El ग्रीन हायड्रोजन हा प्रमुख खेळाडूंपैकी एक बनला आहे ऊर्जा संक्रमणाचे कारण, कारण ते आपल्याला वापराच्या ठिकाणी CO₂ उत्सर्जित न करता ऊर्जा साठवण्याची आणि वापरण्याची परवानगी देते. तथापि, जीवाश्म इंधन किंवा दुर्मिळ आणि महागड्या साहित्यांवर अवलंबून न राहता स्वस्त, कार्यक्षम आणि खरोखर शाश्वतपणे ते कसे तयार करावे हा प्रमुख अडथळा आहे.
अलिकडच्या वर्षांत, जगभरातील संशोधन केंद्रे आणि विद्यापीठे नवीन साहित्य आणि उत्पादन मार्गांचा शोध घेत आहेत.सौर-सक्रिय पेरोव्स्काईट-आधारित सिरेमिक्सपासून ते लवचिक विकृतीच्या अधीन असलेल्या इंटरमेटॅलिक मिश्रधातूंपर्यंत, फोटोकॅटॅलिसिससाठी फोटोअॅक्टिव्ह मेटल-ऑरगॅनिक फ्रेमवर्क (MOFs), मौल्यवान धातू-मुक्त उत्प्रेरक आणि इलेक्ट्रोलायझर आणि इंधन पेशींमधील नाविन्यपूर्ण उपाय, हे सर्व ग्रीन हायड्रोजन उत्पादनाच्या भविष्याचे एक व्यापक चित्र रंगवत आहे.
डीकार्बोनायझेशनसाठी हिरवा हायड्रोजन का महत्त्वाचा आहे?
हिरव्या हायड्रोजनमधील रस अपघाती नाही: ऊर्जा उत्पादनात वेगाने बदल होत आहेत. उत्सर्जन कमी करण्याची आणि जीवाश्म इंधनांचा वापर कमी करण्याची तातडीची गरज लक्षात घेता, ऊर्जा वाहक म्हणून हायड्रोजन, अतिरिक्त अक्षय ऊर्जा साठवण्याचा आणि गरज पडल्यास ती सोडण्याचा एक मार्ग प्रदान करतो.
प्राथमिक ऊर्जा स्त्रोताप्रमाणे नाही, हायड्रोजन ऊर्जेचा "रासायनिक साठा" म्हणून काम करतो.ते वीज किंवा उष्णतेपासून निर्माण होते आणि नंतर इंधन पेशी, औद्योगिक प्रक्रिया किंवा गतिशीलता अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जाते. जेव्हा त्याचा स्रोत अक्षय असतो (सौर, वारा, जलविद्युत, बायोमास इ.), तेव्हा आपण त्याला ग्रीन हायड्रोजन म्हणतो.
समस्या अशी आहे आज, उद्योगात वापरला जाणारा बहुतेक हायड्रोजन जीवाश्म इंधनांपासून येतो. (नैसर्गिक वायू सुधारणा, कोळसा, इ.), ज्यामुळे जगभरात दरवर्षी अंदाजे ९०० दशलक्ष टन CO₂ उत्सर्जन होते, असे आंतरराष्ट्रीय ऊर्जा संस्थेने म्हटले आहे. हे वास्तव बदलण्यासाठी मोठ्या प्रमाणात आणि स्पर्धात्मक किमतीत अक्षय हायड्रोजनचे उत्पादन करण्यास सक्षम तंत्रज्ञानाची आवश्यकता आहे.
तसेच, अक्षय ऊर्जा स्रोतांना एक मोठी मर्यादा आहे: ते अधूनमधून आणि परिवर्तनशील असतात.वारा आणि सौर ऊर्जा वारा किंवा सूर्य असताना ऊर्जा निर्माण करते, जेव्हा प्रणालीला त्याची आवश्यकता असते तेव्हा नाही. ग्रीन हायड्रोजन आपल्याला ती अतिरिक्त ऊर्जा "संचयित" करण्यास आणि नंतर ती वापरण्यास अनुमती देते, एकतर पुन्हा वीज निर्मिती करण्यासाठी, हिरवी रसायने (अमोनिया, खते, कृत्रिम इंधन) मिळविण्यासाठी किंवा औद्योगिक प्रक्रिया आणि जड वाहतुकीला वीज देण्यासाठी.
