In piedi allo strumento WAND2, ricercatori (da sinistra a destra) Michael Heere e Yaroslav Filinchuk con gli scienziati della linea di luce ORNL Matthias Frontzek e Simon Kimber. Credito:ORNL/Jeremy Rumsey
La separazione di gas come l'idrogeno dai composti più grandi nell'aria è una parte importante della produzione e della produzione di energia. Ma è anche un processo costoso, richiedono grandi quantità di energia e una complicata rete di macchinari pesanti per essere redditizi.
Yaroslav Filinchuk, un professore di chimica dell'Université Catholique de Louvain, Belgio, e Michael qui, un ricercatore del Karlsruhe Institute of Technology e affiliato del reattore di ricerca Forschungsreaktor München II a Monaco di Baviera, Germania, potrebbe avere una soluzione a questo problema. Utilizzando lo scattering di neutroni presso l'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Department of Energy (DOE), Filinchuk e Heere stanno studiando un materiale che potrebbe cambiare il modo in cui raccogliamo materiali industriali di valore.
"Abbiamo un materiale unico. È il primo materiale idruro metallico poroso nella sua classe unica, " ha detto Filinchuk. "Abbiamo un campione qui [Mg(BH 4 ) 2 ], e stiamo cercando di esporlo a gas diversi per vedere se possiamo capire meglio come assorbe quei gas".
Un idruro metallico complesso è un materiale composto costituito da atomi di idrogeno e metallo legati insieme. Gli idruri metallici sono comuni in alcune batterie, dove sono usati per immagazzinare l'idrogeno. Ma i pori del boroidruro di magnesio lo rendono uno strumento particolarmente valido per lo stoccaggio dell'idrogeno, permettendo alla sostanza di assorbire un'enorme quantità di idrogeno, più del doppio della quantità trovata nell'idrogeno liquido. Cosa c'è di più, quei pori sono della dimensione perfetta per filtrare molecole come krypton e xenon l'una dall'altra o da composti più grandi, eliminando potenzialmente la necessità delle pesanti apparecchiature di refrigerazione attualmente utilizzate per raffreddare, catturare, separato, e immagazzinare gas industriali.
"Quando hai qualcosa in grado di immagazzinare così tanto idrogeno e potenzialmente isolare gas industriali preziosi, è piuttosto eccitante, " disse Qui.
I neutroni sono particolarmente adatti per questo tipo di ricerca perché possono penetrare in profondità idruri metallici complessi come Mg(BH 4 ) 2 e sono estremamente sensibili agli elementi leggeri come l'idrogeno.
Utilizzando il diffrattometro a neutroni grandangolare recentemente aggiornato (WAND 2 ), linea di luce HB-2C, presso il reattore isotopico ad alto flusso di ORNL (HFIR), Filinchuk e Heere possono localizzare con precisione le molecole di idrogeno mentre interagiscono con la superficie del materiale, anche quando queste particelle sono oscurate da atomi più grandi all'interno del composto di idruro di metallo.
"Questo è un nuovo tipo di esperimento per noi. Siamo in grado di studiare queste interazioni con dettagli senza precedenti grazie agli aggiornamenti che abbiamo fatto, che includono l'installazione di un nuovo rilevatore, che hanno migliorato l'efficienza dello strumento di un fattore 15, " ha detto lo scienziato Matthias Frontzek.
"I neutroni ci danno una buona impressione di cosa sta succedendo alla nostra sostanza e ai gas a cui la esponiamo. Possiamo vedere le molecole che entrano ed escono dal Mg(BH 4 ) 2 i pori come chiavi che passano attraverso una serratura, " ha aggiunto Filinchuk.
Questo esperimento è particolarmente impegnativo, caratterizzato da una serie di rischi tecnici unici che il personale ORNL ha dovuto prendere in considerazione mentre aiutava Filinchuk e Heere a preparare il loro progetto.
"Oak Ridge National Lab è il tipo di luogo in cui è possibile realizzare questi complicati esperimenti. Le persone sono disposte a investire tempo per aiutare gli utenti a svolgere sfide scientifiche in modo sicuro, " ha spiegato lo scienziato dello strumento Simon Kimber.
Mentre Filinchuk e Heere notano che c'è ancora molta più ricerca da fare prima di avere una comprensione completa di cosa Mg(BH 4 ) 2 è capace di, sperano che i loro dati abbiano un impatto.
"Ci piacerebbe dare un contributo significativo non solo all'industria, ma anche al campo della scienza dei materiali in generale, " disse Qui.
