Ερευνητές του Πολυτεχνείου του Τομσκ (TPU) δημιούργησαν καινοτόμα κράματα για την εξαγωγή υπερκαθαρού υδρογόνου.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι τα νέα υλικά θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως οικονομικά αποδοτικές εναλλακτικές λύσεις για τις ακριβές μεμβράνες παλλαδίου και παλλαδίου-αργύρου.
Τα ευρήματα, που δημοσιεύονται στο περιοδικό Hydrogen, θα μπορούσαν να φέρουν την ευρεία βιομηχανική χρήση του υδρογόνου πιο κοντά στην πραγματικότητα.
Το υδρογόνο θεωρείται καθαρή πηγή ενέργειας με πολλά υποσχόμενες εφαρμογές στις κυψέλες καυσίμου. Ωστόσο, για τη βιομηχανική χρήση σε μεγάλη κλίμακα, είναι απαραίτητες οι αποτελεσματικές και προσιτές μέθοδοι καθαρισμού, εξήγησαν οι επιστήμονες του TPU.
Οι τρέχουσες μέθοδοι παραγωγής υδρογόνου συχνά παράγουν μείγματα αερίων που πρέπει να διαχωριστούν για να ληφθεί καθαρό υδρογόνο.
Μία από τις πιο υποσχόμενες λύσεις είναι η χρήση μεταλλικών μεμβρανών, που αποτελούνται από κράματα πολλαπλών συστατικών, για την απομόνωση του υδρογόνου από άλλα αέρια.
Η ομάδα TPU έχει συνθέσει νέα κράματα υψηλής εντροπίας – που περιλαμβάνουν πέντε ή περισσότερα στοιχεία – για να δημιουργήσει μεμβράνες ικανές να εξάγουν υπερκαθαρό υδρογόνο.
Οι ερευνητές εξέτασαν κράματα από νιόβιο, νικέλιο, τιτάνιο, βανάδιο, κοβάλτιο και ζιρκόνιο, αναλύοντας τη σχέση μεταξύ της σύνθεσης, της δομής και της διαπερατότητας σε υδρογόνο.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, τα νεοαναπτυχθέντα κράματα είναι πολλά υποσχόμενα λόγω του συνδυασμού σταθερότητας και διαπερατότητας σε υδρογόνο, συγκρίσιμα με το καθαρό παλλάδιο και κοντά στις επιδόσεις των δαπανηρών κραμάτων παλλαδίου-αργύρου.
Τα υλικά παρουσιάζουν επίσης υψηλή αντοχή στην ευθραυστότητα από υδρογόνο – μια διαδικασία κατά την οποία τα μέταλλα υποβαθμίζονται λόγω της έκθεσης σε υδρογόνο.
Η σημασία των αποτελεσμάτων έγκειται στη δημιουργία υλικών που είναι οικονομικά αποδοτικά και υψηλής απόδοσης, σημείωσαν οι συγγραφείς της μελέτης.
«Τα περισσότερα μέταλλα είναι αδιαπέραστα για τα αέρια, αλλά ορισμένα επιτρέπουν τη διέλευση του υδρογόνου, ενώ εμποδίζουν μεγαλύτερα μόρια όπως το διοξείδιο του άνθρακα και το άζωτο», εξήγησε ο Ίγκορ Κασκαρόφ, επικεφαλής του Εργαστηρίου Υποσχόμενων Υλικών και Ασφάλειας Συστημάτων Ενέργειας Υδρογόνου του TPU. «Σχεδιάζοντας κράματα με συγκεκριμένες αναλογίες συστατικών, μπορούμε να επιτύχουμε υψηλή διαπερατότητα υδρογόνου, αντοχή στην ευθραυστότητα και χαμηλό κόστος».
Σε αντίθεση με άλλες έρευνες, το έργο της ομάδας του TPU υπερβαίνει τη σύνθεση κραμάτων υψηλής εντροπίας. Η προσέγγισή τους καθιερώνει θεμελιώδεις αρχές για την κατανόηση της συμπεριφοράς του υδρογόνου στα κράματα, με βάση τη σύνθεσή τους, η οποία είναι κρίσιμη για την πρόβλεψη των ιδιοτήτων των μελλοντικών υλικών.
Κοιτάζοντας μπροστά, οι ερευνητές σχεδιάζουν να σχεδιάσουν και να κατασκευάσουν ένα πρωτότυπο φίλτρο υδρογόνου βασισμένο σε κράματα υψηλής εντροπίας το 2025, ενώ οι δοκιμές σε πραγματικό κόσμο έχουν προγραμματιστεί για το 2026.
Εάν το πρωτότυπο αποδειχθεί αποτελεσματικό και οικονομικά βιώσιμο, το επόμενο βήμα θα είναι η εμπορική αξιοποίηση τεχνολογιών διαχωρισμού με μεμβράνες που χρησιμοποιούν τα προηγμένα κράματα.
Η έρευνα αποτελεί μέρος της κρατικής ανάθεσης «Nauka» και υποστηρίζεται από το ομοσπονδιακό πρόγραμμα Priority-2030 του ρωσικού Υπουργείου Επιστημών και Ανώτατης Εκπαίδευσης.