या सर्वांसाठी, युरोप आणि स्पेनने त्यांच्या डीकार्बोनायझेशन योजनांमध्ये ग्रीन हायड्रोजनला केंद्रस्थानी ठेवले आहे. मध्यम आणि दीर्घकालीन, परंतु त्याची मोठ्या प्रमाणात तैनाती थेट नवीन सामग्री आणि अधिक कार्यक्षम प्रक्रियांमधील प्रगतीवर अवलंबून असते.
पाण्याचे इलेक्ट्रोलिसिस आणि इलेक्ट्रोलायझरसाठी नवीन साहित्य
मोठ्या प्रमाणात हिरवा हायड्रोजन मिळविण्याचा सर्वात व्यापक आणि आशादायक मार्ग म्हणजे अक्षय वीजेद्वारे चालणारे पाण्याचे इलेक्ट्रोलिसिसया प्रक्रियेत, इलेक्ट्रोलायझर थेट CO₂ उत्सर्जनाशिवाय पाण्याचे रेणू (H₂O) हायड्रोजन (H₂) आणि ऑक्सिजन (O₂) मध्ये विभाजित करतो.
इलेक्ट्रोलायझरमध्ये, एका पडद्याद्वारे वेगळे केलेल्या दोन इलेक्ट्रोडसह पेशीमध्ये पाणी आणले जाते.वीज वापरल्याने, कॅथोडवर हायड्रोजन आणि एनोडवर ऑक्सिजन तयार होतो. हायड्रोजन गोळा केला जातो, संकुचित केला जातो आणि साठवला जातो किंवा थेट वापरासाठी पाठवला जातो; ऑक्सिजन सहसा सोडला जातो किंवा इतर अनुप्रयोगांमध्ये वापरला जातो (उदा., वैद्यकीय किंवा औद्योगिक).
इलेक्ट्रोलायझरचे अनेक प्रकार आहेत, प्रत्येकी फायदे, मर्यादा आणि विशिष्ट साहित्य आवश्यकता:
- अल्कधर्मी इलेक्ट्रोलायझरपरिपक्व तंत्रज्ञान, तुलनेने स्वस्त, परंतु कमी विद्युत प्रवाह घनता आणि काही लवचिकता मर्यादांसह.
- सॉलिड ऑक्साईड इलेक्ट्रोलायझर (SOEC)ते उच्च तापमानावर काम करते, चांगल्या कार्यक्षमतेसह, जरी ते अजूनही कमी व्यावसायिक टप्प्यात आहे.
- अॅनियन एक्सचेंज मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोलायझर (AEM): अल्कधर्मी आणि पडदा प्रणालींचे काही फायदे एकत्र करते, ज्यामुळे उदात्त धातूंशिवाय उत्प्रेरकांचा वापर करणे शक्य होते.
- पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट मेम्ब्रेन (PEM) इलेक्ट्रोलायझर: अतिशय कॉम्पॅक्ट, उच्च प्रवाहांसह कार्य करण्यास आणि अतिशय शुद्ध हायड्रोजन निर्माण करण्यास सक्षम, परिवर्तनशील अक्षय ऊर्जा एकत्रित करण्यासाठी आदर्श.
पीईएम तंत्रज्ञान विशेषतः मनोरंजक आहे अक्षय ऊर्जेच्या चढउतारांना "उशीरा" देणेतथापि, त्यात एक मोठी कमतरता आहे: इलेक्ट्रोड आणि इतर घटकांमध्ये प्लॅटिनम आणि इरिडियम सारख्या महत्त्वाच्या पदार्थांवर अवलंबून राहणे, ज्यामुळे खर्च वाढतो आणि त्याचे जागतिक स्केलिंग गुंतागुंतीचे होते. प्रत्यक्षात, वास्तविक जगातील प्रकरणे जसे की नवरेमध्ये औद्योगिक ग्रीन हायड्रोजन चालविणारा इलेक्ट्रोलायझर ते पीईएमला अक्षय ऊर्जेसह एकत्रित करण्यासाठी तांत्रिक आणि भौतिक आवश्यकता दर्शवितात.
CSIC संघ, जसे की ज्यांचे नेतृत्व मारिया रेट्युर्टो आणि सर्जियो रोजास, यावर लक्ष केंद्रित केले आहे या मौल्यवान साहित्याच्या जागी अधिक मुबलक आणि स्वस्त पर्याय वापरा. जे उच्च उत्प्रेरक क्रियाकलाप आणि टिकाऊपणा राखतात. केवळ उपकरणांची किंमत कमी करणे हेच उद्दिष्ट नाही तर प्लॅटिनम, इरिडियम किंवा रुथेनियमच्या उत्खननाशी संबंधित पर्यावरणीय परिणाम कमी करणे देखील आहे.
