeveréket a HEBM eljárás után egy tömbi minták előállítására is alkalmas extrém deformációs módszernek, az ún. nagynyomású csavarásnak (HPT) vetettük alá. Megmutattuk, hogy az ilyen extrém deformáció hatására kialakuló szerkezetekben a fémoxid katalizátor hatására a felületen megkötött H2 molekulák disszociálnak, amelyek aztán a CNT csövek segítségével könnyen a magnézium szemcsék belsejébe diffundálnak és ott MgH2 fázisban tárolódnak. A deformáció során kialakuló rácshibák (diszlokációk) tovább gyorsíthatják a hidrogénatomok diffúzióját, jelentősen javítva annak felvételi és leadási sebességét. A HEBM és nagynyomású csavarás (HPT) technika egymás utáni alkalmazása azt eredményezi, hogy a nanocsöveket is tartalmazó magnézium hidrogéntároló kapacitása megközelíti az elméleti maximális értéket.
Kapcsolat: Révész Ádám