استفاده از نانوذرات آلومینیومی جهت تولید سریع و کارآمد هیدروژن
آلومینیوم یک فلز بسیار واکنش پذیر است که می تواند اکسیژن را از مولکول های آب جدا کرده و گاز هیدروژن تولید کند.
استفاده گسترده از آلومینیوم هیچ خطری ندارد زیرا فوراً با هوا واکنش می دهد و پوششی از اکسید آلومینیوم به دست می آورد که از انجام واکنش های سمی جلوگیری می کند.
سال های زیادی است که محققان در تلاش هستند راههای کارآمد و مقرونبهصرفهای برای استفاده از واکنشپذیری آلومینیوم برای تولید سوخت هیدروژن پاک بیابند.
استفاده از نانوذرات آلومینیومی جهت تولید سریع و کارآمد هیدروژن
اخیرا طی یک تحقیقات انجام شده توسط دانمشندان دانشگاه UC سانتاکروز نشان داده شد که کامپوزیت گالیم و آلومینیوم که یک فلز در دسترس هستند ، نانوذرات آلومینیومی ایجاد می کنند که به سرعت با آب در دمای معمولی واکنش میدهند و مقادیر زیادی هیدروژن تولید میکنند
از لحاظ تئوری واکنش کامپوزیت گالیم با آب 90 در صد هیدروژن تولید می کند که یک خروجی بسیار ارزشمندی می باشد.
در ضمن گالیوم بعد از واکنش براحتی جهت استفاده مجدد قابل بازیابی می باشد.
واکنش آلومینیوم و گالیم با آب از دهه 1970 شناخته شده است و ویدیوهای آن را به راحتی می توان به صورت آنلاین پیدا کرد.
گالیم به دلیل حذف پوشش اکسید آلومینیوم غیرفعال و امکان تماس مستقیم آلومینیوم با آب در دمای بالاتر منجر به تولید هیدروژن می شود که مطالعه جدید در این موضوع شامل یافته های جدید و نوآوری هایی شده است که می تواند به کاربردهای عملی منجر شود.
نقطه عطف این تحقیقات دانش آموزی به نام ایسای لوپز می باشد که با مرکز ثبت اختراع ایالات متحده مکالمه داشته و تولید هیدروژن آلومینیوم-گالیوم ا در آشپزخانه خانه خود انجام داده و نتیجه آزمایش را گزارش کرده بود.
او این کار را به روش علمی انجام نمی داد، بنابراین مرکز علمی اختراعات او را با یک دانشجوی فارغ التحصیل در ارتباط قرار داد تا یک مطالعه سیستماتیک انجام دهند.
در این مطالعه خروجی هیدروژن از نسبت های مختلف گالیم و آلومینیوم اندازه گیری شد.
در مطالعات قبلی عمدتاً از مخلوطهای غنی از آلومینیوم و یا ترکیبی از آلومینیوم و گالیم یا در برخی موارد آلیاژهای پیچیدهتر استفاده میکردند.
اما آزمایشگاه سینگارام دریافت که میزان هیدروژن تولیدشده با کامپوزیت غنی از گالیوم در مقایسه با آلیاژهای دیگر افزایش داشته است.
در واقع، نرخ تولید هیدروژن به قدری غیرمنتظره بالا بود که محققان فکر کردند باید چیزی اساساً متفاوت در مورد این آلیاژ غنی از گالیوم وجود داشته باشد.
نظریه دانشمندان در خصوص تفاوت اصلی گالیوم با دیگر آلیاژها اینگونه مطرح شد که وجود نانوذرات در سطح آلومینیوم گالیوم میتواند دلیل افزایش تولید هیدروژن باشد.
سپس دانشمندان جهت اثبات این فرضیه از تجهیزات بسیار پیشرفته ای در مقیاس نانو استفاده کردند.
محققان با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش اشعه ایکس، تشکیل نانوذرات آلومینیوم را در یک کامپوزیت گالیم-آلومینیوم 3:1 نشان دادند که نسبت بهینه ای برای تولید هیدروژن است.
از فلز گالیوم هم برای حل کردن پوشش اکسید آلومینیوم و هم برای تبدیل آلومینیوم به نانو ذرات استفاده می شود.
گالیوم نانو ذرات را جدا کرده و از تجمع آنها و تبدیل به ذرات بزرگتر جلوگیری می کند.
ساخت کامپوزیت به چیزی بیش از اختلاط دستی ساده نیاز ندارد
در این روش از مقدار کمی آلومینیوم استفاده می شود که تضمین میکند که همه آن به عنوان نانوذرات گسسته در اکثریت گالیم حل میشود.
کامپوزیت را میتوان با منابع آلومینیومی در دسترس، از جمله فویل یا قوطیهای مستعمل ساخت و میتوان با پوشاندن آن با سیکلوهگزان برای مدت طولانی نگهداری کرد تا از نفوذ رطوبت محافظت شود.
اگرچه گالیوم فراوان نیست و نسبتاً گران است، اما میتوان آن را چندین بار بازیابی کرد و دوباره از آن استفاده کرد بدون اینکه اثربخشی خود را از دست بدهد.
با این حال، باید دید که آیا این فرآیند می تواند برای تولید تجاری هیدروژن کاربردی باشد یا خیر.