पानी से स्वच्छ ईंधन निकालना

मई 30, 2023 (नानावरक न्यूज़) स्वच्छ ऊर्जा की प्रचुर आपूर्ति स्पष्ट दृष्टि से छिपी हुई है। यह वह हाइड्रोजन है जिसे हम पानी से निकाल सकते हैं (H2ओ) नवीकरणीय ऊर्जा का उपयोग करना। जलवायु परिवर्तन से निपटने की खोज के हिस्से के रूप में, वैज्ञानिक जीवाश्म ईंधन को बदलने के लिए पानी से स्वच्छ हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए कम लागत वाले तरीकों की तलाश कर रहे हैं। हाइड्रोजन पानी के अलावा कुछ भी उत्सर्जित नहीं करते हुए वाहनों को ऊर्जा प्रदान कर सकता है। हाइड्रोजन कई औद्योगिक प्रक्रियाओं के लिए भी एक महत्वपूर्ण रसायन है, विशेष रूप से इस्पात बनाने और अमोनिया उत्पादन में। उन उद्योगों में स्वच्छ हाइड्रोजन का उपयोग अत्यधिक वांछनीय है। आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी के नेतृत्व में एक बहु-संस्थागत टीम ने एक ऐसी प्रक्रिया के लिए कम लागत वाला उत्प्रेरक विकसित किया है जो पानी से स्वच्छ हाइड्रोजन उत्पन्न करता है। अन्य योगदानकर्ताओं में डीओई की सैंडिया नेशनल लेबोरेटरीज और लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी, साथ ही ग्रेनर इंक शामिल हैं। यह शोध प्रकाशित हुआ था विज्ञान ("प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली इलेक्ट्रोलिसिस के लिए ला- और एमएन-डोप्ड कोबाल्ट स्पिनल ऑक्सीजन विकास उत्प्रेरक"). पानी के साथ इलेक्ट्रोकैटलिटिक प्रतिक्रिया के दौरान रेशेदार, परस्पर जुड़े उत्प्रेरक कणों (दाएं) से ऑक्सीजन के बुलबुले निकलते हैं। बाईं ओर कोबाल्ट-आधारित उत्प्रेरक के लिए जाली संरचना। (छवि: शटरस्टॉक पृष्ठभूमि का उपयोग करते हुए आर्गन नेशनल लेबोरेटरी/लीना चोंग और लोंगशेंग वू) आर्गोन के वरिष्ठ रसायनज्ञ डि-जिया लियू ने कहा, "इलेक्ट्रोलिसिस नामक एक प्रक्रिया पानी से हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का उत्पादन करती है और एक सदी से भी अधिक समय से चली आ रही है।" उनके पास शिकागो विश्वविद्यालय के प्रिट्जकर स्कूल ऑफ मॉलिक्यूलर इंजीनियरिंग में संयुक्त नियुक्ति भी है। प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (पीईएम) इलेक्ट्रोलाइज़र इस प्रक्रिया के लिए नई पीढ़ी की तकनीक का प्रतिनिधित्व करते हैं। वे कमरे के तापमान पर उच्च दक्षता के साथ पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित कर सकते हैं। कम ऊर्जा मांग उन्हें सौर और पवन जैसे नवीकरणीय लेकिन रुक-रुक कर आने वाले स्रोतों का उपयोग करके स्वच्छ हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए एक आदर्श विकल्प बनाती है। यह इलेक्ट्रोलाइज़र अपने प्रत्येक इलेक्ट्रोड (कैथोड और एनोड) के लिए अलग-अलग उत्प्रेरक के साथ चलता है। कैथोड उत्प्रेरक हाइड्रोजन उत्पन्न करता है, जबकि एनोड उत्प्रेरक ऑक्सीजन बनाता है। एक समस्या यह है कि एनोड उत्प्रेरक इरिडियम का उपयोग करता है, जिसका वर्तमान बाजार मूल्य लगभग 5,000 डॉलर प्रति औंस है। आपूर्ति की कमी और इरिडियम की उच्च लागत पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र को व्यापक रूप से अपनाने में एक बड़ी बाधा उत्पन्न करती है। नए उत्प्रेरक में मुख्य घटक कोबाल्ट है, जो इरिडियम से काफी सस्ता है। लियू ने कहा, "हमने पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र में कम लागत वाला एनोड उत्प्रेरक विकसित करने की कोशिश की, जो न्यूनतम ऊर्जा की खपत करते हुए उच्च थ्रूपुट पर हाइड्रोजन उत्पन्न करता है।" "हमारी विधि द्वारा तैयार किए गए कोबाल्ट-आधारित उत्प्रेरक का उपयोग करके, इलेक्ट्रोलाइज़र में स्वच्छ हाइड्रोजन के उत्पादन की लागत की मुख्य बाधा को दूर किया जा सकता है।" इलेक्ट्रोलाइज़र और ईंधन कोशिकाओं के व्यावसायीकरण की दिशा में काम करने वाली एक अग्रणी अनुसंधान और विकास कंपनी, ग्रेनर इंक ने औद्योगिक परिचालन स्थितियों के तहत अपने पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र परीक्षण स्टेशनों का उपयोग करके नए उत्प्रेरक का मूल्यांकन किया। प्रदर्शन और स्थायित्व प्रतिस्पर्धियों के उत्प्रेरकों से कहीं अधिक बेहतर था। उत्प्रेरक प्रदर्शन को और आगे बढ़ाने के लिए इलेक्ट्रोलाइज़र परिचालन स्थितियों के तहत परमाणु पैमाने पर प्रतिक्रिया तंत्र को समझना महत्वपूर्ण है। टीम ने आर्गोन में उन्नत फोटॉन स्रोत (एपीएस) में एक्स-रे विश्लेषण का उपयोग करके परिचालन स्थितियों के तहत उत्प्रेरक में होने वाले महत्वपूर्ण संरचनात्मक परिवर्तनों को समझा। उन्होंने सैंडिया लैब्स और आर्गन के सेंटर फॉर नैनोस्केल मैटेरियल्स (सीएनएम) में इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके प्रमुख उत्प्रेरक विशेषताओं की भी पहचान की। एपीएस और सीएनएम दोनों डीओई विज्ञान कार्यालय उपयोगकर्ता सुविधाएं हैं। आर्गोन सामग्री वैज्ञानिक जियांगुओ वेन ने कहा, "हमने तैयारी के विभिन्न चरणों में नए उत्प्रेरक की सतह पर परमाणु संरचना की छवि बनाई है।" इसके अलावा, बर्कले लैब में कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग ने प्रतिक्रिया स्थितियों के तहत उत्प्रेरक के स्थायित्व में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि का खुलासा किया। टीम की उपलब्धि डीओई की हाइड्रोजन एनर्जी अर्थशॉट पहल में एक कदम आगे है, जो अमेरिका की नकल करती है 1960 के दशक का अंतरिक्ष कार्यक्रम का "मून शॉट"। इसका महत्वाकांक्षी लक्ष्य एक दशक में हरित हाइड्रोजन उत्पादन की लागत को एक डॉलर प्रति किलोग्राम तक कम करना है। उस लागत पर हरित हाइड्रोजन का उत्पादन देश की अर्थव्यवस्था को नया आकार दे सकता है। अनुप्रयोगों में इलेक्ट्रिक ग्रिड, विनिर्माण, परिवहन और आवासीय और वाणिज्यिक हीटिंग शामिल हैं।

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• स्रोत: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=63079.php