सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग के तकनीकी संकाय के शोधकर्ताओं के एक समूह ने नवीकरणीय ऊर्जा का उपयोग करके हरित हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए एक नई तकनीक प्रस्तुत की है।उनकी सफलता हाल ही में हुई थीप्रकाशितमेंप्रकृति सामग्री.

नवीन प्रौद्योगिकीहरित उत्पादन के लिए अन्य प्रक्रियाओं की तुलना में इसमें महत्वपूर्ण लाभ शामिल हैंहाइड्रोजन, और एक वाणिज्यिक प्रौद्योगिकी के रूप में इसके विकास से लागत कम होने और जीवाश्म ईंधन के स्वच्छ, टिकाऊ विकल्प के रूप में हरित हाइड्रोजन के उपयोग में तेजी आने की संभावना है।

हाइड्रोजन का उपयोग एक के रूप मेंईंधनकोयले, गैसोलीन और "प्राकृतिक" गैस के बजाय इन ईंधनों का उपयोग कम हो जाएगाग्रीनहाउस गैस का उत्सर्जनपरिवहन, सामग्री और रसायनों के उत्पादन और औद्योगिक तापन सहित विभिन्न स्रोतों से।इन ईंधनों के विपरीत, जो हवा में दहन होने पर वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जित करते हैं, हाइड्रोजन पानी पैदा करता है और इसलिए इसे एक स्वच्छ ईंधन माना जाता है।

हालाँकि, हाइड्रोजन का उत्पादन करने का सबसे आम तरीका उपयोग करना शामिल हैप्राकृतिक गैस(या कोयला) और यह प्रक्रिया वायुमंडल में बड़ी मात्रा में कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जित करती है - जिससे जीवाश्म ईंधन के लिए हरित, टिकाऊ विकल्प के रूप में इसके फायदे खत्म हो जाते हैं।2022 में, हाइड्रोजन की वैश्विक खपत लगभग 95 मिलियन टन थी - विभिन्न ईंधन उत्पादों में सुधार के लिए उपयुक्त मात्रा, और विशेष रूप से अमोनिया का उत्पादन करने के लिए, जो कृषि उर्वरकों के निर्माण के लिए आवश्यक है।

आज उपभोग की जाने वाली लगभग सभी हाइड्रोजन जीवाश्म ईंधन से उत्पन्न होती है, यही कारण है कि इसे "ग्रे हाइड्रोजन" (मीथेन से बना) या "ब्लैक हाइड्रोजन" (कोयले से बना) कहा जाता है।इन विधियों का उपयोग करके हाइड्रोजन उत्पादन मानव कार्यों के परिणामस्वरूप वायुमंडल में वार्षिक वैश्विक कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन के लगभग 2.5% के लिए जिम्मेदार है।उत्सर्जन के इस महत्वपूर्ण स्रोत को कम करने और प्रदूषणकारी जीवाश्म ईंधन को स्वच्छ, टिकाऊ हाइड्रोजन से बदलने के लिए ग्रे हाइड्रोजन को हरित हाइड्रोजन से बदलना आवश्यक है।

विभिन्न अनुमानों का अनुमान है कि शुद्ध शून्य उत्सर्जन पर वैश्विक ऊर्जा बाजार में हरित हाइड्रोजन का हिस्सा लगभग 10% होने की संभावना है - बढ़ती सांद्रता के कारण ग्रीनहाउस प्रभाव के परिणामस्वरूप जलवायु परिवर्तन और ग्लोबल वार्मिंग को कम करने का वर्तमान लक्ष्यकार्बन डाईऑक्साइडवातावरण में.ग्लोबल वार्मिंग से निपटने में हरित हाइड्रोजन के अत्यधिक महत्व का यही कारण है।

हरित हाइड्रोजन का उत्पादन हवा और सूरज जैसे नवीकरणीय स्रोतों से ऊर्जा का उपयोग करके इलेक्ट्रोलिसिस-पानी के ऑक्सीजन और हाइड्रोजन में विद्युत रासायनिक अपघटन के माध्यम से किया जाता है।इलेक्ट्रोलिसिस की खोज 200 साल से भी पहले हुई थी और तब से इसमें कई विकास और सुधार हुए हैं।हालाँकि, प्रतिस्पर्धी मूल्य पर हरित हाइड्रोजन का उत्पादन करना अभी भी बहुत महंगा है।

तकनीकी चुनौतियों में से एक जो बड़ी मात्रा में हरित हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए इलेक्ट्रोलिसिस के उपयोग को सीमित करती है - जो शुद्ध शून्य कार्बन उत्सर्जन प्राप्त करने की योजना को प्राप्त करने में मदद करेगी - कैथोडिक को अलग करने के लिए महंगी झिल्ली, गैसकेट और सीलिंग घटकों की आवश्यकता है।एनोडिक डिब्बे।

कई साल पहले, टेक्नियन शोधकर्ताओं ने एक अभिनव और कुशल इलेक्ट्रोलिसिस तकनीक प्रस्तुत की थी जिसमें कोशिका के दो हिस्सों को अलग करने के लिए झिल्ली और सीलिंग की आवश्यकता नहीं होती है, क्योंकि नियमित इलेक्ट्रोलिसिस के विपरीत, प्रक्रिया के विभिन्न चरणों में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का उत्पादन होता है।जहां वे एक साथ बनाए जाते हैं.

