Водородная энергетика: новый способ хранения и транспортировки водорода для энергетики

Ученые сумели получить стабильное твердое химическое соединение газов водорода и ксенона, поместив их под давление в несколько тысяч атмосфер, и уверены, что по такому же принципу могут быть получены новые материалы для хранения и транспортировки водорода, являющегося основой альтернативной экологически чистой энергетики, сообщается в журнале Nature Chemistry.

Соединение, формула которого может быть записана как Xe(H2)7, было получено учеными при сжатии смеси инертного газа ксенона с водородом под давлением 41 тысяча атмосфер. Несмотря на то, что ученым пока точно не известны механизмы и природа связей, возникающих между атомами ксенона Xe и молекулами водорода H2 в новом соединении, авторы исследования уверены, что их открытие может лечь в основу нового подхода к синтезу соединений, обогащенных водородом.

Такие соединения необходимы для нужд хранения и транспортировки водорода в перспективной водородной энергетике. Основу этой энергетики составляет реакция сгорания водорода, протекающая в так называемых топливных элементах, напрямую преобразующих химическую энергию в электричество. Одной из важных проблем в развитии этого типа энергетики является взрывоопасность водорода, который, пока что, необходимо транспортировать в сжатом виде в тяжелых стальных баллонах.

xenon-250_tcm18-168091.jpg Модель Xe(H2)7

Перспективным для этих целей считается синтез твердых соединений, содержащих водород и выделяющих его при небольшом нагревании или снижении давления, однако для того, чтобы эти соединения были коммерчески оправданными, необходимо, чтобы они были легкими, стабильными и содержали большую массовую долю водорода.

В своей новой экспериментальной работе ученые под руководством Рассела Хемли (Russell Hemley) из Вашингтонского института Карнеги неожиданно для себя обнаружили, что, находясь под давлением, смесь водорода с ксеноном – благородным газом, очень «неохотно» вступающим в какие либо химические реакции – формирует стабильное твердое химическое соединение. Эта неожиданная стабильность, как следует из экспериментальных данных, возникает в результате взаимодействия атомов ксенона с окружающими их атомами водорода, благодаря которому атомы ксенона объединяются в слабо связанные пары.

Этот новый, ранее неизвестный принцип, по которому формируются стабильные соединения водорода, по мнению ученых, может быть использован в водородной энергетике.

«Ксенон – слишком тяжелый и дорогой газ для практического применения, однако понимание того, за счет каких механизмов образуется данное соединение, может помочь исследователям разработать его более легкие и дешевые аналоги», – сказал Маддури Сомаязулу (Maddury Somayazulu), один из соавторов публикации, слова которого приводит пресс-служба института.

Кроме того, это открытие может прояснить причину так называемого ксенонового дефицита – наличие ксенона в атмосфере Земли в гораздо меньших количествах, чем предсказывается теорией. Вероятно, на одной из ранних стадий формирования нашей планеты ксенон, будучи подвергнут колоссальным давлениям, образовал стабильные соединения с водородом, являющимся наиболее распространенным элементом в космическом пространстве. В результате этого, в настоящее время большие запасы ксенона хранятся в недрах Земли в твердой форме.

Читайте также о еще одном твердом соединении водорода – боране аммиака (ammonia borane)