Водород называют «топливом будущего»: при его сгорании образуется лишь вода, и он может хранить огромные запасы энергии. Однако есть проблема: водород сложно безопасно и компактно хранить. Он просачивается через большинство материалов, а в жидком виде требует низких температур. Недавно учёные предложили инновационный подход: удерживать водород внутри углеродных нанотрубок. Эти трубки — структуры толщиной в несколько атомов, обладающие потрясающей прочностью и уникальными свойствами.
Как работает хранение
Внутри углеродной нанотрубки пространство настолько малое, что молекулы водорода плотно упаковываются, словно шарики в колоду. Молекулы удерживаются благодаря силам Ван‑дер‑Ваальса и не могут проникнуть через стенки трубки. В отличие от сжижения, газ при этом остаётся в газовой фазе, что упрощает процесс. Учёные синтезировали массивы нанотрубок, связали их в пучки и наполнили водородом при умеренном давлении. Получилось плотность хранения, сопоставимая с жидким водородом, но без необходимости охлаждения.
Преимущества и возможности
Такие контейнеры потенциально безопаснее: при повреждении нанотрубка не взрывается, а просто выпускает газ медленно. Это делает технологию привлекательной для автомобилей и дронов на водороде. Кроме того, нанотрубки можно использовать многократно, просто освобождая их от газа. Набор из миллионов нанотрубок можно упаковать в батареи, делать из них баки для автомобилей или резервуары для стационарных хранилищ энергии. Инженеры также обсуждают использование комбинированных материалов, где нанотрубки покрыты металлоорганическими каркасами для ещё большего хранения.
Вызовы
Трудность масштабирования и стоимость производства — главные барьеры. Нанотрубки пока производятся небольшими партиями, а для реального применения нужны сотни тонн. Исследователи работают над методами массового синтеза и сборки. Также важно понять, как быстро можно заполнять и освобождать нанотрубки в реальных условиях. Но даже на этом этапе ясно: нанотехнологии дают ключ к решению проблемы водородной энергетики.