أنابيب الكربون النانوية مع الكالسيوم تحتجز الهيدروجين ⚡ экспресс
تُعيق الطاقة الهيدروجينية عدم كفاءة التخزين في أسطوانات ألياف الكربون، لذا يُبحث عن طرق الامتزاز الفيزيائي للهيدروجين H₂. جزيء الهيدروجين صغير جدًا، ويصعب احتجازه ضمن نطاق طاقات الربط المطلوب (–0.2 إلى –0.4 إلكترون فولت). اقتُرح سابقًا استخدام الغرافين مع الكالسيوم، لكنه غير مستقر، وكانت حسابات الامتزاز غير دقيقة. باستخدام طريقة مونت كارلو الانتشارية (DMC) وطرق نظرية دالة الكثافة (DFT)، دُرس تثبيت الكالسيوم على الغرافين المُطعَّم بالبورون وداخل أنابيب الكربون النانوية. تبيّن أن الكالسيوم يثبت بقوة في كلا الخيارين، مما يعزز ارتباط الهيدروجين؛ وداخل الأنبوب النانوي مع الكالسيوم تصل طاقة امتزاز الهيدروجين إلى النافذة المطلوبة –0.2 إلى –0.4 إلكترون فولت. هذه البيانات المرجعية من DMC ضرورية لتدريب الشبكات العصبية والتطوير الموجَّه لخزانات تخزين جديدة.
الهيدروجين هو وقود مثالي: عند استخدامه ينتج فقط ماء، وليس ثاني أكسيد الكربون. المشكلة هي أن الهيدروجين هو أخف غاز، وجزيئاته تتسرب من أي حاوية. حاليًا، يُحفظ الهيدروجين في السيارات في أسطوانات ثقيلة تحت ضغط هائل، مما يلغي مزايا الوزن.
تغلب الباحثون على المشكلة بدون ضغط عالٍ. أخذوا أنابيب الكربون النانوية الكربون — أسطوانات مجوفة بسماكة ذرة واحدة، تشبه شبكة ملفوفة — ووضعوا بداخلها ذرات الكالسيوم. الكالسيوم — ذلك المعدن الذي يتكون منه هيكلنا العظمي — أثبت أنه "لاصق" مثالي: يلتصق به الهيدروجين بالقدر الكافي لئلا يطير، ولكن يمكن فصله بسهولة عند الحاجة.
يعطي هذا المبدأ توجيهات دقيقة للمواد. إذا تمكن المهندسون من إنتاج مثل هذه البنى النانوية، ستصبح سيارات الهيدروجين خفيفة حقًا وذات مدى طويل.
🎯 الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الكون، لكنه نادرًا ما يوجد بشكل نقي على الأرض، ويجب استخراجه من الماء أو الهيدروكربونات.