दरम्यान, सीएसआयसीच्या कार्बोक्विमिका संस्थेने, संशोधकासह मारिया जेसस लाझारो समोर, विकसित होते एईएम कमी तापमानाचे इलेक्ट्रोलायझर्स नॉन-नोबल धातूंवर आधारित नवीन इलेक्ट्रोडसह. हे तंत्रज्ञान दोन्ही जगातील सर्वोत्तम गोष्टी एकत्र करण्याचा प्रयत्न करते: द्रव इलेक्ट्रोलिसिसची साधेपणा आणि कमी खर्च आणि पीईएम प्रणालींची उच्च शुद्धता आणि कार्यक्षमता.
या अभ्यासांनुसार, पॉलिमरिक आयन एक्सचेंज मेम्ब्रेन प्लॅटिनम, इरिडियम किंवा रुथेनियमशिवाय उत्प्रेरकांचा वापर करण्यास परवानगी देतात. आणि तरीही उच्च कार्यक्षमता साध्य करतात. यामुळे महत्त्वाच्या कच्च्या मालावर कमी अवलंबून राहून अधिक आर्थिकदृष्ट्या स्पर्धात्मक हिरव्या हायड्रोजन उत्पादनाचे दरवाजे उघडतात.
लवचिक विकृतीमुळे प्लॅटिनम-मुक्त उत्प्रेरकांचे नवीन कुटुंब
संशोधनाचे आणखी एक महत्त्वाचे क्षेत्र यावर लक्ष केंद्रित करते हायड्रोजन उत्क्रांती अभिक्रिया (HER) साठी प्लॅटिनमचे पर्यायी उत्प्रेरक विकसित करा. इलेक्ट्रोलायझरमध्ये. प्लॅटिनम त्याच्या असाधारण क्रियाकलाप आणि स्थिरतेमुळे मानक राहिले आहे, परंतु त्याची किंमत आणि टंचाई यामुळे भविष्यातील सर्व मागणी पूर्ण करणे अशक्य होते.
IMDEA मटेरियल्समधील संशोधकांनी हे दाखवून दिले आहे की, पूर्णपणे नवीन साहित्याचा शोध लावण्याऐवजी, आधीच ज्ञात असलेल्या इंटरमेटॅलिक मिश्रधातूंच्या कामगिरीत लक्षणीय सुधारणा करणे शक्य आहे. नियंत्रित लवचिक विकृती लागू करणे.
एसीएस कॅटालिसिसमध्ये प्रकाशित झालेल्या एका अभ्यासात, खालील गोष्टींचे विश्लेषण केले गेले: तीन कमी किमतीच्या प्रणालींचे इंटरमेटॅलिक पातळ फिल्म्स: Ag₃In (चांदी आणि इंडियम), Ni₃Fe (निकेल आणि लोह) आणि Ni₃Sn (निकेल आणि कथील). जेव्हा या फिल्म्समध्ये लहान लवचिक विकृती (१% च्या क्रमाने) आढळल्या, तेव्हा HER साठी त्यांच्या उत्प्रेरक क्रियाकलापात लक्षणीय वाढ दिसून आली.
संशोधकांनी हे सत्यापित केले की तन्य विकृती Ag₃In मध्ये क्रियाकलाप वाढवताततर संकुचित स्ट्रेनचा Ni₃Fe, Ni₃Sn आणि अगदी प्लॅटिनमवरही असाच परिणाम होतो.एका विशेषतः उल्लेखनीय प्रकरणात, Ni₃Sn च्या नमुन्यात १.२६% वाढ झाल्याने प्लॅटिनमची कार्यक्षमता अंदाजे ७१% साध्य झाली.
यासारख्या संशोधकांनी लिहिलेला हा अभ्यास जॉर्ज रेडोंडो, जयचंद्रन सुबियन, मिगुएल मॉन्क्लुस, व्हॅलेंटिन वॅसिलिव्ह गॅलिंडो, जॉन मोलिना आणि जेवियर लोर्का, हे कसे होते याचे पहिले स्पष्ट प्रायोगिक प्रात्यक्षिक आहे लवचिक विकृती, दोष किंवा भेगा न आणता, उत्प्रेरक गुणधर्मांमध्ये बदल करू शकते. एखाद्या साहित्याचा.
