La separación de gases como el hidrógeno de compuestos más grandes en el aire es una parte importante de la fabricación y la producción de energía. Pero también es un proceso costoso, requiriendo grandes cantidades de energía y una complicada red de maquinaria pesada para ser rentables.

Yaroslav Filinchuk, profesor de química de la Université Catholique de Louvain, Bélgica, y Michael Heere, un investigador del Instituto de Tecnología de Karlsruhe y afiliado al reactor de investigación Forschungsreaktor München II en Múnich, Alemania, puede tener una solución a este problema. Utilizando la dispersión de neutrones en el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía (DOE), Filinchuk y Heere están investigando un material que podría cambiar la forma en que recolectamos valiosos materiales industriales.

"Tenemos un material único. Es el primer material de hidruro metálico poroso de su clase única, ", dijo Filinchuk." Tenemos una muestra aquí [Mg (BH ₄ ) ₂ ], y estamos tratando de exponerlo a diferentes gases para ver si podemos comprender mejor cómo absorbe esos gases ".

Un hidruro metálico complejo es un material compuesto formado por átomos unidos de hidrógeno y metal. Los hidruros metálicos son comunes en ciertas baterías, donde se utilizan para almacenar hidrógeno. Pero los poros del borohidruro de magnesio lo convierten en una herramienta particularmente buena para el almacenamiento de hidrógeno, permitiendo que la sustancia absorba una gran cantidad de hidrógeno, más del doble de la cantidad que se encuentra en el hidrógeno líquido. Y lo que es más, esos poros tienen el tamaño perfecto para filtrar moléculas como kriptón y xenón entre sí o de compuestos más grandes, eliminando potencialmente la necesidad del equipo de refrigeración pesado que se utiliza actualmente para enfriar, capturar, separar, y almacenar gases industriales.

"Cuando tienes algo que puede almacenar tanto hidrógeno y potencialmente aislar valiosos gases industriales, es muy emocionante "dijo Heere.

Los neutrones son particularmente adecuados para este tipo de investigación porque pueden penetrar profundamente hidruros metálicos complejos como Mg (BH ₄ ) ₂ y son extremadamente sensibles a elementos ligeros como el hidrógeno.

Usando el difractómetro de neutrones gran angular recientemente actualizado (WAND ² ), línea de luz HB-2C, en el reactor de isótopos de alto flujo de ORNL (HFIR), Filinchuk y Heere pueden localizar con precisión moléculas de hidrógeno a medida que interactúan con la superficie del material, incluso cuando esas partículas están oscurecidas por átomos más grandes dentro del compuesto de hidruro metálico.

"Este es un nuevo tipo de experimento para nosotros. Podemos estudiar estas interacciones con un detalle sin precedentes debido a las actualizaciones que hicimos, que incluyen la instalación de un nuevo detector, que han mejorado la eficiencia del instrumento en un factor de 15, "dijo el científico de instrumentos Matthias Frontzek.

"Los neutrones nos dan una muy buena impresión de lo que sucede con nuestra sustancia y los gases a los que la estamos exponiendo. Podemos ver moléculas entrando y saliendo de Mg (BH ₄ ) ₂ son poros como llaves que pasan por una cerradura, "añadió Filinchuk.

Este experimento es particularmente desafiante, con una serie de peligros técnicos únicos que el personal de ORNL tuvo que tener en cuenta al ayudar a Filinchuk y Heere a preparar su proyecto.

"El Laboratorio Nacional de Oak Ridge es el tipo de lugar donde puede realizar estos experimentos complicados. La gente está dispuesta a invertir el tiempo para ayudar a los usuarios a hacer ciencia desafiante de manera segura, "explicó el científico de instrumentos Simon Kimber.

Si bien Filinchuk y Heere señalan que todavía hay mucha más investigación por hacer antes de tener una comprensión completa de lo que Mg (BH ₄ ) ₂ es capaz de, esperan que sus datos tengan impacto.

"Nos encantaría hacer una contribución significativa no solo a la industria, sino también al campo de la ciencia de los materiales en general, "dijo Heere.