Nema boljeg goriva od vodika. Njegovim izgaranjem ne nastaje ništa drugo osim čiste vode, „najzdravijeg pića“ – kako u knjigama piše. Energijska vrijednost vodika je 120 KJ/kg, a to znači da je vodik dva i po puta jače gorivo od benzina. Uza sve to, vodik se ne mora spaljivati u motoru (poput benzina) nego se iz njega može izravno dobivati električna energija u gorivnim ćelijama. Vodik nigdje ne izvire (ako zanemarimo geološke procese serpentinizacije), ali se može dobivati na sto načina, no najbolje elektrolizom vode iskorištavajući viškove struje, po mogućnosti one proizvedene iz obnovljivih izvora.
No poput ahejskog junaka pod Trojom, i vodik ima svoju Ahilovu petu. Vodik je najlakši kemijski element – atom vodika 12 je puta lakši od atoma ugljika, a 16 puta lakši od atoma kisika. Kako je gustoća plina proporcionalna njegovoj relativnoj molekulskoj masi, gustoća vodika (H2) pri normalnom tlaku i temperaturi iznosi samo 0,089 g/L – što je dobro ako njime punimo balone, ali nije nikako dobro ako njime punimo plinske boce. Vodik se, istina, može prevesti u tekuće stanje, no gustoća tekućeg vodika iznosi samo 0,07 g/cm3 – deset je puta lakši od benzina. Rezultat? Energijska vrijednost litre tekućeg vodika iznosi samo 8,4 MJ, što je mnogo, mnogo manje od energijske vrijednosti benzina. Zaključak: punite spremnik goriva benzinom, a ne vodikom. Više će stati, a ni spremnik neće trebati hladiti (na -153 oC).
Ali evo rješenja. Vodik ne treba ni hladiti ni sabijati nego ga treba s nečim vezati. Stara zamisao, mnogo pokušaja, pa čovjek misli da se ne može pronaći ništa novo. Da nije tako govori članak kineskih znanstvenika „A DFT study on Ben (n = 10–12) clusters with hydrogen storage capacity“ objavljen u časopisu Molecules. Pravi pogodak, rekao bih, jer je berilij (Be) najlakši zemnoalkalijski metal i najlakši metal poslije litija. Relativna atomska masa berilija iznosi samo 9 g/mol, što znači da je atom berilija 2,7 puta lakši od atoma magnezija (Ar = 24,305), metala koji se najčešće koristi za skladištenje vodika. No, što kažu Kinezi?
Kažu da su istražili kako tri klastera berilija (Be10, Be11 i Be12) apsorbiraju molekule vodika, H2. Klaster (cluster) je riječ najšireg značenja, koja ipak u osnovnom značenju znači grozd ili roj. U kemiji se pod tim misli na roj ili grozd atoma, mogli bismo reći da je to molekula sastavljena od jednakih ili sličnih atoma. Najbolje se „roje“ atomi bakra i zlata, no spomenuti klasteri berilija nalikuju na šuplje kugle (hollow spherical clusters), a osim toga su vrlo lagani – atom berilija 22 je puta lakši od atoma zlata. Riječ je dakako o vrlo malim česticama: duljina kemijske veze između atoma berilija (Be-Be) varira od 198 do 232 pm, sa srednjom vrijednošću 211 pm (za usporedbu, duljina jednostruke veze između ugljikovih atoma, C-C, iznosi 154 pm).
Mnogo je više od tih, rekli bismo, čisto geometrijskih karakteristika berilijevih klastera važno koliko oni mogu apsorbirati molekula vodika. Rezultati teorijske analize metodom DFT jasno su pokazali da klaster Be10 može vezati 26, klaster Be11 28, a klaster Be12 čak 30 molekula vodika, H2. Drugi riječima, klasteri vežu 2,5 do 2,6 molekula vodika po atomu berilija. Kada se ti omjeri preračunaju u masene udjele, proizlazi da prva dva klasera mogu sadržavati 32 %, a posljednji, najveći i najbolji (B12) čak 36 % vodika. To je mnogo više od cilja 5,5 %, kojeg je za kemijske spremnike vodika postavilo američko ministarstvo za energiju (U.S. Department of Energy). Lijepo.
Još je ljepše što novi spremnik za vodik može raditi u rasponu temperatura od 216 K pa sve do iznad 600 K ( -57 – 327 oC). Dovoljno je dakle klaster zasititi vodikom, a onda plin otpuštati bilo snižavanjem tlaka, bilo povišenjem temperature. Pri jednom se dakle tlaku i temperaturi spremnik puni, a pri drugom se tlaku i temperaturi prazni. Grijanje spremnika u automobilu nije problem, jer otpadne topline u automobilu, pa i onom električnom, ima na pretek. Lijepo, lijepo, lijepo – odviše lijepo da bi istina bila.
To kažem zato što je ovdje riječ o čisto teorijskom istraživanju, molekulskom modeliranju. To znači da su izračunate vrijednosti vezivanja vodika najviše moguće vrijednosti, pa bi u praksi mogle biti znatno niže. Drugi je problem što su berilij i njegovi spojevi izuzetno otrovni, pa bi puknuće spremnika s berilijem imalo mnogo teže posljedice od puknuća spremnika s tekućim vodikom ili benzinom. No, vidjet ćemo.
Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951., je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, od 2017. u mirovini. Autor je oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske i bioanogranske kemije te povijesti i filozofije znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir te za mrežne stranice Panopticum i, naravno, Bug online. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, a uskoro mu izlazi još jedna: „Zelena goriva budućnosti“.
[post_publish_update_datetime]
