يبرُز الهيدروجين كخيار رائد في عملية التحول إلى الطاقة النظيفة، ولكن يظل تخزينه بأمان وكفاءة يمثل تحديًا هندسيًا كبيرًا. في هذا الصدد، طور فريق من الباحثين من جامعة خليفة وجامعة الملك فهد مركبًا بوليمريًا جديدًا مُعزَّزًا بالغرافين يمكنه تحسين أداء خزانات الهيدروجين بشكل ملحوظ.
ركز كل من محمد الكرنز والدكتور تشاناكا ساندوروان والدكتور شانافاس شاجهان والدكتور باسل الطويل والدكتور ناجا فينكاتسوارا راو نولاكاني والدكتور ديلاور أنجوم والدكتور أندرياس شيفر والبروفيسور يحيى زويري والدكتور يارجان عبد الصمد ومحمد يوسف خان، على مادة "النايلون" المعروفة بخصائصها الواعدة فيما يتعلق باحتجاز الغازات. وتمكنوا - من خلال دمج كميات صغيرة من "الغرافين" وطباعة المادة الناتجة باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في نمط لولبي حسب الطلب - من تطوير مركب يقاوم تسرب الهيدروجين على نحو يفوق البدائل التقليدية بنسبة تصل إلى 40 بالمئة. ونشر الفريق نتائج عملهم البحثي في مجلة "أدفانسيد إندستريال أند إنجينيرينغ بوليمر ريسيرش" التي تركز على البحوث الخاصة بالبوليمرات.
يكمن السر وراء تحسن المادة في آلية تأثير الغرافين على البنية الداخلية للبوليمر. وأظهر الفريق أن رقائق الغرافين تحول دون التفاف سلاسل النايلون، بل تقوم بترتيبها في تشكيلات خطية منظمة. ويساهم هذا الاصطفاف المعزز في تحسين المناطق البلورية داخل البوليمر وإيجاد مسارات أكثر تعقيدًا لجزيئات الهيدروجين، وهو ما يعيق انتشارها بصورة أكثر فاعلية.
وأكد الفحص الميكانيكي أن المادة الجديدة لا تتفوق في احتواء الغاز فحسب، وإنما أيضًا في فعاليتها ومقاومتها للحرارة عند ارتفاع درجة حرارة التحلل بقيمة 40 درجة مئوية. وتصبح المادة أيضًا موصلة بما يكفي لتفريغ الشحنات الكهربائية الساكنة على نحو آمن، وهو أمر بغاية الأهمية لضمان السلامة في أنظمة الهيدروجين.
يعتمد تصميم الفريق على استراتيجية فريدة للطباعة ثلاثية الأبعاد لتوزيع الغرافين بشكل متساو وزيادة فعاليته إلى أقصى حد، كما يوفر أيضًا مسارًا للتصنيع القابل للتوسع للتطبيقات العملية. ويمكن لهذا المركب من خلال الجمع بين التعزيز الهيكلي والقدرة على تحمل الحرارة وانخفاض مستويات نفاذية الهيدروجين، أن يصبح مادة جوهرية في الجيل التالي من أنظمة تخزين الهيدروجين.
ترجمة: سيد صالح
أخصائي ترجمة وتعريب