Κινέζοι επιστήμονες συνέθεσαν νέα υπεραγώγιμα υλικά και νέους καταλύτες για την παραγωγή Υδρογόνου

Οι Κινέζοι επιστήμονες πέτυχαν δύο σημαντικές ανακαλύψεις που υπόσχονται να επηρεάσουν καθοριστικά το μέλλον της υπεραγωγιμότητας και της παραγωγής υδρογόνου. Η ανάπτυξη νέων βασισμένων στο νικέλιο υπεραγώγιμων υλικών σε συνθήκες περιβάλλοντος και η πρωτοποριακή τεχνολογία κατάλυσης για βιώσιμη παραγωγή υδρογόνου ανοίγουν νέους ορίζοντες στην επιστήμη και την τεχνολογία.

Υπεραγωγιμότητα σε συνθήκες περιβάλλοντος

Μια ερευνητική ομάδα από το Southern University of Science and Technology (SUSTech), σε συνεργασία με κορυφαία κινεζικά ιδρύματα, ανέπτυξε μια νέα κατηγορία υπεραγώγιμων υλικών σε συνθήκες περιβάλλοντος. Σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature, τα νέα υπεραγώγιμα υλικά παρουσιάζουν θερμοκρασία μετάβασης άνω των 40 K (περίπου -233 βαθμοί Κελσίου), ενώ παρέχουν αδιάσειστα στοιχεία μηδενικής ηλεκτρικής αντίστασης και αποβολής μαγνητικών πεδίων. Η ανακάλυψη αυτή κατατάσσει αυτά τα υλικά ως την τρίτη μεγάλη κατηγορία υψηλής θερμοκρασίας υπεραγώγιμων υλικών, μετά τα οξείδια του χαλκού (cuprates) και τα σιδηροπυριτικά συστήματα (iron-based superconductors). Η σημασία αυτής της εξέλιξης έγκειται στο ότι ανοίγει νέες δυνατότητες για την κατανόηση των μηχανισμών της υπεραγωγιμότητας.

Η ομάδα υπό την ηγεσία του καθηγητή Xue Qikun και του ερευνητή Chen Zhuoyu ανέπτυξε μια πρωτοποριακή τεχνική εναπόθεσης οξειδίων σε ατομική κλίμακα, η οποία επιτρέπει την ακριβή ρύθμιση της χημικής σύστασης και την επίτευξη υψηλής ποιότητας κρυσταλλικής δομής. Με περισσότερα από 1.000 δοκιμασμένα δείγματα, οι επιστήμονες κατάφεραν να ξεπεράσουν τις προκλήσεις της δομικής αστάθειας και να δημιουργήσουν έναν σταθερό υπεραγωγό σε συνθήκες περιβάλλοντος. Αυτή η εξέλιξη δημιουργεί βάσιμες ελπίδες για την ανάπτυξη υλικών υπεραγωγιμότητας σε ακόμη υψηλότερες θερμοκρασίες, ενδεχομένως κοντά στις θερμοκρασίες υγρού αζώτου (-210 έως -196 βαθμοί Κελσίου).

Επαναστατική τεχνολογία κατάλυσης για την παραγωγή υδρογόνου

Παράλληλα, μια άλλη κινεζική ερευνητική ομάδα, από το Πανεπιστήμιο της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών και το Πανεπιστήμιο του Πεκίνου, ανέπτυξε μια καινοτόμο τεχνολογία κατάλυσης που αυξάνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής και την αποδοτικότητα της παραγωγής υδρογόνου. Η νέα τεχνολογία, που δημοσιεύθηκε επίσης στο Nature, επιτρέπει στους καταλύτες πλατίνας να λειτουργούν συνεχώς για περισσότερες από 1.000 ώρες, ξεπερνώντας ένα από τα σημαντικότερα εμπόδια στη βιώσιμη παραγωγή υδρογόνου.

Το βασικό πρόβλημα με τους καταλύτες υψηλής απόδοσης είναι η ταχεία απενεργοποίησή τους λόγω της κατάρρευσης της δομής και της απώλειας ενεργών στοιχείων. Οι ερευνητές αντιμετώπισαν αυτή την πρόκληση μέσω της ανάπτυξης ενός νανοστρωματικού "προστατευτικού φράγματος" από οξείδια σπανίων γαιών, το οποίο καλύπτει επιλεκτικά τα λιγότερο χρήσιμα σημεία του φορέα και προστατεύει κρίσιμες καταλυτικές επιφάνειες. Σύμφωνα με τα πειραματικά δεδομένα, η νέα τεχνολογία πέτυχε έναν καταλυτικό δείκτη απόδοσης (turnover number) που ξεπερνά τα 15 εκατομμύρια, διατηρώντας παράλληλα σταθερή λειτουργία για πάνω από 1.000 ώρες. Αυτή η καινοτομία σηματοδοτεί ένα κρίσιμο βήμα προς τη μαζική, χαμηλού κόστους παραγωγή υδρογόνου, ενισχύοντας τις προοπτικές για την εκτεταμένη χρήση του ως καθαρή πηγή ενέργειας στο πλαίσιο της παγκόσμιας προσπάθειας καταπολέμησης της κλιματικής αλλαγής.

Οι δύο αυτές ανακαλύψεις υπογραμμίζουν τη δυναμική της Κίνας στην επιστημονική και τεχνολογική καινοτομία. Η ανάπτυξη νέων υπεραγώγιμων υλικών και η επαναστατική βελτίωση στην παραγωγή υδρογόνου φέρνουν την ανθρωπότητα ένα βήμα πιο κοντά σε προηγμένες ενεργειακές λύσεις και αναδιαμορφώνουν το πεδίο της υλικής επιστήμης και της ενεργειακής τεχνολογίας. Η συνέχιση της έρευνας σε αυτούς τους τομείς ενδέχεται να οδηγήσει σε σημαντικές εφαρμογές στη βιομηχανία, τις μεταφορές και τις ενεργειακές υποδομές του μέλλοντος.