Na extenzívny rozvoj vodíkových technológií a širšie uplatnenie vodíka v spoločnosti je kľúčová jeho lacná a ekologická výroba, ale najmä možnosť bezpečného a veľkokapacitného uskladnenia. V súčasnosti existuje viacero konceptov na uskladnenie vodíka. Niektoré sa používajú už niekoľko desiatok rokov, iné sú v štádiu pilotných experimentov a ďalšie zatiaľ v laboratórnej škále.
O žiadnej z metód sa zatiaľ nedá povedať, že je univerzálna a vyhovuje všetkým potrebám budúcej ekonomiky založenej na vodíku. Treba realizovať ešte veľa výskumu a vývoja. Uskladnenie vodíka bezpečne, ekonomicky, ekologicky a v dostatočnom množstve je teda hlavnou výzvou súčasnosti a determinujúcim faktorom na širší rozvoj a použitie vodíka a vodíkových technológií.
Vodík viazaný v pórovitých nosičoch
Jedným z možných spôsobov uskladnenia vodíka sú pórovité nosiče. Tento spôsob navonok evokuje existujúce uskladnenie zemného plynu pod zemským povrchom, kde ložiská sú často tvorené pórovitými horninami, v ktorých je zemný plyn akumulovaný. Jednou z ciest, ktorá sa skúma, je pridávanie vodíka do zemného plynu a štúdium optimálnej koncentrácie vodíka a jeho vplyv na podzemné pórovité ložiská.
Adsorpcia vodíka v pórovitých nosičoch je založená na slabých medzimolekulových interakciách (tzv. van der Waalsove sily) medzi molekulárnym vodíkom a pórovitým materiálom s veľkým špecifickým povrchom. Kľúčovým je práve veľký špecifický povrch. Moderné pórovité materiály môžu mať povrch niekoľko tisíc m² na jeden gram nosiča. Fenomén adsorpcie teda vedie k „pripútaniu“ molekúl vodíka k povrchu a v póroch pórovitého materiálu. Takto možno vodík uskladniť veľmi efektívne, s vysokou hustotou.
V súčasnosti sa skúmajú na uskladnenie vodíka rôzne typy pórovitých systémov, z ktorých jedny z najvýznamnejších sú metalo-organické siete (MOF). MOF sú tuhé kryštalické látky, ktoré sa vyznačujú nízkou hustotou (teda aj nízkou hmotnosťou), vysokou pórovitosťou a špecifickým povrchom. Povrch týchto látok je zvyčajne 500-3 000 m²/g, v niektorých prípadoch aj viac ako 5 000 m²/g. Na týchto materiáloch je možné dosiahnuť vysokú hmotnosť uskladneného vodíka (gravimetrické množstvo), pri tlakoch 70-100 bar môže adsorbované množstvo vodíka dosahovať až viac ako 10 hmotnostných percent. V prípade najefektívnejších MOF, ako napr. NU-100 alebo MOF-210 to je až takmer 15-20 hmotnostných percent (hmot. %). Tieto kapacity sa však zatiaľ dosahujú len pri nízkych teplotách. Pri prechode na teplotu 25°C gravimetrické kapacity klesajú. Preto je súčasný výskum orientovaný na prípravu a modifikáciu MOF tak, aby sa zvýšila adsorpčná interakcia. Tým by bolo možné posunúť adsorpčný proces k bežným teplotám a naplno využiť potenciál, ktorý MOF ponúkajú.
text prof. RNDr. Vladimír Zeleňák, DrSc., Ústav chemických vied, Prírodovedecká fakulta, Univerzita PJŠ Košice Foto Nafta