ही जवळपासची ऑफर आहे वॉर्प-ऑप्टिमाइज्ड कॅटॅलिस्ट डिझाइन करण्यासाठी एक पूर्णपणे नवीन रोडमॅपते गैर-मौल्यवान धातू आणि इंटरमेटल्सचे आशादायक संयोजन ओळखण्यासाठी मशीन लर्निंग स्क्रीनिंग तंत्रांचा देखील वापर करत आहेत. प्लॅटिनमच्या कामगिरीशी जुळणारे किंवा त्याच्याशी जुळणारे परंतु अधिक अनुकूल उपलब्धता आणि खर्च असलेले पदार्थ शोधण्यास गती देणे हे उद्दिष्ट आहे.
सौर उष्णतेसह सिरेमिक पेरोव्स्काईट्स आणि थर्मोकेमिकल चक्र
इलेक्ट्रोलिसिसच्या पलीकडे, स्पेनमध्ये संशोधनाची आणखी एक अतिशय शक्तिशाली ओळ आहे जी यावर आधारित आहे फक्त सूर्याच्या उष्णतेचा वापर करून पाण्यापासून हिरवे हायड्रोजन तयार करणेविजेची गरज नसतानाही. रे जुआन कार्लोस विद्यापीठातील केमिकल अँड एन्व्हायर्नमेंटल इंजिनिअरिंग ग्रुप (GIQA) आणि इन्स्टिट्यूट फॉर रिसर्च इन टेक्नॉलॉजीज फॉर सस्टेनेबिलिटी (ITPS) यांचे काम येथे उल्लेखनीय आहे.
या संघाने विकसित केले आहे थर्मोकेमिकल वॉटर स्प्लिटिंग सायकलमध्ये भाग घेण्यास सक्षम नवीन सिरेमिक साहित्यहे तत्व स्पष्ट करणे तुलनेने सोपे आहे, जरी तांत्रिकदृष्ट्या खूप कठीण असले तरी: प्रथम, पदार्थ उच्च तापमानाला गरम केले जातात, त्यांच्या संरचनेतून ऑक्सिजन सोडतात आणि नंतर ते पाण्याच्या वाफेशी प्रतिक्रिया देतात, हायड्रोजन तयार करतात आणि तो ऑक्सिजन पुनर्प्राप्त करतात.
वापरलेले साहित्य खालील कुटुंबातील आहे: सिरेमिक पेरोव्स्काईट्सत्यांच्या स्फटिकासारखे जाळीमध्ये उच्च ऑक्सिजन गतिशीलता असलेले सिरेमिक संयुगे. ही गतिशीलता सामग्रीला वारंवार ऑक्सिडायझेशन आणि कमी करण्यास अनुमती देते, गंभीर क्षय न होता अनेक चक्रांचा सामना करते.
जर्नलमध्ये प्रकाशित झालेल्या कामातील सर्वात मनोरंजक योगदानांपैकी एक कॅटॅलिसिस आज, ते आहे का हे नवीन पेरोव्स्काईट्स १०००°C पेक्षा कमी तापमानात काम करतात.हे इतर पारंपारिक थर्मोकेमिकल प्रणालींना आवश्यक असलेल्या १३००-१५००°C च्या विरुद्ध आहे. या तापमान कपातीमुळे मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा बचत होते आणि सौर अणुभट्ट्यांचा वापर अधिक व्यवहार्य होतो.
संशोधक मारिया लिनारेस सेरानोGIQA हे अधोरेखित करते की रिडक्शन-ऑक्सिडेशन चक्र अनेक वेळा पुनरावृत्ती करता येते.यामुळे हे तंत्रज्ञान एकाग्र सौर किरणोत्सर्गाचा थेट वापर करणाऱ्या वनस्पतींमध्ये अक्षय हायड्रोजनच्या सतत उत्पादनासाठी एक आशादायक पर्याय बनते.
शिवाय, संघाने स्वतःला सिरेमिक पावडरच्या चाचण्यांपुरते मर्यादित ठेवलेले नाही. त्यांनी पेरोव्स्काईट्सना मॅक्रोस्कोपिक स्वरूपात साचाबद्ध केले आहे. वास्तविक जगाच्या वापराच्या अगदी जवळ, जसे की:
- सिरेमिक गोळ्या कॉम्पॅक्ट्स.
- सच्छिद्र सिरेमिक फोम्स मोठ्या विशिष्ट पृष्ठभागासह.
- मोनोलिथिक सपोर्टवर पातळ थर लावले जातात, फ्लो रिअॅक्टरसाठी अतिशय योग्य.