ई-टीएसी नामक इस नई प्रक्रिया को प्रोफेसर अवनर रोथ्सचाइल्ड और प्रोफेसर गिदोन ग्रेडर की देखरेख में डॉ. हेन डोटन और डॉ. एविगेल लैंडमैन द्वारा विकसित किया गया था।उन्होंने प्रक्रिया की क्षमता को पूरा करने और व्यावसायिक अनुप्रयोगों को विकसित करने के लिए उद्यमी टैल्मन मार्को के साथ साझेदारी की।

नई तकनीक का विवरण

टेक्नियन में प्रोफेसर रोथ्सचाइल्ड के समूह के शोधकर्ता अब एक ऐसी प्रक्रिया प्रस्तुत करते हैं जिसके तहत हाइड्रोजन और ऑक्सीजन दो अलग-अलग कोशिकाओं में एक साथ उत्पादित होते हैं, ई-टीएसी प्रक्रिया के विपरीत जहां वे एक ही कोशिका में लेकिन विभिन्न चरणों में उत्पादित होते हैं।नई प्रक्रिया को इलिया स्लोबोडकिन ने अपने मास्टर की थीसिस के हिस्से के रूप में विकसित किया था, वरिष्ठ शोधकर्ता डॉ. एलेना डेविडोवा और डॉ. अन्ना ब्रेयटस और मास्टर के छात्र मटन सनानीस की मदद से।

यह नवीन प्रक्रिया ठोस इलेक्ट्रोड की परिचालन चुनौतियों और सीमाओं को दरकिनार कर देती है जहां ई-टीएसी तकनीक में पानी में NaBr जलीय इलेक्ट्रोलाइट के साथ ऑक्सीजन का उत्पादन किया जाता है।यह प्रतिस्थापन एक सतत प्रक्रिया के लिए मार्ग प्रशस्त करता है (ई-टीएसी के साथ बैच प्रक्रिया के विपरीत) और सेल के माध्यम से बारी-बारी से ठंडे और गर्म इलेक्ट्रोलाइट्स को स्विंग करने की आवश्यकता को निरस्त करता है।

कैथोड में हाइड्रोजन का उत्पादन करते समय इलेक्ट्रोलाइट में ब्रोमाइड आयनों को ब्रोमेट में ऑक्सीकृत किया जाता है, और फिर वे जलीय इलेक्ट्रोलाइट के साथ एक अलग सेल में प्रवाहित होते हैं, जहां वे ऑक्सीजन का उत्पादन करते हुए अपनी मूल स्थिति में वापस आ जाते हैं, और यह प्रक्रियाखुद को दोहराता रहता है.

इस तरह, ई-टीएसी के विपरीत, बिना किसी तापमान परिवर्तन के निरंतर प्रक्रिया में दो अलग-अलग कोशिकाओं में एक ही समय में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का उत्पादन होता है।इसके अलावा, ऑक्सीजन का उत्पादन जलीय इलेक्ट्रोलाइट में होता है, न कि ई-टीएसी की तरह ठोस इलेक्ट्रोड में, और इसलिए यह उन प्रकार के इलेक्ट्रोडों की विशिष्ट दर और क्षमता सीमाओं पर निर्भर नहीं होता है, जैसे कि चार्ज करने योग्य बैटरी।

में प्रकाशित लेख मेंप्रकृति सामग्री, शोधकर्ता अपने बुनियादी प्रयोगों का वर्णन करते हैं जो प्रस्तावित प्रक्रिया की प्रारंभिक व्यवहार्यता साबित करते हैं, और ऐसे परिणाम प्रस्तुत करते हैं जो इसे प्रदर्शित करते हैंउच्च दक्षताऔर उच्च विद्युत धारा पर काम करने की क्षमता, जिसका अर्थ है कि हाइड्रोजन का उत्पादन उच्च दर पर किया जा सकता है।साथ ही, लेख में दर्शाई गई वैज्ञानिक सफलता के आधार पर एक नई तकनीक विकसित करने के लिए अभी भी एक लंबा रास्ता तय करना बाकी है।इस तरह की तकनीक से हरित हाइड्रोजन के औद्योगिक उत्पादन के रास्ते में आने वाली कई बाधाओं को एक स्थायी विकल्प के रूप में पार करने की संभावना हैजीवाश्म ईंधन.