हरित हाइड्रोजन उत्पादन की लागत को कम करने के लिए प्रौद्योगिकियों का विकास करना

जून 02, 2023 (नानावरक न्यूज़) ग्रीन हाइड्रोजन, जो जीवाश्म ईंधन के उपयोग या कार्बन डाइऑक्साइड के उत्सर्जन के बिना हाइड्रोजन का उत्पादन करता है, डीकार्बोनाइज्ड अर्थव्यवस्था को साकार करने के प्रयासों के हिस्से के रूप में हाल के वर्षों में तेजी से महत्वपूर्ण हो गया है। हालाँकि, हरित हाइड्रोजन का उत्पादन करने वाले जल इलेक्ट्रोलिसिस उपकरणों की उच्च उत्पादन लागत के कारण, हरित हाइड्रोजन की आर्थिक व्यवहार्यता बहुत अधिक नहीं रही है। एक ऐसी तकनीक का विकास जो पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली जल इलेक्ट्रोलिसिस उपकरणों में उपयोग की जाने वाली इरिडियम और प्लैटिनम जैसी दुर्लभ धातुओं की मात्रा को काफी कम कर देती है, जिससे उत्पादन लागत कम करने का रास्ता खुल रहा है। कोरिया इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (केआईएसटी) में हाइड्रोजन और ईंधन सेल रिसर्च सेंटर के डॉ. ह्यून एस पार्क और सुंग जोंग यू के नेतृत्व में एक शोध दल ने घोषणा की कि उन्होंने एक ऐसी तकनीक विकसित की है जो प्लैटिनम की मात्रा को काफी कम कर सकती है और इरिडियम, पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली जल इलेक्ट्रोलिसिस उपकरणों की इलेक्ट्रोड सुरक्षा परत में उपयोग की जाने वाली कीमती धातुएं, और मौजूदा उपकरणों के बराबर सुरक्षित प्रदर्शन और स्थायित्व (एप्लाइड कटैलिसीस बी पर्यावरण, "न्यूनतम प्लैटिनम समूह धातु उपयोग के साथ उच्च प्रदर्शन जल इलेक्ट्रोलाइज़र: स्थिर और कुशल ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया के लिए आयरन नाइट्राइड-इरिडियम ऑक्साइड कोर-शेल नैनोस्ट्रक्चर"). नई तकनीक (लाल-इरिडियम उत्प्रेरक/हरा-आयरन नाइट्राइड) से बना उत्प्रेरक आकार। (छवि: कोरिया इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी) विशेष रूप से, पिछले अध्ययनों के विपरीत, जो इलेक्ट्रोड सुरक्षा परत के रूप में बड़ी मात्रा में प्लैटिनम और सोने का उपयोग करने वाली संरचना को बनाए रखते हुए इरिडियम उत्प्रेरक की मात्रा को कम करने पर केंद्रित थे, शोधकर्ताओं ने कीमती धातु को बदल दिया इलेक्ट्रोड सुरक्षा परत में सस्ते लौह नाइट्राइड के साथ बड़े सतह क्षेत्र और उसके ऊपर समान रूप से थोड़ी मात्रा में इरिडियम उत्प्रेरक लेपित किया जाता है, जिससे इलेक्ट्रोलिसिस डिवाइस की आर्थिक दक्षता में काफी वृद्धि होती है। पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली जल इलेक्ट्रोलिसिस उपकरण एक ऐसा उपकरण है जो सौर ऊर्जा जैसी नवीकरणीय ऊर्जा द्वारा आपूर्ति की गई बिजली का उपयोग करके पानी को विघटित करके उच्च शुद्धता वाले हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का उत्पादन करता है, और यह इस्पात निर्माण और रसायन जैसे विभिन्न उद्योगों को हाइड्रोजन की आपूर्ति करने में भूमिका निभाता है। इसके अलावा, नवीकरणीय ऊर्जा को हाइड्रोजन ऊर्जा के रूप में संग्रहीत करना ऊर्जा रूपांतरण के लिए फायदेमंद है, इसलिए हरित हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था की प्राप्ति के लिए इस उपकरण की आर्थिक दक्षता बढ़ाना बहुत महत्वपूर्ण है। एक विशिष्ट इलेक्ट्रोलिसिस उपकरण में, दो इलेक्ट्रोड होते हैं जो हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का उत्पादन करते हैं, और ऑक्सीजन उत्पन्न करने वाले इलेक्ट्रोड के लिए, जो अत्यधिक संक्षारक वातावरण में काम करता है, इलेक्ट्रोड की सतह पर 1 मिलीग्राम/सेमी पर सोना या प्लैटिनम लेपित किया जाता है।