โครงสร้างเคมีแบบเส้นยาวหยิกช่วยลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ได้

วัสดุชนิดใหม่ถูกพัฒนาขึ้นในเมือง Manchester มีโครงสร้างคล้ายเส้นหมี่ที่หยิกเป็นลอน ๆ ซึ่งจะทำให้ลดการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ที่ออกมาจากการขับเคลื่อนรถยนต์จากการใช้ก๊าซไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงขับเคลื่อน





Dr Peter Budd นักเคมีด้านวัสดุ จากมหาวิทยาลัย Manchester ได้รับเงินทุนจำนวน 150,000 ปอนด์ในการคิดค้นพอลิเมอร์ชนิดพิเศษที่สามารถพ่นก๊าซ CO₂ ออกจากเชื้อเพลิงที่ใช้ขับเคลื่อนยานยนตร์หรือในโรงงานผลิตก๊าซ H2 งานวิจัยนี้ใช้เวลานาน 18 เดือน โดยใช้ระบบเยื่อตัวเร่งเพื่อจับและคืนสภาพของก๊าซ CO₂





มีการคิดค้นเยื่อคอมพอสิทที่ผลิตจาก พอลิเมอร์ที่มีช่องว่างระดับไมโคร (Polymer of intrinsic microporosity or PIM) และ ตัวเร่งปฏิกิริยาสังเคราะห์ ซึ่งคาดว่าจะนำไปทำแผ่นเยื่อ 2 ชั้นที่มีประสิทธิภาพสูงในการกำจัดและกู้คืนก๊าซ CO₂ การใช้ PIM สามารถกักเก็บก๊าซ H₂ จำนวนมากไว้ได้ ซึ่งทำให้เป็นวัสดุที่ได้รับความสนใจนำมาควบคุมการเก็บก๊าซ H₂ ให้เหมาะสมกับการปล่อยออกมาเพื่อสร้างพลังงานไฟฟ้า





สารพอลิเมอร์ไม่ได้ถูกนำมาใช้สำหรับเก็บกักก๊าซ H₂ ตั้งแต่แรก เพราะพอลิเมอร์ส่วนมาก มีความอิสระทางด้านโครงสร้างและการหมุนที่พอเพียงต่อการเกิดรูพรุนจริง แต่ก็ยังไม่มีโครงสร้างที่มีขนาดรูพรุนเล็กระดับไมโคร แต่ทีมวิจัยโดนการนำของ Dr Peter Budd สามารถสังเคราะห์พอลิเมอร์ที่มีรูพรุนขนาดไมโครได้ ทำให้สามารถดูดซับก๊าซ H2 ไว้ในรูพรุนได้





PIM จะมีลักษณะคล้ายกับฟองน้ำที่มีโมเลกุลของ H₂ อยู่รอบ ๆ โครงสร้างของมันประกอบด้วยสายโซ่โมเลกุลที่ยาวซึ่งจะกัก H₂ ไว้ระหว่างแต่ละสายโซ่เหล่านั้น ทำให้สามารถเก็บกักก๊าซ H₂ ไว้ได้มากขึ้นพอกับความต้องการ





จินตนาการถึงจานสปาเก็ตตีิ ที่แต่ละเส้นจะเกี่ยวพันกันทำให้มีช่องว่างจำนวนในมากระหว่างเส้นแต่ละเส้น หรือเส้นบะหมี่ที่หยิกเป็นลอน การบิดเป็นเกลียวก็ช่วยเพิ่มปริมาณของช่องว่างให้มากขึ้นไปอีกด้วย พอลิเมอร์ถูกออกแบบมาให้มีโครงสร้างที่แข็งแรง และมีการบิดงอเป็นเกลียว ทำให้เกิดช่องว่างและรูพรุนมากมายระหว่างสายโซ่โมเลกุล ทำให้เป็นที่กักเก็บ H₂ ได้อย่างยอดเยี่ยม





ช่องว่างระหว่างโมเลกุลทำให้พอลิเมอร์มีพื้นที่ผิวมากมาย โดยปริมาณพอลิเมอร์ 1 กรัมจะมีพื้นที่ผิวใหญ่ประมาณ 3 เท่าของสนามเทนนิส โมเลกุลในพอลิเมอร์จะเป็นเหมือนเครื่องร่อน ที่จะให้โมเลกุลที่เล็กๆ อย่าง H₂ มาเกาะอยู่ได้ในช่องว่างระหว่างโมเลกุลนั้นได้อย่างพอดิบพอดี โมเลกุล H₂ จะเกิดการยึดติดกับช่องว่างนั้นด้วยแรงระหว่างโมเลกุลอย่างอ่อน และทำให้โมเลกุลหลุดได้ง่ายเมื่อต้องการปล่อย H₂ ออกมาด้วย





H₂ จะยึดติดกับช่องว่างระหว่างพอลิเมอร์ได้แน่นมาก เมื่ออยู่ในสภาวะอุณหภูมิต่ำ ๆ และเมื่อต้องการใช้ H₂ เพื่อเป็นพลังงานให้กับรถยนต์ ระบบจะเพิ่มอุณหภูมิจนทำให้โมเลกุลของ H₂ หลุดออกมาได้ เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงด้านสิ่งแวดล้อม และการอนุรักษ์น้ำมัน ก๊าซ H₂ เป็นอีกทางออกหนึ่ง สำหรับเชื้อเพลิงที่มีการปลดปล่อยคาร์บอนเป็นศูนย์ โดยมีน้ำเป็นผลผลิตจากการสันดาปออกมาเท่านั้น





ในขณะนี้พอลิเมอร์สามารถกักเก็บก๊าซ H₂2 ได้ 3% เมื่อเทียบกับน้ำหนักของพอลิเมอร์ และกำลังพํฒนาให้เพิ่มขึ้นอีก 2 เท่า เนื่องจากปริมาณก๊าซ H₂ 6% จึงจะเพียงพอกับการขับเคลื่อนรถยนต์ได้ประมาณ 300 ไมล์ โดยไม่ต้องทำการเติมก๊าซเลย ปัญหาใหญ่ของการผลิตรถยนต์แบบใช้ก๊าซ H₂ เป็นเชื้อเพลิงคือ ระบบความปลอดภัย ในการเก็บก๊าซ H₂ นั่นเอง





Adapted from materials provided by University of Manchester.











ที่มา : http://www.sciencedaily.com/releases/2008/05/080506111917.htm










Image courtesy of University of Manchester \n\n\n\n \n\n\n\n