या संरचना घन आणि वायूंमधील संपर्क सुधारतात, तसेच सौर अणुभट्टीच्या आत उष्णता हस्तांतरणचाचण्यांमध्ये उत्पादित हायड्रोजनच्या प्रमाणात लक्षणीय वाढ दिसून आली आहे, ज्यामध्ये सिरेमिक मोनोलिथवरील पातळ थर विशेषतः उल्लेखनीय आहेत, ज्यामुळे अभ्यासात सर्वोच्च उत्पादन मूल्ये प्राप्त झाली आहेत.
साहित्य आणि भूमितींचे हे प्रगत डिझाइन शक्यता जवळ आणते मोठ्या प्रमाणात ग्रीन हायड्रोजन तयार करण्यास सक्षम व्हॉल्यूमेट्रिक सौर अणुभट्ट्यास्पेनसारख्या उच्च सौर विकिरण असलेल्या देशासाठी, थेट सौर औष्णिक उर्जेवर आधारित या उत्पादन मार्गात उल्लेखनीय धोरणात्मक क्षमता आहे.
फोटोकॅटॅलिसिस आणि एमओएफ: सांडपाण्यापासून हायड्रोजन तयार करणे
आणखी एक नाविन्यपूर्ण दृष्टिकोन जवळजवळ पूर्णपणे बाह्य विजेचा वापर करतो आणि यावर अवलंबून असतो सूर्यप्रकाशाचा वापर करून पाणी विघटन करण्यासाठी फोटोकॅटॅलिसिसया चौकटीत हायलिओस प्रकल्प आहे, जो सांडपाणी प्रक्रिया प्रकल्पांच्या मॉडेलमध्ये परिवर्तन घडवून आणण्याचा प्रयत्न करतो.
हायलिओसचे उद्दिष्ट आहे सौर ऊर्जा मिळवण्यास आणि दूषित पाण्यापासून हिरव्या हायड्रोजनच्या निर्मितीसाठी त्याचा वापर करण्यास सक्षम असलेले साहित्य डिझाइन करा.यामागील कल्पना अशी आहे की अशा फोटोकॅटॅलिटिक रिअॅक्टर्सचा वापर केला पाहिजे जे प्रकाशाच्या संपर्कात आल्यावर, सिस्टमला इलेक्ट्रिकल ग्रिडशी जोडण्याची आवश्यकता न पडता पाणी विभाजित करतात, त्यामुळे ऊर्जा खर्च आणि पायाभूत सुविधांची जटिलता दोन्ही कमी होते.
फोटोकॅटॅलिसिसचे अनेक फायदे आहेत: सोपी आणि संभाव्य स्वस्त उपकरणे वापराते कमी दर्जाच्या पाण्यावर काम करू शकते (पिण्याच्या पाण्याशी स्पर्धा कमी करते) आणि वर्तुळाकार जल अर्थव्यवस्थेच्या संकल्पनांशी खूप चांगले जुळते.
या प्रकल्पाचा एक मध्यवर्ती पैलू म्हणजे विकास नवीन टायटॅनियम-आधारित धातू-सेंद्रिय पदार्थ (MOFs)IMDEA एनर्जीच्या तज्ञांनी MOF IEF-11 (IMDEA एनर्जी फ्रेमवर्क्स) तयार केले आहे, जे फोटोअॅक्टिव्ह टायटॅनियम युनिट्सना स्क्वॅरिक अॅसिडसह एकत्र करते. या मटेरियलने वॉटर फोटोस्प्लिटिंग रिअॅक्शनमध्ये खूप उच्च फोटोकॅटॅलिटिक कार्यक्षमता प्राप्त केली आहे, जी टायटॅनियम ऑक्साईडशी तुलना करता येते, जो आतापर्यंत संदर्भ फोटोकॅटलिस्ट होता.
सध्या, यावर काम सुरू आहे या MOF मध्ये सुधारणा करा आणि त्याची टिकाऊपणा सुधारा. आणि ते शोषण्यास सक्षम असलेल्या सौर किरणोत्सर्गाची श्रेणी वाढवणे. दीर्घकालीन स्थिर फोटोअॅक्टिव्ह पदार्थांच्या सध्याच्या कमतरतेवर मात करणे आणि त्याच वेळी, सांडपाणी प्रक्रिया प्रकल्पांना सांडपाणी प्रक्रिया प्रक्रियेत एकत्रित केलेल्या लहान-प्रमाणात हिरव्या हायड्रोजन उत्पादन सुविधांमध्ये रूपांतरित करणे हे आव्हान आहे.