2 स्थायित्व और उत्पादन दक्षता सुनिश्चित करने के लिए एक सुरक्षात्मक परत के रूप में, और 1-2 मिलीग्राम/सेमी2 शीर्ष पर इरिडियम उत्प्रेरक का लेप लगाया गया है। इन इलेक्ट्रोलिसिस उपकरणों में उपयोग की जाने वाली कीमती धातुओं का भंडार और उत्पादन बहुत कम है, जो हरित हाइड्रोजन उत्पादन उपकरणों को व्यापक रूप से अपनाने में बाधा डालने वाला एक प्रमुख कारक है। इस विकास के लिए इलेक्ट्रोड निर्माण प्रक्रिया का योजनाबद्ध आरेख। (छवि: कोरिया इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी) जल इलेक्ट्रोलिसिस के अर्थशास्त्र में सुधार करने के लिए, टीम ने पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली हाइड्रोजन उत्पादन उपकरणों में ऑक्सीजन इलेक्ट्रोड के लिए सुरक्षात्मक परत के रूप में उपयोग की जाने वाली दुर्लभ धातुओं सोना और प्लैटिनम को सस्ते लौह नाइट्राइड (Fe) से बदल दिया।2एन)। ऐसा करने के लिए, टीम ने एक समग्र प्रक्रिया विकसित की जो पहले इलेक्ट्रोड को आयरन ऑक्साइड के साथ समान रूप से कोट करती है, जिसमें कम विद्युत चालकता होती है, और फिर इसकी चालकता बढ़ाने के लिए आयरन ऑक्साइड को आयरन नाइट्राइड में परिवर्तित करती है। टीम ने एक ऐसी प्रक्रिया भी विकसित की है जो लौह नाइट्राइड सुरक्षात्मक परत के शीर्ष पर लगभग 25 नैनोमीटर (एनएम) मोटे इरिडियम उत्प्रेरक को समान रूप से कोट करती है, जिससे इरिडियम उत्प्रेरक की मात्रा 0.1 मिलीग्राम/सेमी से भी कम हो जाती है।2, जिसके परिणामस्वरूप उच्च हाइड्रोजन उत्पादन दक्षता और स्थायित्व वाला एक इलेक्ट्रोड प्राप्त होता है। विकसित इलेक्ट्रोड मौजूदा वाणिज्यिक इलेक्ट्रोलिसिस इकाइयों के समान प्रदर्शन को बनाए रखते हुए ऑक्सीजन उत्पन्न करने वाले इलेक्ट्रोड के लिए सुरक्षात्मक परत के रूप में उपयोग किए जाने वाले सोने या प्लैटिनम को गैर-कीमती धातु नाइट्राइड से बदल देता है, और इरिडियम उत्प्रेरक की मात्रा को मौजूदा स्तर के 10% तक कम कर देता है। इसके अलावा, नए घटकों के साथ इलेक्ट्रोलिसिस इकाई को इसकी प्रारंभिक स्थिरता को सत्यापित करने के लिए 100 घंटे से अधिक समय तक संचालित किया गया था। "इरिडियम उत्प्रेरक की मात्रा को कम करना और प्लैटिनम सुरक्षात्मक परत के लिए वैकल्पिक सामग्री विकसित करना पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली हरित हाइड्रोजन उत्पादन उपकरणों के किफायती और व्यापक उपयोग के लिए आवश्यक है, और प्लैटिनम के बजाय सस्ती लौह नाइट्राइड का उपयोग बहुत महत्वपूर्ण है," कहा हुआ केआईएसटी के डॉ. ह्यून एस. पार्क। "इलेक्ट्रोड के प्रदर्शन और स्थायित्व को और अधिक देखने के बाद, हम इसे निकट भविष्य में वाणिज्यिक उपकरणों पर लागू करेंगे।"

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• स्रोत: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=63099.php