Forskere identificerer materialer, der er i stand til at katalysere omdannelsen af ​​ortho-hydrogen til para-hydrogen

Et forskerhold bestående af NIMS og Tokyo Institute of Technology har identificeret materialer, der er i stand til at katalysere omdannelsen af ​​ortho-hydrogen til para-hydrogen. Disse katalysatorer bør være afgørende for spredningen af ​​massetransport/opbevaring af flydende brint. Forskningen er publiceret i tidsskriftet Exploration .

Brint er ved at blive bredt accepteret som en alternativ energikilde til fossile brændstoffer. Dens fortætning (ved temperaturer under -253°C under tryk højere end én atmosfære) kan dramatisk reducere dens volumen, hvilket gør den velegnet til transport og opbevaring. Hydrogenmolekyler (H₂ ) - hver sammensat af to hydrogenatomer - findes i to isomere former:ortho- og para-H₂ .

Under normale forhold, ortho- og para-H₂ er til stede i forholdet 3:1 med ortho-H₂ lidt mere energetisk ustabil end para-H₂ . Gradvist afkøling af H₂ til sin flydende temperatur forårsager alt ortho-H₂ at konvertere til para-H₂ , der producerer stabil væske H₂ .

Hurtig afkøling af H₂ under højt tryk – nødvendig for væskedannelse – forsinker ortho-til-para-konverteringen under afkølingsprocessen, hvilket efterlader betydelige mængder ortho-H₂ i den flydende H₂ produceret. Den resterende ortho-H₂ molekyler fortsætter med at isomerisere til para-H₂ under opbevaringen, hvilket udløser delvis fordampning af væsken H₂ og resulterer i betydeligt tab af H₂ og energi.

Valget af passende katalysatorer før fortætningsprocessen kan løse dette problem på grund af accelereret ortho-til-para-omdannelse. Imidlertid var eksisterende katalysatorer ude af stand til at accelerere omdannelsen tilstrækkeligt, og det var derfor ønskeligt at udvikle mere effektive katalysatorer.

Dette forskerhold evaluerede evnen af ​​mere end 170 faste materialer - inklusive metaller og ioniske krystaller - til at katalysere ortho-til-para-konvertering. Holdet fandt, at manganoxid (Mn₃ O₄ ) og koboltoxid (CoO) udviste signifikant højere katalytisk ydeevne end konventionelle jernoxidbaserede katalysatorer. Derudover identificerede holdet vigtige faktorer, der påvirker de katalytiske aktiviteter af disse materialer til at accelerere ortho-til-para-konvertering.

Brintflydning er afgørende for langdistancetransport af brint ad søvejen fra store brintproducenter/-eksportører (især Australien og Mellemøsten) til brintimportører, såsom Japan.

Katalysatordesignretningslinjerne og højtydende katalysatorer udviklet i dette forskningsprojekt forventes i høj grad at hjælpe Japan med at komme videre med sin plan om at omsætte brintøkonomi-konceptet i praksis.

Flere oplysninger: Hideki Abe et al, Exploration of heterogenous katalysator for molekylær hydrogen ortho-para konvertering, Exploration (2023). DOI:10.1002/EXP.20230040

Leveret af National Institute for Materials Science