Hidrojen, evrendeki en hafif elementtir. Bu özellik, onu mükemmel bir yakıt yapsa da depolanmasını kabusa çevirir. Geleneksel yöntemler ya hidrojeni 700 bar gibi korkunç basınçlarda sıkıştırmayı ya da -253 dereceye kadar soğutup sıvılaştırmayı gerektirir. Her iki yöntem de enerji yoğundur ve güvenlik riskleri taşır. Ancak üçüncü bir yol daha var: Hidrojeni katı bir metalin atomik boşluklarına hapsetmek. Metal hidrür teknolojisi, hidrojeni gaz halinden daha güvenli ve sıvı halinden daha yoğun bir şekilde depolamayı vaat ediyor.
Metal hidrürleri anlamanın en kolay yolu, onları "hidrojen seven metaller" olarak düşünmektir. Bazı metaller ve alaşımlar (Magnezyum, Nikel, Titanyum gibi), hidrojen gazı ile temas ettiğinde kimyasal bir reaksiyona girer.
Emilim (Absorpsiyon): Hidrojen molekülleri (H2), metalin yüzeyine çarpar, atomlarına (H) ayrılır ve metalin kristal kafes yapısının içindeki boşluklara yerleşir.
Bu süreç, tıpkı kuru bir süngerin suyu çekmesi gibidir. Sonuçta ortaya çıkan malzeme artık saf metal değil, bir "Metal Hidrür" bileşiğidir.
A. Üstün Güvenlik Yüksek basınçlı bir gaz tankı delinirse patlayabilir. Ancak metal hidrür tankı delinse bile hidrojen dışarı fışkırmaz. Hidrojen metalin içinde kimyasal olarak bağlıdır ve ancak tank ısıtılırsa yavaşça serbest kalır. Bu özellik, onları denizaltılar ve kapalı alan uygulamaları için dünyanın en güvenli depolama yöntemi yapar.
B. Hacimsel Yoğunluk Şaşırtıcı bir fiziksel gerçek şudur: Metal hidrür tankındaki hidrojen atomları, sıvı hidrojenden daha sıkı bir şekilde paketlenir. Yani aynı hacimdeki bir tankta, metal hidrür kullanarak sıvı hidrojenden daha fazla yakıt depolayabilirsiniz.
Endüstride farklı ihtiyaçlara göre farklı metal "reçeteleri" kullanılır:
AB5 Alaşımları (LaNi5): Lantan ve Nikel bazlıdır. Oda sıcaklığında çok iyi çalışır, hızlı şarj olur ancak ağırdır. Hibrit araçların pillerinde (NiMH) yıllardır kullanılan teknoloji budur.
Magnezyum Bazlı Hidrürler (MgH2): Hidrojen depolamanın "kutsal kasesi" olarak görülür. Magnezyum hafiftir ve çok miktarda hidrojen tutabilir (%7.6 ağırlıkça). Ancak hidrojeni geri bırakması için 300 derece gibi yüksek sıcaklıklara ısıtılması gerekir. Nanoteknoloji ile bu sıcaklık düşürülmeye çalışılmaktadır.
Metal hidrürlerin çalışması termodinamik bir nefes alışverişine benzer:
Şarj Ederken (Hidrojeni alırken): Dışarıya ciddi miktarda ısı verir (Ekzotermik). Tankın soğutulması gerekir.
Deşarj Ederken (Hidrojeni kullanırken): Dışarıdan ısı alması gerekir (Endotermik). Tankın ısıtılması gerekir (örneğin yakıt pilinin atık ısısı ile). Bu ısı yönetimi, sistemin tasarımını karmaşıklaştıran en büyük faktördür.
Otomotiv sektörü için metal hidrürler şu an biraz ağır kalsa da, iş makineleri, gemiler, denizaltılar ve sabit enerji depolama sistemleri (rüzgar/güneş enerjisi depolama) için rakipsizdir. Bilim insanları, metal organik kafesler (MOF) ve nano-yapılandırılmış kompozitler kullanarak hem hafif hem de düşük sıcaklıkta çalışan yeni nesil hidrürler üzerinde çalışmaktadır.
Hidrojen ekonomisine geçişte, sadece hidrojeni üretmek yetmez; onu güvenle cebimizde veya arabamızda taşıyabilmemiz gerekir. Metal hidrürler, gaz sıkıştırmanın tehlikelerini ve sıvılaştırmanın maliyetini ortadan kaldıran, doğanın kimyasını kullanan zarif bir mühendislik çözümüdür.
