Rapee Gosalawit-Utke1*, Sukanya Meethom1, Claudio Pistidda2, Chiara Milanese3, Daniel Laipple2, Thanit Saisopa4,5, Amedeo Marni3, Thomas Klassen2, Martin Dornheim2
1School of Chemistry, Institute of Science, Suranaree University of Technology, Nakhon Ratchasima 30000,Thailand, *Email: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
2Institute of Materials Research, Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Geesthacht 21502, Germany.
3Pavia Hydrogen Lab., C. S. G.I., Department of Chemistry, Physical Chemistry Division, University of Pavia, Pavia 27100, Italy.
4Synchrotron Light Research Institute, Nakhon Ratchasima 30000, Thailand
5NANOTEC-SUT Center of Excellence on Advanced Functional Nanomaterials and School of Physics, Suranaree University of Technology, Nakhon Ratchasima 30000, Thailand

         จากการที่น้ำมันในตลาดโลกมีราคาแพงขึ้นส่งผลกระทบต่อการใช้น้ำมันทั่วโลกโดยเฉพาะประเทศที่ต้องพึ่งพาการนำเข้าน้ำมันอย่างประเทศไทย มาตรการในการแก้ปัญหาอย่างหนึ่ง คือ การหาพลังงานทดแทนที่มีความยั่งยืนและไม่ทำลายสิ่งแวดล้อม โดยพลังงานไฮโดรเจนกำลังได้รับความสนใจจากทั่วโลกเนื่องจากสามารถผลิตได้จากหลายแหล่ง มีศักยภาพให้พลังงานสูง แปลงเป็นพลังงานอื่นได้ง่ายและมีความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม การนำก๊าซไฮโดรเจนไปใช้ประโยชน์จะอยู่ในรูปของการใช้เป็นเซลล์เชื้อเพลิง  โดยการจัดเก็บก๊าซไฮโดรเจนสามารถเก็บไว้ใน สถานะก๊าซ, ของเหลว หรือของแข็งในรูปไฮไดรด์
         ลิเทียมโบโรไฮไดรด์ เป็นโลหะไฮไดรด์ชนิดหนึ่งที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการนำมาใช้ในระบบกักเก็บก๊าซไฮโดรเจนเพราะมีปริมาณความหนาแน่นของไฮโดรเจนที่สูงมาก (18.5 wt.% H2) แต่ลิเทียมโบโรไฮไดรด์เกิดปฏิกิริยาการปล่อยไฮโดรเจนออกมาที่อุณหภูมิที่สูงมาก (400 °C) นอกจากนี้ที่อุณหภูมิการเกิดปฏิกิริยาการปล่อยไฮโดรเจนที่สูงยังทำให้เกิดก๊าซไดบอเรน (B2H6) ซึ่งเป็นก๊าซพิษออกมาด้วยและสภาวะที่เกิดปฏิกิริยาการดูดไฮโดรเจนกลับของลิเทียมโบโรไฮไดรด์นั้นเกิดที่อุณหภูมิและความดันที่สูงมาก (600 °C ที่ 350 บาร์ของก๊าซไฮโดรเจน) จากปัญหาที่กล่าวมาข้างต้นทำให้นักวิจัยคิดค้นวิธีแก้ปัญหาดังกล่าวหลายวิธีด้วยกัน เช่น การทำให้ขนาดของลิเทียมโบโรไฮไดรด์ลดลงอยู่ในระดับนาโนเมตรโดยการใช้วิธี ball milling การใส่ตัวเร่งปฏิกิริยาและการทำเป็นสารประกอบ reactive hydride composites (RHC) แต่วิธีที่ได้รับความสนใจมากคือการบรรจุในระดับนาโนเมตรลงในคาร์บอนที่มีรูพรุน เพราะเป็นการเพิ่มพื้นที่ผิวในการเกิดปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนไฮโดรเจนให้กับโลหะไฮไดรด์ อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ยังพบว่าอุณหภูมิและความดันที่ใช้ในการเกิดปฏิกิริยายังคงสูงอยู่ เมื่อไม่นานมานี้ได้มีนักวิจัยทดสอบสารประกอบระหว่างโพลีเมอร์ที่มีอัตราการยอมให้ไฮโดรเจนแพร่ผ่านสูง (PMMA) กับโลหะไฮไดรด์และพบว่าอุณหภูมิและความดันที่ใช้ในการเกิดปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไฮโดรเจนลดลงมาก นอกจากนี้ยังสามารถป้องกันการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของโลหะไฮไดรด์กับอากาศได้อีกด้วย
         กลุ่มนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี นำทีมโดย ผศ.ดร.ระพี โกศัลวิตร-อูทเคอ ได้ทำการบรรจุระดับนาโนเมตรของลิเทียมโบโรไฮไดรด์ลงในเมทริกซ์โพลีเมอร์ของโพลีเมทธิลเมทธาคริเลต-โค-บิวธิลเมทธาคริเลต พบว่าอุณหภูมิและความดันที่ใช้ในการเกิดปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไฮโดรเจนลดลง  (120 °C สำหรับปฏิกิริยาการปล่อยไฮโดรเจน และ 140 °C ที่ความดัน 50 บาร์ไฮโดรเจนสำหรับปฏิกิริยาการดูดไฮโดรเจนกลับ) นอกจากนี้ยังได้ศึกษาการป้องกันการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของลิเทียมโบโรไฮไดรด์ที่บรรจุในระดับนาโนเมตรในโพลีเมทธิลเมทธาคริเลต-โค-บิวธิลเมทธาคริเลต (PMMA-co-BM) ซึ่งตัวอย่างถูกวางทิ้งไว้ในอากาศ 3 วันก่อนทำการทดสอบด้วยเทคนิค X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) ที่สถานีทดลอง BL3.2a ณ สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน ผลการศึกษาพบว่า ลิเทียมโบโรไฮไดรด์ เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นกับอากาศให้พีคของ ลิเทียมออกไซด์ และโบรอนออกไซด์ ในขณะที่ลิเทียมโบโรไฮไดรด์บรรจุระดับนาโนเมตรในเมทริกซ์โพลีเมอร์ของโพลีเมทธิลเมทธาคริเลต-โค-บิวธิลเมทธาคริเลต ไม่พบพีคของลิเทียมออกไซด์ หรือโบรอนออกไซด์ แม้ว่าตัวอย่างจะถูกทิ้งไว้ในอากาศนานถึง 3 วัน (รูปที่ 1)
    จากผลดังกล่าวแสดงให้เห็นว่า การบรรจุระดับนาโนเมตรของลิเทียมโบโรไฮไดรด์ในเมทริกซ์โพลีเมอร์ของโพลีเมทธิลเมทธาคริเลต-โค-บิวธิลเมทธาคริเลต นอกจากจะสามารถลดอุณหภูมิและความดันที่ใช้ในการเกิดปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไฮโดรเจนแล้ว ยังสามารถป้องกันการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของลิเทียมโบโรไฮไดรด์กับอากาศได้อีกด้วย

รูปที่ 1    สเปกตรัมจากเทคนิค XPS ของลิเทียมโบโรไฮไดรด์ (LiBH4) และลิเทียมโบโรไฮไดรด์บรรจุระดับนาโนเมตรในเมทริกซ์โพลีเมอร์ของ PMMA-co-BM(LiBH4-PMMA-co-BM)

เอกสารอ้างอิง
RapeeGosalawit-Utke, SukanyaMeethom , Claudio Pistidda, Chiara Milanese, Daniel Laipple, ThanitSaisopa, Amedeo Marini, Thomas Klassen, Martin Dornheim. Destabilization of LiBH4 by nanoconfinement in PMMA-co-BM polymer matrix for reversible hydrogen storage.International Journal of Hydrogen Energy 39 (2014): 5019 -5029.