स्वच्छ परिवहन के लिए हाइड्रोजन ईंधन सेल के लिए रुझान और संभावनाएं
यह लेख हाइड्रोजन ईंधन सेल, प्रवृत्तियों और उनके अनुप्रयोग की संभावनाओं पर केंद्रित होगा। आज मोटर वाहन उद्योग में हाइड्रोजन आधारित ईंधन सेल बढ़ते हुए ध्यान आकर्षित कर रहे हैं, क्योंकि यदि 20वीं सदी आंतरिक दहन इंजन की सदी थी, तो 21वीं सदी मोटर वाहन उद्योग में हाइड्रोजन ऊर्जा की सदी बन सकती है। पहले से ही आज, हाइड्रोजन कोशिकाओं के लिए धन्यवाद, अंतरिक्ष यान काम करते हैं, और दुनिया के कुछ देशों में बिजली पैदा करने के लिए 10 से अधिक वर्षों से हाइड्रोजन का उपयोग किया जाता है।
हाइड्रोजन ईंधन सेल बैटरी की तरह एक विद्युत रासायनिक उपकरण है जो हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के बीच एक रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से बिजली उत्पन्न करता है, और रासायनिक प्रतिक्रिया का उत्पाद शुद्ध पानी होता है, जबकि प्राकृतिक गैस को जलाना, उदाहरण के लिए, पर्यावरण की दृष्टि से हानिकारक कार्बन डाइऑक्साइड पैदा करता है।
इसके अलावा, हाइड्रोजन कोशिकाएं उच्च दक्षता के साथ काम कर सकती हैं, यही वजह है कि वे विशेष रूप से आशाजनक हैं। कुशल, पर्यावरण के अनुकूल कार इंजनों की कल्पना करें।लेकिन संपूर्ण बुनियादी ढांचा वर्तमान में पेट्रोलियम उत्पादों के लिए निर्मित और विशिष्ट है, और मोटर वाहन उद्योग में हाइड्रोजन कोशिकाओं का बड़े पैमाने पर परिचय इस और अन्य बाधाओं का सामना करता है।
इस बीच, 1839 से यह ज्ञात है कि हाइड्रोजन और ऑक्सीजन रासायनिक रूप से संयोजित हो सकते हैं और इस तरह विद्युत प्रवाह प्राप्त कर सकते हैं, अर्थात पानी के इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया प्रतिवर्ती है - यह एक पुष्ट वैज्ञानिक तथ्य है। पहले से ही 19 वीं शताब्दी में, ईंधन कोशिकाओं का अध्ययन किया जाने लगा, लेकिन तेल उत्पादन के विकास और आंतरिक दहन इंजन के निर्माण ने हाइड्रोजन ऊर्जा स्रोतों को छोड़ दिया और वे कुछ विदेशी, लाभहीन और उत्पादन के लिए महंगे हो गए।
1950 के दशक में, नासा को हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं का सहारा लेने के लिए मजबूर किया गया था, और फिर आवश्यकता से बाहर। उन्हें अपने अंतरिक्ष यान के लिए एक कॉम्पैक्ट और कुशल बिजली जनरेटर की जरूरत थी। नतीजतन, अपोलो और जेमिनी ने हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं पर अंतरिक्ष में उड़ान भरी, जो सबसे अच्छा समाधान निकला।
आज, ईंधन सेल पूरी तरह से प्रायोगिक प्रौद्योगिकी से बाहर हैं, और पिछले 20 वर्षों में उनके व्यापक व्यावसायीकरण में महत्वपूर्ण प्रगति हुई है।
यह व्यर्थ नहीं है कि हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं पर बड़ी उम्मीदें लगाई जाती हैं। उनके काम की प्रक्रिया में, पर्यावरण प्रदूषण न्यूनतम है, तकनीकी लाभ और सुरक्षा स्पष्ट है, इसके अलावा, इस प्रकार का ईंधन मौलिक रूप से स्वायत्त है और भारी और महंगी लिथियम बैटरी को बदलने में सक्षम है।
हाइड्रोजन सेल का ईंधन रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान सीधे ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है, और यहाँ पारंपरिक दहन की तुलना में अधिक ऊर्जा प्राप्त होती है।यह कम ईंधन की खपत करता है और दक्षता जीवाश्म ईंधन का उपयोग करने वाले समान उपकरण की तुलना में तीन गुना अधिक है।
