Grafen

Forskere forudsiger grøn energi revolution efter utrolige nye grafen opdagelser

Nyligt opdaget vidundermateriale indeholder store nye muligheder.

En nyligt opdaget form af carbon grafit – materialet i blyantsstift – har vist sig at have en helt uventet egenskab, der kan revolutionere udviklingen af ​​grøn energi og elbiler.

Forskere har opdaget, at grafen tillader positivt ladede hydrogenatomer eller protoner at passere igennem det, på trods af at det er fuldstændig uigennemtrængeligt for alle andre gasser, herunder hydrogen selv.

Virkningerne af opdagelsen er enorme, da det kunne dramatisk øge effektiviteten af ​​brændselsceller, som genererer elektricitet direkte fra hydrogen, siger forskerne.

Gennembruddet giver udsigt til at udvinde brint fra luft og brænde det som en kulstoffri energikilde i en brændselscelle for at producere elektricitet og vand uden skadelige affaldsprodukter.

“I atmosfæren er der en vis mængde brint, og denne brint vil ende på den anden side [af grafen] i et reservoir. Derefter kan du bruge dette reservoir til at brænde det i samme brændselscelle og lave elektricitet, “siger professor Sir Andre Geim fra Manchester University.

Siden sin opdagelse for 10 år siden har grafen forbløffet forskere. Det er det tyndeste kendte materiale, en million gange tyndere end menneskehår, dog mere end 200 gange stærkere end stål, samt at være verdens bedste leder af elektricitet.

Indtil nu, er gennemtrængelighed for protoner ikke blevet betragtet som en praktisk mulighed, men et internationalt forskergruppe ledet af Sir Andre, der deler Nobelprisen for 2010 for hans arbejde med grafen, har vist, at det et-atoms tykke krystal fungerer som et kemikalie filter. Det tillader fri passage af protoner, men udgør en uigennemtrængelig barriere for andre atomer og molekyler.

“Der har været tre eller fire videnskabelige papirer før, om de teoretiske forudsigelser for hvor let eller hvor svært det ville være for et proton at gå gennem grafen, og disse beregninger giver tal, der viser at det tager milliarder og milliarder år for en proton at gå igennem det samme membran, “sagde Sir Andre.

“Det er bare så tæt et elektronisk felt, der ikke lader noget igennem. Men det er et spørgsmål om tal, ikke mere end det. Dette gør en forskel mellem milliarder år og en rimelig frist for gennemtrængning. Der er ingen magi, “sagde han.

Undersøgelsen, der blev offentliggjort i tidsskriftet Nature, viser, at grafen og et lignende enkeltatomstykt materiale kaldet bornitrid tillod opbygning af protoner på den ene side af en membran, men forhindrede alt andet i at krydse til et rum for opsamling.

Forskerne spekulerer i deres videnskabelige dokument om, at der kunne være mange anvendelser inden for hydrogenbrændselsceller og i teknologi til opsamling af hydrogengas fra atmosfæren, hvilket ville åbne en ny kilde til ren energi.

“Det er virkelig det allerførste papir om emnet, så det vi gjorde var virkelig at introducere materialet til andre eksperter til at tænke over det,” sagde Sir Andre.

Hvad kan grafen bruges til?

“Det var svært at ikke spekulere. Hvis du kan pumpe protoner fra en hydrogenholdig gas ind i et kammer, der ikke indeholder noget, begynder du at tænke på, hvordan du kan udnytte dette? “Sagde han.

“En af de muligheder, vi kan forestille os, men futuristisk, som skal understreges, fordi alt er blevet vist i lille skala, anvender en lille elektrisk strøm på tværs af membranen og skubber hydrogen, gennem grafen eller bornitridmembranen”, forklarede han .

“I det væsentlige pumper du dit brændstof fra atmosfæren og får i princippet strøm fra dette brændstof. Før dette papir ville det ikke engang være spekulation; det ville være science fiction. I det mindste er vores papir vejledning og bevis for, at denne type enhed er mulig og ikke er i modstrid med nogen kendt naturlov, “tilføjede Sir Andre.

Grafen: potentielle anvendelser

Grafen er hårdt, cirka 200 gange stærkere end stål, men alligevel meget let. Det betragtes som det første to-dimensionale materiale, fordi det danner krystalplader, der kun er et-atom tykt.

Det er også en fremragende leder af elektricitet, så det er nyttigt for alt hvad der involverer elektronik, såsom mobiltelefoner der kan bøjes og kameraer og bærbare elektriske apparater, der er monteret på tøj.

pg-8-graphene-getty.jpg

Vandrensning er blandt grafens potentielle globale anvendelser (Getty)

Medicinske applikationer omfatter den mulige anvendelse som materiale til levering af lægemidler til beskadigede steder i kroppen, hvilket kunne åbne nye veje til behandling af patienter med hjernebetingelser som Parkinsons sygdom eller kræft.

Grafen udvikles også som et nyt materiale til membraner involveret i at separere væsker. Det kunne bruges til at rense vand i udviklingslandene eller skabe mere effektive afsaltningsanlæg.

Forskere mener også, at grafens høj styrke og lave vægt kan udnyttes ved fremstilling af nye kompositmaterialer og polymerer til transportindustrien, hvilket gør rejser mere sikre og mere brændstofeffektiv.

Nu ser det ud til, at grafen også kan bruges til at generere nye former for generering af ren elektricitet ved hjælp af brændselsceller og endda som en teknologi til høste brint fra luften.

 

Kilde