Ένας νέος τεχνητός κρύσταλλος που μπορεί να «αναπνέει» οξυγόνο μπορεί να αλλάξει τα δεδομένα για την ενεργειακή απόδοση και τη μετάβαση στην καθαρή ενέργεια.
Ένας κρύσταλλος σαν πνεύμονας
Το υλικό είναι κατασκευασμένο από ένα οξείδιο του στροντίου, του σιδήρου και του κοβαλτίου, και όταν θερμαίνεται σε ένα απλό αέριο περιβάλλον, ο λεπτός κρύσταλλος έχει παρατηρηθεί ότι απελευθερώνει και στη συνέχεια επαναπορροφά οξυγόνο, όπως ένας ανθρώπινος πνεύμονας. Επιπλέον, μπορεί να επαναλαμβάνει τη δράση ξανά και ξανά χωρίς να διασπάται. Οι πιθανές εφαρμογές ενός τέτοιου υλικού είναι τεράστιες και θα μπορούσαν να είναι καθοριστικές στη μετάβαση στην καθαρή ενέργεια.
«Είναι σαν να δίνουμε στον κρύσταλλο πνεύμονες και μπορεί να εισπνέει και να εκπνέει οξυγόνο κατόπιν εντολής», λέει ο καθηγητής Hyoungjeen Jeen. Ο Jeen, καθηγητής φυσικής στο Εθνικό Πανεπιστήμιο Pusan στη Νότια Κορέα, συνυπέγραψε τη μελέτη μαζί με τον καθηγητή Hiromichi Ohta από το Ινστιτούτο Έρευνας Ηλεκτρονικής Επιστήμης στο Πανεπιστήμιο Hokkaido στην Ιαπωνία. Τα αξιοσημείωτα ευρήματά τους για τον κρύσταλλο, ο οποίος έχει τον τύπο SrFe0.5Co0.5O2.5, δημοσιεύθηκαν σε επιστημονική εργασία στο περιοδικό Nature Communications νωρίτερα αυτόν τον μήνα.
Η μέθοδος για το οξυγόνο
Δεν είναι ασυνήθιστο οι φυσικές ουσίες να συνδέονται και να απελευθερώνουν οξυγόνο, το οποίο είναι ένα εξαιρετικά αντιδραστικό στοιχείο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το οξυγόνο είναι ένα τόσο κρίσιμο δομικό στοιχείο για την ανθρώπινη και φυτική ζωή - είναι ένα σχετικά εύκολο στην εφαρμογή του με εξελικτικούς όρους. Αλλά η αναπαραγωγή τέτοιων διεργασιών στην επιστήμη δεν είναι πάντα εύκολη. Η διαδικασία συχνά υποβαθμίζει τα υλικά γρήγορα ή απαιτεί ακραίες θερμοκρασίες για να προκαλέσει την απορρόφηση ή την απελευθέρωση, καθιστώντας τέτοιες διεργασίες ακατάλληλες για οποιαδήποτε πιθανή εμπορική εφαρμογή.
Αυτό είναι που κάνει αυτή τη νεότερη ανακάλυψη τόσο συναρπαστική - ο κύκλος απορρόφησης και απελευθέρωσης οξυγόνου διατηρείται χωρίς να διασπάται ο κρύσταλλος σε μέτριες θερμοκρασίες - περίπου 400 °C.
«Αυτό το εύρημα είναι εντυπωσιακό με δύο τρόπους: μόνο τα ιόντα κοβαλτίου ανάγονται και η διαδικασία οδηγεί στο σχηματισμό μιας εντελώς νέας αλλά σταθερής κρυσταλλικής δομής», εξήγησε ο Jeen. Και, όταν επανεισαχθεί το οξυγόνο, η αρχική κρυσταλλική δομή αποκαθίσταται.
«Αυτό αντιμετωπίζει την πρόκληση της λειτουργίας σε σκληρότερες συνθήκες που περιλαμβάνουν πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες για τον έλεγχο του οξυγόνου και αντικαθιστά άλλα υλικά που χρησιμοποιούνται σε αυτή τη διαδικασία και ήταν πολύ εύθραυστα για να χρησιμοποιηθούν επανειλημμένα», αναφέρει το New Atlas.
Λόγω αυτών των χαρακτηριστικών, αυτοί οι τεχνητοί κρύσταλλοι θα μπορούσαν να είναι εξαιρετικά χρήσιμοι σε τεχνολογίες όπως οι κυψέλες καυσίμου στερεού οξειδίου, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από υδρογόνο με ελάχιστες εκπομπές εάν ελέγχεται το οξυγόνο. Οι κυψέλες καυσίμου στερεού οξειδίου θα μπορούσαν να συμβάλουν στην επέκταση της αυτονομίας των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, ειδικά εάν είναι σε θέση να λειτουργούν σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες.
Η ικανότητα ελέγχου του οξυγόνου
Η ικανότητα ελέγχου του οξυγόνου «παίζει επίσης ρόλο στα θερμικά τρανζίστορ - συσκευές που μπορούν να κατευθύνουν τη θερμότητα όπως οι ηλεκτρικοί διακόπτες - και στα έξυπνα παράθυρα που προσαρμόζουν τη ροή θερμότητας ανάλογα με τον καιρό», σύμφωνα με το Phys.org. Αυτά τα έξυπνα παράθυρα μπορούν να βοηθήσουν στη διατήρηση των εσωτερικών θερμοκρασιών, ενισχύοντας σημαντικά την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων. Αυτό θα μπορούσε να έχει τεράστιο αντίκτυπο στους κλιματικούς στόχους - προς το παρόν, απίστευτα, τα κτίρια καταναλώνουν περισσότερη ενέργεια από ό,τι οι μεταφορές και η βιομηχανία μαζί.
Η ερευνητική ομάδα έχει ήδη δοκιμάσει την εφαρμογή του κρυστάλλου σε έξυπνα παράθυρα. «Έχουν διαπιστώσει ότι το υλικό αλλάζει διαφάνεια με βάση την περιεκτικότητά του σε οξυγόνο, με την πλούσια σε οξυγόνο έκδοση να φαίνεται λιγότερο διαφανής, ενώ η έκδοση χωρίς οξυγόνο να δείχνει αυξημένη διαφάνεια», αναφέρει το Design Boom. Η επιστημονική ομάδα προβλέπει επίσης πιθανές εφαρμογές στην ηλεκτρονική, συμπεριλαμβανομένων αισθητήρων οξυγόνου και συστημάτων διαχωρισμού αερίων.
«Αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα προς την υλοποίηση έξυπνων υλικών που μπορούν να προσαρμόζονται σε πραγματικό χρόνο», λέει ο καθηγητής Ohta. «Οι πιθανές εφαρμογές κυμαίνονται από την καθαρή ενέργεια έως την ηλεκτρονική, ακόμη και τα οικολογικά δομικά υλικά».
Προς το παρόν, ωστόσο, τα επόμενα βήματα για την επιστημονική διαδικασία είναι η συνέχιση της βελτίωσης της σύνθεσης και των μεθόδων επεξεργασίας των κρυστάλλων για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης και της ανθεκτικότητας.
www.worldenergynews.gr