दक्षता जितनी अधिक होगी, प्रतिक्रिया के दौरान उत्पन्न पानी और गर्मी का उपयोग करने का तरीका उतना ही बेहतर होगा। हानिकारक पदार्थों का उत्सर्जन न्यूनतम है, क्योंकि केवल पानी, ऊर्जा और गर्मी ही निकलती है, जबकि पारंपरिक ईंधन, नाइट्रोजन ऑक्साइड, सल्फर, कार्बन और अन्य अनावश्यक दहन उत्पादों को जलाने की सबसे सफलतापूर्वक संगठित प्रक्रिया के साथ भी अनिवार्य रूप से बनते हैं।
इसके अलावा, पारंपरिक ईंधन उद्योगों का स्वयं पर्यावरण पर हानिकारक प्रभाव पड़ता है, और हाइड्रोजन ईंधन सेल पारिस्थितिकी तंत्र के खतरनाक आक्रमण से बचते हैं, क्योंकि हाइड्रोजन का उत्पादन पूरी तरह से नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों से संभव है। यहां तक कि इस गैस का रिसाव भी हानिरहित है, क्योंकि यह तुरंत वाष्पित हो जाती है।
ईंधन सेल इस बात से कोई फर्क नहीं पड़ता कि इसके संचालन के लिए किस ईंधन से हाइड्रोजन प्राप्त किया जाता है। KWh / l में ऊर्जा घनत्व समान होगा, और ईंधन सेल बनाने की तकनीक में सुधार के साथ यह सूचक लगातार बढ़ रहा है।
हाइड्रोजन स्वयं किसी भी सुविधाजनक स्थानीय स्रोत से प्राप्त किया जा सकता है, चाहे वह प्राकृतिक गैस, कोयला, बायोमास या इलेक्ट्रोलिसिस (हवा, सौर ऊर्जा, आदि के माध्यम से) हो। क्षेत्रीय बिजली आपूर्तिकर्ताओं पर निर्भरता गायब हो जाती है, सिस्टम आमतौर पर विद्युत नेटवर्क से स्वतंत्र होते हैं।
सेल का ऑपरेटिंग तापमान काफी कम है और तत्व के प्रकार के आधार पर 80 से 1000 डिग्री सेल्सियस तक भिन्न हो सकता है, जबकि पारंपरिक आधुनिक आंतरिक दहन इंजन में तापमान 2300 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है।ईंधन सेल कॉम्पैक्ट है, उत्पादन के दौरान न्यूनतम शोर का उत्सर्जन करता है, इसमें हानिकारक पदार्थों का कोई उत्सर्जन नहीं होता है, इसलिए इसे उस प्रणाली में किसी भी सुविधाजनक स्थान पर रखा जा सकता है जिसमें यह काम करता है।
सिद्धांत रूप में, न केवल बिजली, बल्कि एक रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान निकलने वाली गर्मी का उपयोग उपयोगी उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है, उदाहरण के लिए पानी गर्म करने, अंतरिक्ष को गर्म करने या ठंडा करने के लिए - इस दृष्टिकोण के साथ, एक सेल में ऊर्जा पैदा करने की क्षमता आ जाएगी 90%।
सेल भार में परिवर्तन के प्रति संवेदनशील होते हैं, इसलिए जैसे-जैसे बिजली की खपत बढ़ती है, अधिक ईंधन की आपूर्ति की जानी चाहिए। यह एक गैसोलीन इंजन या आंतरिक दहन जनरेटर के काम करने के तरीके के समान है। तकनीकी रूप से, ईंधन सेल को काफी सरलता से लागू किया जाता है, क्योंकि इसमें कोई हिलता हुआ भाग नहीं होता है, डिजाइन सरल और विश्वसनीय होता है, और विफलता की संभावना मौलिक रूप से बहुत कम होती है।
एक प्रोटॉन विनिमय झिल्ली के साथ एक हाइड्रोजन-ऑक्सीजन ईंधन सेल (उदाहरण के लिए «एक बहुलक इलेक्ट्रोलाइट के साथ») में एक झिल्ली होती है जो एक बहुलक (नेफियन, पॉलीबेन्ज़िमिडाज़ोल, आदि) से प्रोटॉन का संचालन करती है, जो दो इलेक्ट्रोडों को अलग करती है - एक एनोड और एक कैथोड। प्रत्येक इलेक्ट्रोड आमतौर पर एक कार्बन प्लेट (मैट्रिक्स) होता है जिसमें एक समर्थित उत्प्रेरक-प्लैटिनम या प्लेटिनोइड्स और अन्य यौगिकों का एक मिश्र धातु होता है।