हायलिओस खालील गोष्टींद्वारे विकसित होतो: लँटानियाच्या नेतृत्वाखालील बहुविद्याशाखीय संघहा प्रकल्प, ज्यामध्ये अँसासोल, आयटीईसीएएम, पॉलिटेक्निक युनिव्हर्सिटी ऑफ व्हॅलेन्सियाची केमिकल एनर्जी इन्स्टिट्यूट (आयटीक्यू) आणि आयएमडीईए एनर्जी यांचा समावेश आहे, तो किमान ऑक्टोबर २०२६ पर्यंत चालेल आणि त्याचा उद्देश ऊर्जा खर्च आणि जल प्रक्रिया आणि हायड्रोजन उत्पादनाचा पर्यावरणीय परिणाम लक्षणीयरीत्या कमी करणे आहे.
नवीन, अधिक सक्रिय बहुधातु संयुगांसह इलेक्ट्रोलिसिस
लवचिकपणे विकृत आंतरधातू उत्प्रेरकांच्या पलीकडे, इतरही शोधले जात आहेत. बहुधातू संयुगे जे त्यांच्या वैयक्तिक घटकांच्या कामगिरीपेक्षा खूप जास्त आहेत इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे हायड्रोजनच्या उत्पादनासाठी.
च्या संशोधक Twente विद्यापीठ त्यांनी एक नवीन इलेक्ट्रोड मटेरियल विकसित केले आहे ज्यामध्ये पाच वेगवेगळे संक्रमण धातूजरी यातील प्रत्येक धातू स्वतःहून मध्यम प्रमाणात सक्रिय असला तरी, एकत्रित संयुग उत्प्रेरक क्रिया एक ते दोन ऑर्डर जास्त प्रमाणात प्रदर्शित करतो.
प्रयोगशाळेतील चाचण्यांमध्ये, या पदार्थाची क्रियाशीलता त्याने वैयक्तिक संयुगांना 680 पर्यंतच्या गुणांकाने मागे टाकले.या निकालाने ख्रिस बेयूमर यांच्या नेतृत्वाखालील संशोधन पथकालाही आश्चर्यचकित केले. याचे स्पष्टीकरण स्पष्ट समन्वय परिणामात आहे: वेगवेगळे धातू इलेक्ट्रॉनिक आणि संरचनात्मक पातळीवर एकमेकांना "मदत" करतात, ज्यामुळे अधिक उत्प्रेरकदृष्ट्या सक्रिय आणि स्थिर पृष्ठभाग निर्माण होतो.
हे संयुग पृथ्वीच्या कवचात मुबलक प्रमाणात असलेल्या घटकांपासून बनलेले आहे, ज्यामुळे ते प्लॅटिनम आणि इरिडियमची जागा घेण्यासाठी एक संभाव्य व्यवहार्य पर्याय उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या इलेक्ट्रोलायझर्समध्ये. सध्या, ही क्रिया प्रयोगशाळेच्या वातावरणात प्रमाणित केली गेली आहे आणि त्याचे वर्तन अद्याप औद्योगिक स्तरावर तपासले जाणे आवश्यक आहे.
संशोधकांनी सांगितल्याप्रमाणे, पाच वेगवेगळ्या धातूंचे संयोजन गुंतागुंतीचे आहे. आणि त्यासाठी संश्लेषण मार्ग आणि स्केलिंग प्रक्रिया ऑप्टिमायझ करणे आवश्यक आहे. तरीही, कार्यक्षमता आणि खर्चात सध्याच्या व्यावसायिक इलेक्ट्रोकॅटलिस्टपेक्षा चांगले कामगिरी करण्यासाठी रचना, पोत आणि ऑपरेटिंग परिस्थिती समायोजित करण्यासाठी हे साहित्य एक अतिशय आशादायक आधार देते.
साहित्य, पाणी आणि हायड्रोजनच्या नवीन अक्षय स्रोतांचे आव्हान
नवीन उत्प्रेरक आणि प्रगत मातीकामाच्या विकासाबरोबरच, इतर घटकांचा विचार केला पाहिजे. साहित्य आणि जलसंपत्तीशी संबंधित प्रमुख आव्हाने जेणेकरून हिरवा हायड्रोजन खरोखरच शाश्वत असेल.
