化学的進歩により、燃料としての粉末水素の真の可能性が解き放たれる可能性がある

オーストラリアのディーキン大学の研究者らは、塗料、化粧品、歯科用セメントに一般的に使用される家庭用化学物質である窒化ホウ素が、燃料としての水素の可能性を解き放つ可能性があることを発見したとプレスリリースで述べた。

差し迫ったエネルギー危機と化石燃料の使用による気候変動の脅威により、代替燃料の必要性はかつてないほど高まっています。 世界中の科学者は、代替エネルギー源としての水素の利用を促進するために取り組んできました。 しかし、燃料の保管と輸送は依然として面倒で危険です。

ディーキン大学の研究チームは、この問題の解決策が窒化ホウ素と呼ばれる地味な化学物質であることを発見しました。この発見は非常に驚くべきものであったため、研究者自身が結果を確認し、その化学物質の可能性を信じるために実験を 20 ～ 30 回繰り返しました。

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名前が示すように、この化学物質はホウ素と窒素の化学反応の結果であり、化学的および熱的に耐性のある化合物が生成されます。 これらの特性により、この化学物質は金属鋳造に応用されていますが、より身近なところでは塗料や化粧品の潤滑剤としても使用されています。

粉末状の窒化ホウ素は吸収剤として機能し、設置面積が小さくても高い吸収能力があるため、かなりうまく機能します。 研究者らはその吸収能力を利用して、ボールミルでガスを分離しました。 一種のグラインダーであるボールミルは、分離する必要がある混合ガスが入ったチャンバー内に置かれたステンレス鋼のボールで構成されています。

次に、チャンバーを高速で回転させます。その間、ボールミルのチャンバー壁、ステンレス鋼ボール、内部の窒化ホウ素粉末の間のメカノケミカル反応により、ガスが粉末に吸収されます。

プレスリリースには、混合ガスのうち 1 種類のガスのみが粉末に吸収され、その後ミルから取り出して室温で輸送できると記載されています。 水素に関しては、現在使われている高圧容器や超冷却に乗せて燃料を輸送するというかなりシンプルな方法です。 ガスを放出するには、真空下で粉末を加熱する必要があります。 ガスが抽出されると、粉末は再び再利用できます。

この技術が提供できるのは将来の燃料だけではありません。 現在、製油所は「極低温蒸留」と呼ばれるプロセスを使用して、ガソリンや調理ガスなどの原油成分を分離しています。 これはエネルギーを大量に消費するプロセスであり、世界のエネルギー需要の約 15 パーセントを占めます。

研究者らは、粉末ベースのガス分離が原油成分に対しても効果的であると確信しています。 テスト条件下では、1000L のガスを分離して貯蔵するために、そのセットアップには 76.8 KJ/s のエネルギーが必要でした。 これは、現在「極低温蒸留」に費やされているエネルギー量の90パーセントの削減であるとプレスリリースは主張している。

これまでのところ、研究チームはその方法を一度に数リットルのガスを分離するためにのみ使用しようと試みている。 彼らは現在、このテクノロジーを大規模にテストすることを計画しています。

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彼らの研究結果は、マテリアルズ・トゥデイ誌に掲載されました。

抽象的な：軽質炭化水素オレフィンとパラフィンのガス混合物は、天然ガスまたは石油化学の処理中に生成されます。 石油化学産業は、エネルギー集約型の極低温蒸留プロセスを使用して炭化水素ガス混合物を分離しており、これは世界のエネルギー消費量の 15% を占めています [1]。 エネルギー消費を削減するには、新しい省エネ分離プロセスの開発が必要です。 この研究では、窒化ホウ素 (BN) 粉末をアルキンまたはオレフィンとパラフィンの混合ガス雰囲気中で室温でボールミル粉砕する、グリーンで低エネルギーのメカノケミカル分離プロセスを開発します。 BN はパラフィン ガスよりもはるかに多量のアルキン ガスとオレフィン ガスを選択的に吸着するため、ボールミル処理後にパラフィン ガスが精製されます。 吸着されたオレフィンガスは、低温加熱プロセスによって BN から回収できます。 メカノケミカルプロセスにより、BN 中のアルキンガスとオレフィンガスの非常に高い取り込み能力が生成されます (アセチレン (C2H2) の場合は 708 cm3/g、エチレン (C2H4) の場合は 1048 cm3/g)。 私たちの知る限りでは、BN ナノシートはボールミル粉砕の助けにより、これまでに報告されている他のすべての材料よりも優れたアルキン/オレフィンガスの最高の取り込み能力を達成しました。 化学分析の結果、大量のオレフィンガスがC-N結合形成を介してその場で形成されたBNナノシートに準化学的に吸着されたのに対し、少量のパラフィンガスがBNナノ粒子に物理的に吸着されたことが明らかになりました。 この拡張可能なメカノケミカルプロセスは、工業的な分離方法として大きな可能性を秘めており、大幅なエネルギー節約を実現できます。