Sciencemag.cz
Doporučujeme
Burel (oxid manganičitý, MnO2), levná látka běžně používaná v chemických laboratořích, může podle nové studie dobře uchovávat a zase uvolňovat tepelnou energii. Výzkum by mohl vést k efektivnějšímu opětovnému využití průmyslového odpadního tepla, uvádějí vědci z japonské Tohoku University a firmy Rigaku Corporation.
Výzkumníci použili vrstevnatý oxid manganičitý obsahující ionty draslíku a navázanou vodu. Tento materiál je svým složením dosti podobný birnesitu, minerálu, který se běžně vyskytuje na zemském povrchu. Vědci připravili sloučeninu ve formě nerozpustného černého prášku a poté zkoumal její krystalovou strukturu pomocí rentgenového difraktometru a transmisního elektronového mikroskopu. Dále sledovali, jak se struktura MnO2 mění při zahřívání/ochlazování, kolik tepelné energie se ukládá a uvolňuje a jak rychle. Zahřátím na 200︎ °C došlo k dehydrataci materiálu. Když se dehydratovaný oxid manganičitý ochladil pod 120︎ °C v suché nádobě a poté byl vystaven vlhkému vzduchu, absorboval molekuly vody a uložené teplo přitom zase uvolnil.
Hydratace/dehydratace je dobře vratná, proto je pro opakované procesy s ukládáním a uvolňování tepla mnohem vhodnější než než třeba pohlcování tepla spojené s chemickým rozkladem materiálu (PH: pro šťouraly, ano, uvolnění vody z hydrátu je vlastně také rozklad). Změna probíhá rychle a nedochází ani k zásadnějším proměnám struktury. Důležité je i to, že vrstevnatý burel není degradován ani atmosférickým kyslíkem a nerozpouští se ve vodě. Shrnuto, materiál má dlouhou životnost, rychle se „nabíjí“ i „vybíjí“ a v porovnání s dalšími kandidáty na podobnou funkci patří k jeho výhodám také to, že v přepočtu na jednotku objemu dokáže uložit velké množství tepla.
Proces se označuje jako ukládání nízkoenergetického tepla. V některých průmyslových procesech by se hodilo ukládat a dále využívat tepelnou energii za mnohem vyšších teplot, k tomu MnO2 vhodný není.
Takuya Hatakeyama et al, Excellently balanced water-intercalation-type heat-storage oxide, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-28988-0
Zdroj: Tohoku University / Phys.org