एका बाजूने, पारंपारिक इलेक्ट्रोलायझर मौल्यवान धातूंवर अवलंबून असतात (प्लॅटिनम, इरिडियम, रुथेनियम), ज्याच्या उत्खननामुळे गंभीर पर्यावरणीय परिणाम होतात: मातीचा ऱ्हास, जल प्रदूषण आणि परिसंस्थेचे नुकसान, तसेच त्याच्या साठ्याच्या भौगोलिक एकाग्रतेव्यतिरिक्त.
हे अवलंबित्व कमी करण्यासाठी, कमी किमतीच्या पर्यायी उत्प्रेरकांचा शोध घेतला जात आहे. कार्बन डेरिव्हेटिव्ह्ज, चुंबकीय पदार्थ किंवा हिरव्या प्रक्रियेद्वारे विकसित केलेल्या कृत्रिम संयुगांवर आधारित. पर्यायांची श्रेणी विस्तृत करणे आणि पुरवठा साखळीचा आर्थिक आणि पर्यावरणीय खर्च कमी करणे ही कल्पना आहे.
दुसरीकडे, द दर्जेदार पाण्याची उपलब्धता हा एक संवेदनशील मुद्दा आहे. इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे एक टन ग्रीन हायड्रोजन तयार करण्यासाठी सुमारे नऊ टन शुद्ध पाणी आवश्यक आहे. वाढत्या पाण्याच्या टंचाईच्या पार्श्वभूमीवर, मानवी वापरासाठी, शेतीसाठी आणि उद्योगासाठी पाण्यामधील स्पर्धा एक गंभीर अडथळा बनू शकते.
प्रतिसादात, मार्ग जसे की समुद्राच्या पाण्याचा, शहरी आणि औद्योगिक सांडपाण्याचा वापर, किंवा अगदी सभोवतालच्या आर्द्रतेचा वापरविशेष कंपन्यांनी विकसित केलेल्या H2umidity सारख्या तंत्रज्ञानामुळे वातावरणातील आर्द्रतेपासून पाणी निर्माण करता येते आणि इलेक्ट्रोलायझरमध्ये वापरता येते, ज्यामुळे पारंपारिक जलस्रोतांवरील दबाव कमी होतो. शिवाय, प्रकल्प जसे की CIUDEN स्टोरेज सिस्टमची पडताळणी करते सौर आणि हिरव्या हायड्रोजनसह एकत्रीकरणासाठी, अधिक संपूर्ण अक्षय साखळींची व्यवहार्यता सुलभ करण्यासाठी.
द बायोमास आणि कचऱ्यापासून हिरव्या हायड्रोजनचे उत्पादनउदाहरणार्थ, इन्स्टिट्यूट ऑफ केमिकल टेक्नॉलॉजी (ITQ) अशा पायलट प्लांटवर काम करत आहे जे ५००-७०० डिग्री सेल्सिअस तापमानात आणि वातावरणाच्या दाबावर स्टीम रिफॉर्मिंग करून शेती आणि वाइन उद्योगातील कचऱ्यापासून बायोइथेनॉलचे हायड्रोजनमध्ये रूपांतर करतात.
या प्रक्रियांमध्ये, खालील गोष्टी घडतात डायहायड्रोजन (H₂) जे घन ऑक्साईड इंधन पेशींमध्ये (SOFCs) वीज आणि उष्णता दोन्ही निर्माण करण्यासाठी वापरले जाऊ शकते. तसेच प्रदूषण न करणाऱ्या इंधनांचे संश्लेषण करण्यासाठी. निर्माण होणाऱ्या हायड्रोजन आणि उष्णतेचा काही भाग प्लांटमध्येच पुन्हा गुंतवला जातो, ज्यामुळे त्याची ऊर्जा स्वयंपूर्णता सुधारते आणि बाह्य मागणी कमी होते.
ITQ देखील तपास करते मायक्रोवेव्ह-आधारित तंत्रज्ञान त्यांच्या संरचनेतून ऑक्सिजन सोडणाऱ्या आयनिक पदार्थांचा वापर करून वीजेचे हायड्रोजन आणि इतर रसायनांमध्ये रूपांतर करणे. हा दृष्टिकोन, पेटंट केलेला आणि प्रकाशित झाला निसर्ग ऊर्जाभविष्यात त्याचा उपयोग ऊर्जा साठवणूक, कृत्रिम इंधन किंवा संपूर्ण इलेक्ट्रोड व्हॉल्यूम जवळजवळ तात्काळ कमी करून अल्ट्रा-फास्ट बॅटरी रिचार्जिंगमध्ये देखील होऊ शकतो.
