Το υγρό υδρογόνο αποτελεί ελκυστική λύση για τη μεταφορά ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις λόγω της υψηλής ενεργειακής του πυκνότητας. Ωστόσο, η είσοδος θερμότητας στα δεξαμενόπλοια προκαλεί ταχεία εξάτμιση και απώλειες λόγω βρασμού.
Διεθνής ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον καθηγητή Υούντσουλ Ο από το πανεπιστήμιο UNIST, διερεύνησε τη χρήση μεταλλοοργανικών πλεγμάτων (MOFs) για τον περιορισμό αυτών των απωλειών. Τα MOF είναι εξαιρετικά πορώδη κρυσταλλικά υλικά που προσροφούν το εξατμιζόμενο υδρογόνο στις εσωτερικές επιφάνειες των νανόπορων τους, επιβραδύνοντας την αύξηση της πίεσης. Η σχετική μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications.
Η ισορροπία μεταξύ χωρητικότητας και συγκράτησης
Οι ερευνητές συγκρίναν δύο διαφορετικές δομές: το IRMOF-20, ένα δύσκαμπτο πλέγμα με μεγάλο όγκο πόρων, και το MIL-53(Al), ένα εύκαμπτο πλέγμα.
Το IRMOF-20 παρουσίασε ιδιαίτερα ευνοϊκή συμπεριφορά. Παρά το χώρο που καταλαμβάνει το ίδιο το υλικό, το σύστημα διατήρησε περίπου το 97% της χωρητικότητας του καθαρού υγρού υδρογόνου. Αυτό συνέβη επειδή το υδρογόνο εγκλωβίστηκε στους πόρους με πυκνότητα υψηλότερη από αυτή του υγρού υδρογόνου. Σε μοντέλο μεταφοράς υπό συνθήκες μεσαίου κενού, ο χρόνος αποθήκευσης αυξήθηκε από τις 64 ημέρες για το καθαρό υγρό υδρογόνο στις 221 ημέρες με τη χρήση του IRMOF-20.
Αντίθετα, το MIL-53(Al) συγκράτησε ισχυρότερα το υδρογόνο κατά την αύξηση της θερμοκρασίας, αλλά η χωρητικότητά του ανήλθε μόλις στο 53% της αντίστοιχης του υγρού υδρογόνου.
Ο ρόλος της σκεδάσεως νετρονίων
Πειράματα ανελαστικής σκεδάσεως νετρονίων στο Ινστιτούτο Laue-Langevin (ILL) έδειξαν περιορισμό της περιστροφής των μορίων υδρογόνου μέσα στους πόρους του IRMOF-20. Η παρατήρηση αυτή παρείχε ενδείξεις για την ύπαρξη ισχυρών αλληλεπιδράσεων μεταξύ του υδρογόνου και του σκελετού του πλέγματος, οι οποίες σταθεροποιούν το αέριο έναντι της απελευθέρωσης καθώς η θερμοκρασία ανεβαίνει.