Несмотря на появление новых способов производства водорода, препятствием для его промышленного внедрения остается сложность транспортировки, которая напрямую связана с его физическими свойствами – легкостью (в 14 раз легче воздуха), химической активностью и взрывоопасностью. Обеспечить возможность транспортировки водорода можно либо с помощью сжатия и сжижения, либо за счет превращения в твердое тело, т.е. в кристалл из молекул H2. Однако такие манипуляции достаточно энергозатратны: сжатие и охлаждение требует от 20% до 40% той энергии, которую можно получить от самого топлива.
При этом даже в уплотненном виде водород содержит примерно вдвое меньше энергии на единицу объема, чем природный газ, что снижает эффективность его применения на транспорте. Наконец, молекулы водорода из-за своего маленько размера легко утекают из контейнеров и даже проникают внутрь металлических стенок, делая их хрупкими и вызывая образование трещин. Это затрудняет перевозку H2 в цистернах и криогенных резервуарах.
Альтернативой являются химические накопители: например, сплавы магния и никеля или циркония и ванадия могут удерживать водород в пустотах между атомами металлов, которые образуют кристаллическую решетку. В подобные «аккумуляторы» можно «упаковывать» водород для хранения, а затем высвобождать его путем нагрева. Правда, такие сплавы могут удерживать не больше трех атомов водорода на один атом металла.
Ученым из Сколтеха, Института кристаллографии РАН и научных центров Китая, Японии и Италии удалось обойти это ограничение за счет синтеза соединений, в которых на один атом металла приходится от семи до девяти атомов водорода. Речь идет о гептагидриде цезия (CsH7) и нонагидриде рубидия (RbH9), которые, по мнению ученых, будут сохранять устойчивость при атмосферном давлении. «Доля атомов водорода в этих веществах выше, чем в любых известных гидридах, существующих при нормальных давлениях, – вдвое выше, чем в метане CH4», – цитирует Сколтех Дмитрия Семенюка, выпускника аспирантуры по программе «Наука о материалах».
Эксперимент, в ходе которого были синтезированы соединения на основе цезия и рубидия, состоял из нескольких этапов. «Богатое водородом твёрдое вещество боразан (боран аммиака NH3BH3) реагирует с цезием или рубидием. Получается соль — амидоборан цезия или рубидия. При нагревании соль разлагается на моногидрид цезия или рубидия и большое количество водорода. Поскольку эксперимент проходит в ячейке с алмазными наковальнями, которые обеспечивают давление в 100 тыс. атмосфер, выделившийся водород втискивается в пустоты кристаллической решётки низших гидридов с образованием полигидридов: гептагидрида цезия и двух вариантов нонагидрида рубидия с разной топологией кристаллической структуры», – цитирует Сколтех руководителя исследования, заведующего Лабораторией дизайна материалов Артема Аганова.
Авторы в дальнейшем планируют масштабировать эксперимент с использованием гидравлического пресса, чтобы получить полигидриды цезия и рубидия в большем количестве и при меньшем давлении (10 тыс. атмосфер).