औद्योगिक अनुप्रयोग, जैवइंधन आणि हायड्रोजन अर्थव्यवस्था
हायड्रोजनचा वापर आधीच उद्योगात मोठ्या प्रमाणात केला जातो, विशेषतः यासाठी तेल शुद्धीकरण आणि अमोनिया आणि खतांचे उत्पादनपण ते बहुतेक नैसर्गिक वायूपासून येते. या "राखाडी" हायड्रोजनच्या जागी हिरव्या हायड्रोजनचा वापर केल्यास औद्योगिक क्षेत्रातील उत्सर्जनात लक्षणीय घट होऊ शकते; सिडेनॉरने त्यांच्या बसौरी स्टीलवर्क्समध्ये ग्रीन हायड्रोजनची यशस्वी चाचणी केली, जे उच्च ऊर्जेची मागणी असलेल्या क्षेत्रांमध्ये वास्तविक औद्योगिक अनुप्रयोगांचे चित्रण करते.
आयटीक्यू टीम्स प्रोजेक्ट औद्योगिक प्रक्रियांमध्ये ग्रीन हायड्रोजन एकत्रित करणारे पायलट प्लांट्स जेणेकरून हायड्रोजन स्वतःच वनस्पतीच्या ऊर्जेच्या गरजांचा काही भाग पुरवतो. अशाप्रकारे, अत्यंत कार्यक्षम लूप तयार होतात, जिथे निर्माण होणारी उष्णता आणि वीज उत्पादन प्रक्रिया स्वतःच टिकवून ठेवण्यास मदत करते.
इन्स्टिट्यूट ऑफ कॅटॅलिसिस अँड पेट्रोकेमिस्ट्री (ICP) मध्ये, ज्यांच्या नेतृत्वाखालील गट होजे मिगुएल कॅम्पोस ते अभ्यास करतात अक्षय हायड्रोजन वापरून प्रगत जैवइंधनांचे उत्पादनया प्रक्रियेत वनस्पती तेलाचा कचरा ३००-४०० डिग्री सेल्सिअस तापमानात आणि सुमारे २० वातावरणाच्या दाबावर उत्प्रेरक अणुभट्ट्यांमध्ये हायड्रोजन प्रवाहासह एकत्र केला जातो.
प्रथम, कार्बन ऑक्साईड, रेषीय हायड्रोकार्बन आणि पाण्याचे मिश्रण तयार केले जाते; नंतर, दुसरा टप्पा परवानगी देतो त्या हायड्रोकार्बनचे पेट्रोल, रॉकेल आणि डिझेल सारख्या अंशांमध्ये रूपांतर करा, ज्याची ऊर्जा कार्यक्षमता ८५% पर्यंत पोहोचू शकते, जी पारंपारिक अंतर्गत ज्वलन इंजिनांच्या सामान्य कामगिरीपेक्षा खूपच जास्त आहे.
या सर्व घडामोडी या कल्पनेला बळकटी देतात की भविष्यातील कमी-कार्बन अर्थव्यवस्थेचा आधारस्तंभ ग्रीन हायड्रोजन असेल.मूलभूत संशोधन, प्रात्यक्षिक प्रकल्प आणि समर्थन धोरणे (पायाभूत सुविधा गुंतवणूक, कर प्रोत्साहन, स्पष्ट नियामक चौकटी) यांना प्रोत्साहन दिले जात राहिल्यास.
नवीन पदार्थांमधील या प्रगतीचा योग - सौरयुक्त सिरेमिक पेरोव्स्काईट्स, स्ट्रेन-ऑप्टिमाइज्ड इंटरमेटॅलिक मिश्रधातू आणि मौल्यवान धातू-मुक्त मल्टीमेटल कंपोझिट्सपासून ते फोटोएक्टिव्ह एमओएफ आणि इलेक्ट्रोलायझर्ससाठी पर्यायी उत्प्रेरकांपर्यंत - एक अशी परिस्थिती निर्माण करत आहे ज्यामध्ये सतत, कार्यक्षमतेने आणि कमी पर्यावरणीय परिणामांसह ग्रीन हायड्रोजनचे उत्पादन करणे आता दूरचे आश्वासन राहिलेले नाही. आणि ते हळूहळू मोठ्या प्रमाणात तांत्रिक आणि औद्योगिक वास्तव बनण्याच्या जवळ येत आहे.
