Hidrojen Enerjisini Endüstride Kullanabilme Umudumuz: Metalik Camlar
Fotoğraf: Fe-Ni-Mo-B Metalik Cam, grafik özeti.
Uzakdoğu Federal Üniversitesi’ndeki (FEFU) bir grup bilim insanı, Avusturya, Türkiye, Slovakya, Rusya (MISIS, MSU) ve İngiltere’de bulunan meslektaşları ile birlikte oda sıcaklığında ince metalik cam katmanlarını hidrojenlemenin bir yolunu buldu. Bu teknoloji, hidrojen enerjisi alanında kullanılabilecek ucuz, enerji tasarruflu ve yüksek performansa sahip malzeme ve yöntem çeşitliliğinin önemli oranda genişlemesine sebep olabilir. Bu çalışma ile ilgili bir makale de Journal of Power Sources dergisinde yayınlandı.
Bilim insanları küçük boyutlu sistemlerde, özellikle lityum iyon bataryaların yerine, hidrojeni biriktirmek ve depolamak için kullanılabilecek, amorf ve nanoyapıda bulunan Fe-Ni bazlı metalik camı geliştirdi. Bu metalik cam, mevcut durumda hidrojen sistemlerde kullanılan ve pahalı bir element olan paladyumun yerini alma potansiyeline sahip.
Hidrojen enerjisinin endüstriyel düzeyde kullanılmasının önündeki en önemli engel, ekonomik olarak uygulanabilir enerji depolama sistemlerinin bulunmaması. Fakat yeni gelişme ile birlikte, bu sorunu çözmeye bir adım daha yaklaşıldı.
FEFU Doğa Bilimleri Fakültesi Bilgisayar Sistemleri Bölümü’nde Yrd. Doç. Yurii Ivanov, bu konu ile alakalı “Hidrojen evrende en yaygın bulunan kimyasal elementtir. Günümüzde kullanılan her türlü yakıtın yerini alma potansiyeline sahip, temiz bir yenilenebilir enerji kaynağıdır. Buna rağmen, depolanması büyük bir teknolojik problem ortaya çıkarmaktadır. Hidrojeni depolamak ve katalizlemek için kullanılan ana malzemelerden birisi paladyumdur. Fakat çok pahalıdır ve uç şartlar altında yükseltgeyici ve indirgeyici ortamlara karşı düşük ilgiye sahiptir. Bu faktörler hidrojen enerjisinin endüstriyel düzeyde kullanılmasını engeller ama metalik cam kullanılması ile bu problem çözülebilir. Metalik cam amorf metaldir ve uzun menzilli atom düzeninden yoksundur. Paladyum ile kıyaslandığında daha ucuzdur ve agresif ortamlara karşı da daha dayanıklıdır. Ayrıca, atomik serbest hacim (atomlar arasındaki boşluk) nedeniyle, bu tür camlar kristal yapıya sahip olan diğer tüm malzemelere kıyasla hidrojeni daha etkili bir şekilde absorbe edebilir.” dedi.
Araştırmacılara göre, metalik cam; amorf yapısı, polikristalin metaller için tanecik sınırları gibi tipik bazı kusurlarının olmaması, oksidasyon ve korozyon olaylarına karşı yüksek dirence sahip olması gibi özellikleri sayesinde enerji endüstrisinde müthiş bir potansiyele sahip.
Bu çalışmayı benzersiz kılan durum ise, elektrokimyasal yöntemlerin hem metalik camları hidrojenlemek hem de hidrojeni absorbe etme yeteneklerini incelemek için kullanılmasıdır. Gaz adsorpsiyonu gibi standart hidrojenasyon yöntemleri, metalik camların özelliklerini olumsuz yönde etkileyen ve çalışmada kullanılabilecek malzeme çeşitliliğini kısıtlayan yüksek sıcaklık ve basınç değerleri gerektirir. Gaz adsorpsiyonunun aksine, elektrokimyasal hidrojenasyon, tıpkı paladyumda olduğu gibi, oda sıcaklığında hidrojenin Fe-Ni metalik camdan yapılan bir elektrotun yüzeyiyle reaksiyona girmesine neden olur.
Yeni yöntem, düşük kapasite ya da düşük hidrojen absorpsiyon/salım hızına sahip alaşımlar için yaygın olan gaz-katı reaksiyonuna bir alternatif olarak çalışabilir.
Araştırmacılar ayrıca hidrojenin absorpsiyonu ve metalik camlar tarafından salınım verimliliğini analiz etmek için kullanılabilecek “etkili hacim” adında yeni bir konsept önerdi. Bu konsepti uygulamak için, cam-hidrojen reaksiyon alanının kalınlığı ve bileşimi, yüksek çözünürlüklü elektron mikroskobu ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi kullanılarak ölçülür.
Gelecekte ise araştırmacılar, kullanışlı enerji uygulamaları için yeni metalik cam bileşimleri geliştirmeyi ve en uygun hale getirmeyi planlıyor.
Daha öncesinde de FEFU, Cambridge (UK) ve Çin Bilimler Akademisi malzeme bilimcilerinden oluşan bir ekip, pratik kullanmak için gelecek vaadeden 3D metalik gözlüklerin “iyileştirilmesi” için bir yöntem geliştirdi. Camlar daha şekillendirilebilirdi ve daha kritik yüklere karşı dayanıklı hale getirildi. Geliştirilen metalik camlar, plastik elektronik, çeşitli sensörler, trafo çekirdeği, tıbbi implantlar ve uyduların koruyucu kaplamaları gibi birçok alanda kullanılabilir.
Kaynak: scitechdaily.com
