Hidrojen depolamada süpermoleküler organik kristaller

Dünya nüfusu arttıkça enerjiye olan ihtiyaç artmış ve temiz ve yenilenebilir enerjilerde arayış başlamıştır. Bu yeni arayışlardan biri de hidrojen enerjisi olmuştur. Hidrojen, periyodik tablonun ilk elementi olmakla birlikte; bir atom numarasına sahip, en hafif, doğada bol bulunan ancak neredeyse saf halde bulunmayan bir elementtir.¹ Temiz enerji üretiminde yeni alternatif hidrojen olarak görülse de bazı depolama problemlerinin önüne tamamen geçilememektedir. Hidrojen depolandığında ise benzinden çok daha fazla yer kaplıyor olması hidrojenin eksilerinden biri olmuştur.

Bu sebeple, Hong Kong, Northwestern ve Duke Üniversitesi’nden bir kimyager ekibi Nature Chemistry dergisinde yayınlanan çalışmalarında hidrojeni sıkıştırmak için kullanılabilecek süpermoleküler malzeme geliştirdi. Hidrojeni depolamak için ise gözenekli organik kristaller kullanıldı.

ABD Enerji Bakanlığı’nın sunduğu iki hedefi karşılamak için çalışan ekibin çabaları şimdiye kadar yetersiz oldu ancak araştırmacılar, iki hedefi de karşılayacak şekilde depolamayı sağlayan malzemeyi geliştirdikleri iddiasında. Belirledikleri iki hedef; birincisi depolama için kullanılan malzemenin en az 50 gr/Lt hidrojen depolanmalı. İkincisi ise belirli malzemede depolanan hidrojen ağırlığı toplam ağırlığın %6,5’i kadar veya daha fazla olmalı. Başka bir deyişle çok ağır olmamalı.²

Çalışmaların sonucunda elde edilen malzeme, bal peteği şeklinde birbirine bağlanmış sağlam kristaller kullanılarak elde edilmiş organik moleküllerden oluşur (Şekil 1). Hidrojen molekülleri için doğru boyutta gözeneklere sahip bu malzemede, kristallerle bağ kuran hidrojen; onları yerinde tutar.³

Elde edilen sonuçlarda araştırmacılar, bu petek şeklinde olmasının ve iç içe geçmesinin daha kararlı bir malzeme sonucuna bağladığını belirtiyor. Aynı zamanda sıkı ve verimli bir depolamayı da sağlıyor. Ancak malzemenin test aşamasına gelindiğinde, hidrojeni 53,7 g/Lt depoladığı belirlendi. Bu durumda sistemin toplam ağırlığının %9,3’ü olmuş oluyor ve bu da büyük bir dezavantaj doğuruyordu. Bu dezavantaj, hidrojen depolamada oldukça maliyetli ve ticari olarak kullanıldığında; yüksek basınç altında oldukça ağır olan kriyojenik soğutma gerektirir.

Kaynaklar

1. Öztürk, M., & Dinçer, İ. (2024). Hidrojen ekosistemi ve önemi.
2. Ott, K., Simpson, L., & Klebanoff, L. (2012). Executive Summaries for the Hydrogen Storage Materials Centers of Excellence: Chemical Hydrogen Storage CoE, Hydrogen Sorption CoE and Metal Hydride CoE. 
3. Zhang, R., Daglar, H., Tang, C., Li, P., Feng, L., Han, H., … & Stoddart, J. F. (2024). Balancing volumetric and gravimetric capacity for hydrogen in supramolecular crystals. Nature Chemistry, 1-7.