Krzysztof Kowalski, „Rzeczpospolita”, 2-3.05.2007
Najbardziej porowaty na świecie materiał uzyskali naukowcy z Kalifornii. Tym samym otworzyli drogę do magazynowania i wykorzystania wodoru. Ten wynalazek może zrewolucjonizować naszą cywilizację, może spowodować, że wodór stanie się niewyczerpanym źródłem czystej energii.
Uczeni, wizjonerzy, inżynierowie, technicy marzyli o tym od dawna: wykorzystywać wodór jako praktycznie niewyczerpane źródło energii do wszelkiego rodzaju urządzeń i machin – laptopów, samochodów, rakiet, zegarków, zabawek itp. Wodór jest podstawowym składnikiem wody. Gdyby udało się używać go jako źródło energii – nie powodowałby emisji żadnych zanieczyszczeń.
Marzenie w zasięgu ręki
Dotychczas wydawało się, że wprawdzie teoretycznie możliwe, ale praktycznie jest to na razie niewykonalne, typowa pieśń przyszłości. Tego rodzaju technologia wymagałaby bowiem skutecznego i bezpiecznego magazynowania wielkich ilości wodoru. Dotychczas współczesna technika nie umożliwiała zrealizowania tego celu. Tymczasem zanosi się na prawdziwą rewolucję: zespół badaczy z kalifornijskiego Center for Reticular Chemistry (California NanoSystems Institute) kierowany przez dr. Omara Yaghi dokonał wynalazku, który bardzo przybliża „zaprzężenie wodoru do pracy”. Naukowcy stworzyli ultralekki materiał – ma on strukturę krystaliczną, a jednocześnie jest niezwykle porowaty, tak bardzo, że może być wykorzystywany do magazynowania gazu, na przykład wodoru.
Pomysł jest w zasadzie prosty: wykorzystywać bloki molekularne złożone z lekkich elementów, takich jak węgiel, tlen i bor do formowania dowolnych sieci kryształów. W ten sposób uzyska się sieci molekularne zawierające w sobie solidne pory, idealnie nadające się do przechowywania wodoru – wyjaśnia Omar Yaghi. Porównał on nowy materiał do zeolitu – glinokrzemianu szkieletowego, który także ma postać kryształu, strukturę porowatą, a w tych porach (kanalikach) gromadzi drobiny wody.
COF 108 - tak wyglada cząsteczka - potencjalny magazyn wodoru
Sieć jaką udało się zsyntetyzować amerykańskim naukowcom składa się z cząsteczek COF – Covalent Organic Framework, czyli złożonych cząsteczek kowalencyjnych. Kowalencyjność to rodzaj wiązania chemicznego dwóch atomów; jego istota polega na tym, że para elektronów jest współdzielona w porównywalnym stopniu przez oba atomy. Stabilność termiczna takiego wiązania jest bardzo duża, natomiast gęstość wyjątkowo mała. Uzyskany stały materiał, na razie nazwany roboczo COF 108, ma najmniejszą gęstość spośród wszystkich znanych materiałów krystalicznych. Zaledwie jeden gram tego materiału, ze względu na jego porowatość, zająłby powierzchnię 4500 metrów kwadratowych, czyli mniej więcej tyle, ile 30 kortów tenisowych.
Osiągnięcie amerykańskich uczonych jest przejawem powstawania nowego odgałęzienia badawczego – tak zwanej chemii siatkowatej. Stawarza ona nadzieje na uzyskiwanie wielkiej różnorodności materiałów zbudowanych z rozmaitych bloków molekularnych. Dzięki osiągnięciom tej nowej dziedziny można będzie uzyskiwać materiały o dowolnym stopniu porowatości. A to z kolei otwiera przed ludzkością rewolucyjne perspektywy.
Rewolucyjne perspektywy
Przed zbudowaniem cząsteczki COF, niejako po drodze, zespół pod kierunkiem Omara Yaghi uzyskał także MOF – Metal Organic Framework. Rozmiary występujących w nim porów mierzone są w nanometrach. Już ten materiał okazał się bardzo interesujący. Wynalazcy sądzili, że można w nim magazynować takie gazy jak metan czy wodór na tyle skutecznie, aby użyć ich do budowy zbiorników na paliwo do samochodów, zastosować w bateriach do telefonów komórkowych, aparatów fotograficznych, przenośnych komputerów itp. Potwierdzeniem ich opinii jest to, że wynalazkiem MOF już zainteresował się koncern BASF, ma nadzieję bardzo prędko go skomercjalizować.
Ale COF przewyższył MOF. Dr Yaghi uważa, że kryształy COF są bardziej obiecujące ze względu na ich dużo mniejszą gęstość (dużo większą porowatość). Właśnie z tego powodu wynalazek może mieć jeszcze jedno rewolucyjne zastosowanie, mianowicie może ogegrać zasadniczą rolę w walce z globalnym efektem cieplarnianym. Za to zjawisko w przeważającej mierze odpowiadają metan i dwutlenek węgla. Może uda się wykorzystać COF do magazynowania dwutlenku węgla – gazu odpowiedzialnego w dużym stopniu za globalny efekt cieplarniany.
