התקדמות מוצקה באחסון מימן

נהגים מצפים שמכוניותיהם ייסעו לפחות 500 קילומטרים בין תדלוק לתדלוק. אין בזה קושי לרכבים ששורפים בנזין או סולר, אבל לקראת עתיד שבו ינועו רכבים במימן שאינו מזהם טווח נסיעה ראוי לשמו נותר מחסום של ממש. מהנדסים טרם הצליחו, על אף מאמצים ניכרים, למצוא דרך לדחוס די מימן - החומר בעל הצפיפות הנמוכה ביותר ביקום - לתוך מכונית.

בגישות המקובלות לצמצום נפח האחסון של מימן דוחסים את הגז בלחץ שמגיע לכ- 700 אטמוספרות (או psi 10,000) או מקררים אותו לטמפרטורה שבה הוא הופך לנוזל - בערך 252 מעלות צלזיוס מתחת לאפס. אבל בשיטות האלה אפשר להגיע רק למחצית הצפיפות הדרושה כדי להכניס די מימן לכלי קיבול בנפח של מכל דלק במכונית.

לפני כמה שנים סברו החוקרים שיהיה אפשר להפיק מימן בתגובה כימית מפחממנים נוזליים כגון מתנול, אך הרעיונות האלה לא יושמו. מאז ועד היום לא נמצאו פתרונות לבעיית הדחיסה, על אף תכניות מחקר ארוכות טווח בג'נרל מוטורס, בטויוטה, ב-BMW ובחברות אחרות. אבל לאחרונה החלו לצוץ ניצני התקדמות. מדענים בג'נרל מוטורס בשיתוף מעבדות HRL במליבו שבקליפורניה, דיווחו על התקדמות בשתי טכנולוגיות לאחסון מימן: ספיחה בטמפרטורה נמוכה ותרכובות מורכבות ובלתי-יציבות של מתכת הידריד.

בין אחסון בדחיסה לאחסון בקירור

ספיחה בטמפרטורה נמוכה היא שיטה הניצבת באמצע הדרך שבין אחסון בדחיסה לבין אחסון בקירור. השיטה מתבססת על ספיחת הגז לחומרים בעלי שטח פנים גדול, מסביר ג'יימס ספירוט, מנהל המחקר לאחסון מימן בג'נרל מוטורס. ראשית כול, מצמצמים המהנדסים את נפח הגז על ידי קירורו לטמפרטורה של חנקן נוזלי (196°C-), טמפרטורה שקל להגיע אליה בהשוואה לטמפרטורת הניזול של מימן. "לאחר מכן אנו דוחסים אותו בלחץ של כ-70 אטמוספרות בלבד, דחיסה שמאלצת את מולקולות המימן להיצמד לסדקים ולנקבים הרבים שבחומר," הוא אומר.

החומר בעל שטח הפנים הגדול המקובל ביותר הוא אבקה של פחם פעיל, אך חומרים סינתטיים אחרים עשויים להתגלות כמבטיחים עוד יותר, ובהם פולימרים בעלי נקבוביות גבוהה וחומרים העשויים מ"כלובים" מולקולריים אורגנו-מתכתיים - מסגרות פחממניות שאטומי מתכת כלואים בהן.

ההתפתחות השנייה, הקשורה אף היא לג'נרל מוטורס, עוסקת בשיפורים בהכנת תרכובות של מתכת הידריד שבהן יסודות מתכתיים קלים קשורים למימן. כשמחממים את אבקת המתכת ההידרידית התרכובת מתפרקת ומשחררת את הגז. עם זאת, דרושות לשם כך טמפרטורות גבוהות משום שאטומי המתכת מחזיקים את המימן בקשרים כימיים חזקים. בשנים האחרונות הצליחו החוקרים להשיג ביצועים טובים יותר עם תרכובות כגון ליתיום בורו-הידריד, תרכובות שבהן אטומי המתכת יוצרים קשרים יוניים חלשים יותר עם קבוצות כימיות הכוללות כמה אטומי מימן.

תוספים מערערים

ב-2004 הצליח צוות בראשותו של ג'ון ואחו מ-HRL להוריד במידה ניכרת את טמפרטורת ההתפרקות על ידי הוספת חומרים כגון סיליקון למערכות מורכבות של מתכות הידרידיות. תוספים אלה מערערים את יציבות התרכובת.

"בעיקרו של דבר, המתכת והחומר המערער מעדיפים להגיב זה עם זה ולשחרר את המימן," מסבירה לסלי מומודה, מנהלת מעבדת החיישנים והחומרים ב-HRL. למשל, שימוש במגנזיום הידריד כדי לערער את יציבות התרכובת ליתיום בורו-הידריד מוריד את טמפרטורת השחרור מ-400 ל-275 מעלות צלסיוס.

יתרה מזאת, תכולת המימן של ההידריד מגיעה ל-9% ממשקלו, ועוברת את הסף המקובל של 6.5%. מומודה מקווה שאנשי HRL יצליחו בסופו של דבר לזהות את "תרכובת הזהב" שיכולת הספיחה שלה תעמוד בדרישות ושתוכל לשחרר את המימן בטמפרטורה של 150 מעלות, או אפילו פחות. עם זאת, היא מודה כי קצב ספיחת המימן עדיין איטי מדי. בחומרים המוכרים היום דרושות כ-30 דקות של תדלוק מחדש.