Alimlər daha ucuz hidrogen yanacağının istehsalına çox yaxındırlar

Elm & Texnologiya

11.03.2025

Emil

Su molekullarının parçalanması nəzəri hesablamalardan daha çox enerji tələb edir - bu, ucuz hidrogen yanacağının istehsalının qarşısında əsas maneədir. Alimlər nəhayət, bunun səbəbini müəyyən ediblər. Alimlər ilk dəfə su molekullarının real vaxtda parçalanmasını müşahidə ediblər. Hidrogen və oksigen əmələ gəlməzdən əvvəl molekulların gözlənilməz bir hərəkət etdiyini görüblər - molekullar 180 dərəcə çevriliblər. Bu mikroakrobatik fırlanma əlavə enerji tələb edir və bunun nəticəsində parçalanma prosesi nəzəri hesablamalardan daha çox enerji sərf edir. Bu prosesi daha dərindən araşdırmaq suyun parçalanmasını daha səmərəli etməyə kömək edə bilər.

Bu araşdırma daha ucuz və təmiz hidrogen yanacağının istehsalına yol aça bilər. Bundan əlavə, gələcək Mars missiyaları üçün nəfəs almağa yararlı oksigen əldə etmək imkanı da yarana bilər. Hidrogen bir sıra əsas xüsusiyyətlərə malikdir və onu yaşıl enerji mənbəyi kimi cəlbedici edir. Tədqiqatçılara görə, bu yanacaq yük maşınlarını və hətta yük gəmilərini işlədə bilər. Bəzi sahələrdə, məsələn, polad istehsalı və gübrə sənayesində, təbii yanacaqlar üçün yeganə alternativ hesab olunur. Hidrogen yanacağının əsas üstünlüyü, yandırıldıqda karbon qazı deyil, yalnız su buxarı buraxır. Lakin hidrogen yanacağının geniş istehsalına mane olan ciddi problemlər var.

İstehsal prosesinin yüksək enerji tələbatı hidrogenin kütləvi istehsalını məhdudlaşdırır. Beynəlxalq Enerji Agentliyinin (IEA) məlumatına görə, qlobal enerji tələbatını tam ödəmək üçün illik 322 milyon ton hidrogen istehsal edilməlidir. Lakin 2023-cü ildə cəmi 97 milyon ton hidrogen istehsal olunub. Hidrogenin istehsal dəyəri təbii yanacaqlarla müqayisədə 1.5-6 dəfə bahadır. Üstəlik, istehsal olunan hidrogenin böyük hissəsi yenə də təbii yanacaqların istifadəsi ilə əldə edilib. Alimlər qeyd edirlər ki, hidrogen yanacağı suyun elektrodlarla təmas etdirilməsi və sonra tətbiq olunan gərginlik vasitəsilə hidrogen və oksigenə parçalanması yolu ilə istehsal olunur.

Bu prosesin ən effektiv olması üçün oksigenin ayrılmasını sürətləndirən katalizator kimi iridium elementindən istifadə edilir. Lakin iridium Yer qabığında təbii halda mövcud deyil - o, yalnız meteoritlərin düşməsi nəticəsində planetə daxil olur. Bu da onu son dərəcə nadir və bahalı edir. Bundan əlavə, başqa bir problem də var. Tədqiqatın baş müəllifi, Şimal-Qərb Universitetinin kimya professoru Franz Geiger bildirib ki, hətta iridium istifadə edildikdə belə, proses alimlərin gözlədiklərindən daha az effektivlidir. Araşdırma nəticələri göstərdi ki, suyun parçalanma prosesi nəzəri hesablamalara nisbətən daha çox enerji sərf edir. Hesablamalara görə, cəmi 1.23 volt kifayət etməlidir. Lakin real şəraitdə proses 1.5-1.6 volt tələb edir.

İridium:

Bu əlavə enerji sərfiyyəti maliyyətin artmasına səbəb olur. Məhz bu səbəbdən suyun parçalanması sənaye miqyasında geniş tətbiq olunmayıb. Alimlər prosesin nəzərdə tutulduğundan niyə daha çox enerji tələb etdiyini anlamağa çalışıblar. Bunun üçün su elektrodun üzərinə yerləşdirilib və xüsusi konteyner daxilində saxlanılıb. Lazer işığının amplituda və fazasından istifadə edərək molekulların vəziyyəti ölçülüb. Alimlər elektrod üzərinə gərginlik tətbiq etdikdə, su molekullarının gözlənilməz bir hərəkət etdiyini müşahidə ediblər. Molekullar sürətlə çevrilərək elə bir vəziyyət alıblar ki, iki hidrogen atomu yuxarı, oksigen atomu isə aşağı yönəlib.

Kimya professoru Franz Geiger izah edib ki, elektrodlar mənfi yüklənmiş olur, bu səbəbdən su molekulu müsbət yüklü hidrogen atomlarını elektrodun səthinə doğru yönəltmək istəyir. Lakin bu vəziyyətdə elektronların oksigen atomundan elektrodun aktiv mərkəzinə keçməsi bloklanır. Proses necə baş verir? Elektrik sahəsi kifayət qədər gücləndikdə, o, su molekullarını yenidən çevirməyə məcbur edir. Nəticədə, oksigen atomları elektrodun səthinə yönəlir, hidrogen atomları isə geridə qalır. Bu zaman elektronlar oksigendən elektrodun səthinə maneəsiz keçə bilir.

Alimlər daha sonra fırlanan molekulların sayını və bunun üçün tələb olunan enerjini ölçüblər. Nəticələr göstərir ki, bu çevrilmə prosesi suyun parçalanmasının qaçılmaz və zəruri hissəsidir. Yəni, bu hadisə olmadan suyun effektiv parçalanması mümkün deyil. Bundan əlavə, tədqiqat qrupu başqa bir mühüm kəşf edib. pH səviyyəsi nə qədər yüksəkdirsə, suyun parçalanma prosesi bir o qədər səmərəli olur. Geyger və komandası düşünür ki, bu prosesin daha dərindən araşdırılması daha effektiv katalizatorların hazırlanmasına imkan yarada bilər. Bundan əlavə, suyun davranışı ilə bağlı yeni anlayışlar təqdim edə bilər.

Mənbə: Live Science

Paylaş

hidrogen yanacagi

hydrogen fuel

Bənzər xəbərlər