Ibland kan lösningar på svåra problem visa sig vara ganska grundläggande. Det gäller särskilt för ett forskarlag vid Brookhaven National Laboratory, där lösningen på ett svårt problem inte bara visade sig vara ganska grundläggande, utan också lite sur.

Det svåra problemet som de arbetade med var hur man ska lagra vätgasbränsle. Vätgas (H2) är ett rent och kraftfullt bränsle, men det är också extremt lätt, vilket gör det svårt och dyrt att lagra. Det förvaras vanligtvis i högtryckstankar, även om forskare vid ett annat labb nyligen hittade ett möjligt sätt att förvara det i naturligt bildade frusna burar.

I en artikel som publicerades den 18 mars i Nature Chemistry meddelade Brookhavenforskare under ledning av kemisten Etsuko Fujita att de hade funnit ett säkert och reversibelt sätt att lagra vätgas under milda (och därför förhoppningsvis mycket mer ekonomiska) förhållanden, med hjälp av en nyutvecklad katalysator.

I deras arbete började man med att betrakta syror och baser på ett okonventionellt sätt – som potentiella bärare av vätebränsle. Elever lär sig ofta om syror och baser som en del av sina science fair-projekt. Den ”vulkaniska” reaktionen mellan vinäger (en mild syra) och bakpulver (en mild bas) har gett många elever ett tidigt intresse för naturvetenskap. Detta gällde Jonathan Hull, en av de ledande forskarna på artikeln, som blev fascinerad av att se en liknande reaktion spränga korkarna från vinflaskor.

Många syror och baser är dock egentligen vattniga lösningar fyllda med väte. I en sur lösning vandrar väteatomerna fritt. De saknar vanligtvis också sin elektron, vilket ger dem en positiv laddning (atomer och molekyler med antingen positiv eller negativ laddning kallas för joner). I en basisk lösning är väteatomerna vanligtvis kopplade till något annat, en negativ jon av något slag. Och ja, när en syra och en bas reagerar med varandra skapar de vanligtvis något neutralt, som vatten.

Katalysatorn som skapats av forskare vid Brookhaven Lab förbinder vätgas och koldioxid och ”lagrar” vätgasen kopplad till (adducerad till) koldioxid i en milt basisk lösning. Reaktionen kan vändas – och vätgasen frigöras – genom att tillsätta lite syra. Hela processen kan köras, och lätt vändas, i en vattenlösning under milda temperaturer och tryck utan giftiga biprodukter och i snabbare takt än någon tidigare katalysator.

Som en följd av detta kan Brookhaven Labs nya katalysator komma att användas i framtida vätgasbränslebilar, även om det kommer att krävas ytterligare tester för att se om den kan skalas upp till industriell produktion på ett ekonomiskt sätt. Den kan också dyka upp i andra system med hög effekt – tiden och tekniken får utvisa det.

Denna nya katalysator visar det bästa av de nationella laboratoriernas arbete: forskare som tar sig an verkligt utmanande problem och hittar grundläggande (och ibland något sura) lösningar.