एनोड उत्प्रेरक पर, आणविक हाइड्रोजन अलग हो जाता है और इलेक्ट्रॉनों को खो देता है। झिल्ली के माध्यम से कैथोड में हाइड्रोजन केशन ले जाया जाता है, लेकिन इलेक्ट्रॉनों को बाहरी सर्किट में दान किया जाता है क्योंकि झिल्ली इलेक्ट्रॉनों को पारित करने की अनुमति नहीं देती है। कैथोड उत्प्रेरक पर, ऑक्सीजन अणु एक इलेक्ट्रॉन (जो बाहरी संचार द्वारा आपूर्ति की जाती है) और एक आने वाले प्रोटॉन के साथ मिलकर पानी बनाता है, जो प्रतिक्रिया का एकमात्र उत्पाद है (भाप और / या तरल के रूप में)।
जी हां, इलेक्ट्रिक कारें आज लिथियम बैटरी पर चलती हैं। हालाँकि, हाइड्रोजन ईंधन सेल उनकी जगह ले सकते हैं। बैटरी के बजाय, शक्ति स्रोत बहुत कम भार का समर्थन करेगा। इसके अलावा, बैटरी कोशिकाओं को जोड़ने के कारण वजन में वृद्धि के कारण कार की शक्ति में वृद्धि नहीं की जा सकती है, लेकिन सिलेंडर में होने पर सिस्टम में ईंधन की आपूर्ति को समायोजित करके। इसलिए, कार निर्माताओं को हाइड्रोजन ईंधन सेल के लिए उच्च उम्मीदें हैं।
10 साल से अधिक समय पहले, दुनिया भर के कई देशों में, विशेष रूप से संयुक्त राज्य अमेरिका और यूरोप में हाइड्रोजन कारों के निर्माण पर काम शुरू हुआ। वाहन पर स्थित एक विशेष फ़िल्टरिंग कंप्रेसर इकाई का उपयोग करके सीधे वायुमंडलीय हवा से ऑक्सीजन निकाली जा सकती है। संपीड़ित हाइड्रोजन को लगभग 400 एटीएम के दबाव में भारी शुल्क वाले सिलेंडर में संग्रहित किया जाता है। ईंधन भरने में कुछ मिनट लगते हैं।
पर्यावरण के अनुकूल शहरी परिवहन की अवधारणा 2000 के दशक के मध्य से यूरोप में लागू की गई है: ऐसी यात्री बसें लंबे समय से एम्स्टर्डम, हैम्बर्ग, बार्सिलोना और लंदन में पाई गई हैं। एक महानगर में, हानिकारक उत्सर्जन और कम शोर की अनुपस्थिति अत्यंत महत्वपूर्ण है। Coradia iLint, पहली हाइड्रोजन-संचालित रेलवे यात्री ट्रेन, 2018 में जर्मनी में लॉन्च की गई। 2021 तक, ऐसी 14 और ट्रेनों को लॉन्च करने की योजना है।
अगले 40 वर्षों में, कारों के लिए प्राथमिक ऊर्जा स्रोत के रूप में हाइड्रोजन में बदलाव से दुनिया की ऊर्जा और अर्थव्यवस्था में क्रांति आ सकती है। हालांकि अब यह साफ हो गया है कि तेल और गैस कम से कम अगले 10 साल तक मुख्य ईंधन बाजार बना रहेगा।फिर भी, कुछ देश पहले से ही हाइड्रोजन ईंधन सेल वाले वाहनों के निर्माण में निवेश कर रहे हैं, इस तथ्य के बावजूद कि कई तकनीकी और आर्थिक बाधाओं को दूर करने की आवश्यकता है।
हाइड्रोजन इन्फ्रास्ट्रक्चर बनाना, सुरक्षित गैस स्टेशन बनाना मुख्य कार्य है, क्योंकि हाइड्रोजन एक विस्फोटक गैस है। किसी भी तरह से, हाइड्रोजन के साथ, वाहन ईंधन और रखरखाव की लागत को काफी कम किया जा सकता है और विश्वसनीयता बढ़ाई जा सकती है।
ब्लूमबर्ग के पूर्वानुमान के अनुसार, 2040 तक कारें वर्तमान 13 मिलियन बैरल प्रति दिन के बजाय 1,900 टेरावाट घंटे की खपत करेंगी, जो कि बिजली की मांग का 8% होगा, जबकि आज दुनिया में उत्पादित तेल का 70% परिवहन ईंधन के उत्पादन में जाता है। . बेशक, इस बिंदु पर, हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं के मामले में बैटरी इलेक्ट्रिक वाहन बाजार की संभावनाएं अधिक स्पष्ट और प्रभावशाली हैं।
2017 में, इलेक्ट्रिक वाहन बाजार 17.4 अरब डॉलर था, जबकि हाइड्रोजन कार बाजार का मूल्य सिर्फ 2 अरब डॉलर था। इस अंतर के बावजूद, निवेशकों की हाइड्रोजन ऊर्जा में रुचि बनी रहती है और वे नए विकासों को वित्त प्रदान करते हैं।
इस प्रकार, 2017 में, हाइड्रोजन काउंसिल बनाई गई, जिसमें ऑडी, बीएमडब्ल्यू, होंडा, टोयोटा, डेमलर, जीएम, हुंडई जैसे 39 प्रमुख कार निर्माता शामिल हैं। इसका उद्देश्य नई हाइड्रोजन प्रौद्योगिकियों और उनके बाद के व्यापक वितरण का अनुसंधान और विकास करना है।