László Krisztina a Műegyetem Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszékének egyetemi tanára, a Felületkémiai Csoport vezetője. Számos munkája nyert el támogatást az utóbbi évtizedekben. Ezúttal egy nemzetközi együttműködéssel megvalósuló projektjéről beszélgettünk (projekt azonosító: NN 110209).

A kutatás a „Nanoradiátoros adszorbensek a metán biztonságos tárolására” címet viseli. Hogyan képzeljük a nanoradiátorokat?

Prof. László Krisztina

A CONCERT nevű projektben japán és európai uniós partnerekkel dolgoztunk együtt. Egy olasz kolléganő „hozta” a fémorganikus térhálókkal kapcsolatos szakértelmet. Ez olyan anyagcsalád, amely kiemelkedően sok gázt köthet meg a pórusaiban. Nagy jövőt jósolnak neki a metán-, hidrogén-, szén-dioxid-tárolás terén. A fémorganikus térhálók állnak a legközelebb ahhoz, hogy segítségükkel elérhessük az amerikai energiaügyi hatóság (DOE) által előírt gáztárolási kapacitásokat, ezért sok laboratóriumban fejlesztenek ilyen anyagokat. A japán csoport igen elismert a szén-nanorészecskék kutatása terén (a nanocsövek, nanohordók tulajdonságairól közölt eredményeik kiemelkedőek). Az olasz-japán duó lett a konzorcium „magja”, amely aztán a francia modellezők mellett két további, a szénkutatásban ismert európai kutatócsoportot hívott meg: spanyol kutatókat és bennünket.

Az gázmegkötéssel (adszorpció) működő gáztároló rendszereknél a legnagyobb gondot talán az okozza, hogy az adszorpció hőfejlődéssel jár. A felmelegedés viszont rontja a gázmegkötő képességet, mert magasabb hőmérsékleten a gázok „szívesebben maradnak” szabadon ahelyett, hogy „röghöz kötődnének”. A fémorganikus térhálók lassan adják le az adszorpció során termelődő hőt, felmelegszenek. Keresni kellett egy olyan anyagot, amely felgyorsítja ezt a folyamatot. A jó hőátadási tulajdonságokkal rendelkező grafén lehetne az az anyag, amely hatékonyan elvezeti a térhálótól a hőt: ha nem nő a hőmérséklet, nem csökken a gázmegkötő képesség. Ha viszont szeretnénk eltávolítani a gázokat, melegítenünk kell a rendszert: a grafén lesz az az anyag, amely nanoradiátorként gyorsan felveszi, majd továbbítja a hőt. Tehát arra jutottunk, hogy grafénnel kell valamilyen módon kevernünk a fémorganikus anyagokat, hogy gazdaságosabb alkalmazási körülményeket teremthessünk.

A jó hővezető tulajdonságú grafén (a) laza lemezei közé beleágyazhatók a nagy gázadszorpciós kapacitású fémorganikus kristályok (b)

Időközben kiderült, hogy a szén-nanorészecskével való összekapcsolásnak más előnye is lehet. Az a kiválasztott fémorganikus térháló, amit használtunk, érzékeny a külső körülményekre, így a szén-nanorészcsekékkel készülő kompozit meg is védheti a külső körülmények ellen. Az alicantei kutatók, akik a térhálót még nem a grafénnel, hanem a pórusos szénnel keverték, meg tudták növelni a nyomásállóságát. A mi feladatunk elsősorban a kompozit pórusszerkezetének felderítése és a víz porozitást befolyásoló hatásának vizsgálata volt. (A metán szén-dioxiddá és vízzé ég el.) A kétéves pályázati futamidő igen hamar eltelt, és a program valóban „a nulláról indult”. Most mindannyian újabb támogatásért folyamodunk.

Az atomenergia használatától való idegenkedés miatt került előtérbe ez a kutatás?

Nemcsak a nukleáris energiát, hanem a kőolajat is megpróbálják kiváltani. A metán igen nagy energiatartalmú anyag, jelenleg is használják gépkocsi-üzemanyagként. Ha megfelelő szorbenst, megkötő anyagot találunk, a szorpciós módszer segítségével nagy mennyiségű gázt viszonylag kis térfogatba tudunk sűríteni, és a „terméket” felhasználhatják az alternatív hajtású gépkocsikban.

Mekkora tartályra érdemes gondolnunk?

Természetesen el kell férnie egy autóban; az amerikai energiaügyi minisztérium olyan rendszereket fejlesztését tűzte ki célul, amelyekkel az autók tovább működhetnek egyetlen töltéssel, mint most az elektromos töltésű járművek. Léteznek már gázmeghajtású kocsik, de a szorpciós elvű tárolás a jelenleg elterjedteknél lényegesen biztonságosabb működtetést tesz lehetővé.

2016. július