In onze voortdurende zoektocht om te transformeren naar een meer milieuvriendelijke samenleving, waterstof (H ₂ ) wordt aangekondigd als de schone brandstof van morgen. omdat H ₂ kan worden geproduceerd uit water (H ₂ O) zonder CO2-uitstoot te genereren, H . ontwikkelen ₂ -compatibele technologieën is een topprioriteit geworden. Echter, de weg die voor ons ligt is hobbelig, en veel technische beperkingen moeten worden gladgestreken.

"Waterstof is het kleinste molecuul in de natuur, en het vinden van haalbare manieren om het op te slaan is een kritieke kwestie om een ​​waterstofeconomie te realiseren, ", stelt universitair hoofddocent Youngjune Park van het Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) in Korea. In tegenstelling tot koolwaterstoffen, pure H ₂ moet onder extreem hoge druk worden opgeslagen (> 100 atmosfeer) of lage temperatuur (20 °C). Van nature, dit vormt een enorme economische barrière voor H ₂ opslag. Maar wat als we H . konden vangen ₂ in ijsachtige kristallen om opslag en transport minder veeleisend te maken?

Deze moleculaire kooien bestaan ​​in de natuur en worden 'clathraathydraten' genoemd. Het zijn vaste verbindingen op waterbasis met holtes die verschillende moleculen kunnen herbergen. De groep van Dr. Park bij GIST heeft onderzoek gedaan naar het gebruik van clathraathydraten als vaten voor H ₂ opslag. Echter, de enclathratie van pure H ₂ is nog steeds een langzaam proces dat ook extreme temperatuur- en drukomstandigheden vereist.

In een recente studie gepubliceerd in volume 141, het gedrukte nummer van mei 2021 van Hernieuwbare en duurzame energie beoordelingen , De groep van Dr. Park onderzocht een haalbare oplossing voor dit probleem. In plaats van te proberen clathraathydraten te vormen uit pure H ₂ , eerdere onderzoekers hebben voorgesteld het te mengen met aardgas, waarvan experimenteel werd aangetoond dat het enclathratie onder mildere omstandigheden bevordert. Om deze strategie te verbeteren, het team van GIST-wetenschappers ging op zoek naar het beste waterstof-aardgasmengsel (HNGB) voor de energie-efficiënte vorming van clathraathydraten. Hiertoe, ze onderzochten systematisch clathraathydraten geproduceerd uit HNGB's met verschillende concentraties methaan, ethaan, en waterstof. Ze analyseerden zorgvuldig de kinetiek en structuur van de vorming van clathraat en de verdeling van ingesloten moleculen.

Het team was in staat om de precieze gasconcentraties te identificeren op welk punt methaan en ethaan, fungeren als thermodynamische modulatoren, beste verbetering van de H ₂ opslagcapaciteit van HNGB-hydraten. Zelfs bij matige druk en temperatuur (100 atmosfeer en 8 °C, respectievelijk), de wetenschappers bereikten de maximale theoretische H ₂ opslag mogelijk voor twee soorten clathraathydraatkooien:twee en vier H ₂ moleculen in kleine en grote kooien, respectievelijk. Deze prestatie was niet eerder gemeld, en de ongekende bevindingen van deze studie zouden dus kunnen helpen bij het ontwerp van HNGB-hydraatopslagmedia.

Dr. Park merkt op, "Clathraathydraten en HNGB's kunnen op middellange termijn een redelijke oplossing bieden voor de opslag van wat bekend staat als 'blauwe' waterstof, dat is waterstof geproduceerd met behulp van op fossiele brandstoffen gebaseerde technologie maar met minimale CO ₂ uitstoot." Vandaag blauwe waterstof is drie keer goedkoper te produceren dan milieuvriendelijke 'groene' waterstof. Daarom, de resultaten van deze studie kunnen de geleidelijke overgang van fossiele brandstoffen naar waterstof helpen vergemakkelijken, dat is onze sleutel tot een duurzame toekomst.