Yeni Sıvı Formül, Hidrojenin Oda Sıcaklığında Depolanmasını Mümkün Kılıyor

Hidrojen, geleceğin temiz yakıtı olma potansiyeli taşıyor, ancak laboratuvar ortamından günlük yaşama entegre edilmesi kolay değil. Çoğu hidrojen açısından zengin madde, oda sıcaklığında katı hâlde bulunuyor ya da sıvı hâle geçebilmeleri için yüksek basınç veya çok düşük sıcaklık gibi aşırı koşullar gerekiyor.

Ammonyak boran gibi hidrojen açısından zengin katı bileşikler çok fazla hidrojen depolayabilse de, genellikle yalnızca ısıtıldıklarında hidrojen salıyorlar ve depolama sürecinde istenmeyen yan ürünler oluşabiliyor.

Oda sıcaklığında kararlı kalan hidrojen açısından zengin bir sıvının geliştirilmesi, hidrojenin depolanması ve taşınması sürecini çok daha pratik hale getirebilir. Bu nedenle araştırmacılar, mevcut depolama malzemelerinin kimyasal yapısını değiştirerek ya da hidrojen salımını kolaylaştıran maddeler ekleyerek yeni çözümler geliştirmeye çalışıyor.

Çabalardan biri de derin ötektik çözücüler (deep eutectic solvents, DES) üzerine yoğunlaşıyor. DES’ler, bileşenlerinin erime noktalarından çok daha düşük sıcaklıklarda sıvı hale geçen karışımlardır. Hidrojen depolama açısından bu özellik önemlidir çünkü DES’ler, katı hâlde bulunan hidrojen açısından zengin maddeleri daha kolay taşınabilir sıvılara dönüştürebilir. Ancak bugüne kadar geliştirilen hiçbir DES, hidrojen bakımından son derece zengin olan hidrür bileşenleri içermemekteydi. Bu tür bileşenlerin kullanımı, sıvı formda daha fazla hidrojen depolamanın önünü açabilir.

İsviçre'deki EPFL’den Profesör Andreas Züttel ve Japonya’daki Kyoto Üniversitesi’nden Profesör Satoshi Horike’nin araştırma grupları, ilk kez hidrür temelli bir derin ötektik çözücü geliştirmeyi başardı. Geliştirilen çözücü, oda sıcaklığında sıvı kalan, şeffaf, kararlı ve hidrojen açısından zengin bir sıvı formunda. Yeni DES, ağırlıkça %6,9 oranında hidrojen içerebiliyor ve bu oran, ABD Enerji Bakanlığı’nın 2025 hedefleri de dâhil olmak üzere birçok teknik hidrojen depolama kriterini aşmış durumda.

Araştırmacılar, yeni çözücüyü oluşturmak için amonyak boran ve tetrabütilamonyum borohidrür maddelerini farklı oranlarda fiziksel olarak karıştırarak oda sıcaklığında sıvı hâlde kalan kombinasyonları belirledi. %50 ila %80 aralığında amonyak boran içeren oranların, amorf yani kristalleşmeyen ve soğukta bile sıvı hâlde kalan kararlı bir sıvı oluşturduğu görüldü.

Yapılan spektroskopik analizlerde, karışımdaki moleküller arasında güçlü hidrojen bağlarının oluştuğu doğrulandı. Bu bağlar, bileşiklerin tipik katı yapısını bozarak karışımın sıvı formda kalmasını sağladı. Yeni DES’in -50°C’ye kadar donmadan sıvı halde kalabildiği belirlendi. Ayrıca ısıtıldığında yalnızca 60°C gibi düşük bir sıcaklıkta hidrojen salımı gerçekleşiyor, yani hidrojen geleneksel katı malzemelere kıyasla çok daha düşük enerjiyle serbest bırakılabiliyor.

Amonyak boran ile tetrabütilamonyum borohidrürün karıştırılmasıyla elde edilen bu yeni sıvı, kristalleşmeden oda koşullarında sıvı kalabiliyor. Cam geçiş sıcaklığı olarak bilinen, sıvının camsı hâle geçtiği sıcaklık -50°C civarında gerçekleşiyor; bu da karışımın günlük koşulların çok altında bile sıvı hâlde kalabildiğini gösteriyor.

Karışım, kuru ortamda tutulduğunda haftalar boyunca kararlılığını sürdürebiliyor. Yoğunluğu, benzer sıvı çözücüler arasında en düşük değerlerden biri olarak kaydedildi. Isıtıldığında, saf hidrojen gazı salınıyor ve istenmeyen yan ürünlerin oluşumu oldukça sınırlı. Ayrıca sadece amonyak boran bileşeni bozunmaya uğruyor, bu sayede karışımın bazı bileşenleri yeniden kullanılabiliyor.

Yeni geliştirilen bu derin ötektik çözücü, hidrojenin taşınması ve depolanması süreçlerini hem daha basit hem de daha güvenli hale getirebilir. Yüksek basınçlı tanklar ya da aşırı soğutulmuş sıvılar yerine, oda sıcaklığında güvenle saklanabilen ve taşınabilen sıvı hidrojen taşıyıcıları endüstriyel kullanım için büyük kolaylık sağlayabilir.

Söz konusu buluşun etkisi yalnızca hidrojenle sınırlı kalmayabilir. Araştırmacılar, aynı prensiplere dayalı özel sıvıların yeşil enerji veya kimyasal üretim gibi alanlarda da uygulanabileceğini öngörüyor. Elde edilen sonuçlar, hem hidrojen teknolojisi hem de enerji sistemlerinin geleceği açısından yeni araştırma yönlerinin önünü açıyor.

‍

‍

‍

‍

Kaynak: https://actu.epfl.ch/news/new-liquid-can-simplify-hydrogen-transportation--3/