Водород поймали полимером

Создана модель идеального топливного бака для водородного двигателя

Компьютерное моделирование подсказало ученым, каким должен быть хранитель водорода. Оказалось, что лучше всего может накапливать водород полимер полиацетилен с инкорпорированными в него атомами титана. Осталось только синтезировать указанное вещество — и доступный водородный автомобиль у вас в кармане.

Группа химиков-теоретиков под руководством профессора Сеульского Университета Чжисуна Има просчитала материал, который сможет накопить необходимое количество водорода при комнатной температуре. Дело в том, что одна из главных проблем водородного двигателя — это проблема транспортировки водорода. Баллонный газ взрывоопасен, а разработать удобный химический «транспортер» оказалось очень сложно.

До сих пор ученые как правило старались создать удобоваримый «водородоемкий» материал из нанокомпонентов — углеродных нанотрубок и так далее.

Но загвоздка оказалась в том, что достаточное для создания топливного водородного элемента количество водорода накапливалось в подобных материалах только при очень низких температурах или под высоким давлением.

Ориентиром для разработки южнокорейцев служил показатель, установленный министерством энергетики США. По расчетам министерства, к 2010 году реально создать топливный элемент, «хранящий» в себе 45 килограммов водорода на кубометр («установка» на будущее дана в журнале Physical Review Letters).

Южнокорейские ученые остановили свой выбор на сложных полимерных системах, в которых в углеводородный полимер встроены атомы различных металлов.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "incutNum": 2,
    "repl": "<2>:{{incut2()}}",
    "type": "1",
    "uid": "_uid_771800_i_2"
}

В качестве полимера-основы просчитывались полиацетилен, полипиррол и полианилин. В качестве металлов-добавок — титан, скандий и ванадий. В результате вычислений теоретики пришли к выводу, что полиацетилен, в котором часть атомов водорода замещена атомами титана, сможет при комнатной температуре сорбировать до 7,6% водорода по весу, что соответствует 63 килограммам на кубометр. Повышенная емкость обусловлена тем, что каждый атом титана способен «притянуть» к себе до 5 молекул водорода.

Полный текст статьи специалистов в Phys. Rev. Lett. находится здесь. Теперь слово за практиками. Хотя, на первый взгляд, создать такую структуру практически невозможно, но химики-органики не раз реализовывали невозможные реакции (часть из которых удостоена даже Нобелевской премии по химии).

Водородные топливные элементы — это одна из магистральных отраслей энергетики будущего. К примеру, в США выделено $1,7 млрд. на создание «топлива свободы» — так Джордж Буш образно назвал водородные топливные элементы. В первую очередь они необходимы для создания массового водородного автомобиля, особенно в странах, импортирующих нефть. Однако сейчас ведутся работы по приспособлению таких элементов для электропитания портативных устройств — таких как ноутбук или мобильный телефон.

В свою очередь, в феврале 2006 года французская автомобилестроительная компания «Пежо» продемонстрировала первый в мире компактный водородный топливный элемент (помесь топливного бака с генератором электрического тока), который позволит машине ехать на одной заправке 500 км. В топливном элементе жидкий водород без горения соединяется с кислородом. При этом вырабатывается до 80 киловатт электроэнергии для питания двигателя электромобиля.

Так что работы корейцев-теоретиков, без сомнения, получат практическую поддержку ученых всего мира.