अर्को पुस्ताको ऊर्जा हाइड्रोजनको बारेमा

हामी "हाइड्रोजन" को परिचय दिनेछौं, ऊर्जाको अर्को पुस्ता जुन कार्बन तटस्थ छ। हाइड्रोजनलाई तीन प्रकारमा विभाजन गरिएको छ: "हरियो हाइड्रोजन", "निलो हाइड्रोजन" र "ग्रे हाइड्रोजन", जसमध्ये प्रत्येकको फरक उत्पादन विधि छ। हामी उत्पादनको प्रत्येक विधि, तत्वहरूको रूपमा भौतिक गुणहरू, भण्डारण/ढुवानी विधिहरू, र प्रयोगका विधिहरू पनि व्याख्या गर्नेछौं। र म यो पनि परिचय दिनेछु किन यो अर्को पुस्ताको प्रमुख ऊर्जा स्रोत हो।

हरियो हाइड्रोजन उत्पादन गर्न पानीको इलेक्ट्रोलिसिस

हाइड्रोजन प्रयोग गर्दा, जे भए पनि "हाइड्रोजन उत्पादन" गर्न महत्त्वपूर्ण छ। सबैभन्दा सजिलो तरिका "पानी इलेक्ट्रोलाइज" हो। सायद तपाईले ग्रेड स्कूल विज्ञानमा गर्नुभयो। बीकरमा पानी र इलेक्ट्रोडहरू पानीमा भर्नुहोस्। जब ब्याट्री इलेक्ट्रोडसँग जोडिएको हुन्छ र ऊर्जावान हुन्छ, पानी र प्रत्येक इलेक्ट्रोडमा निम्न प्रतिक्रियाहरू हुन्छन्।
क्याथोडमा, H+ र इलेक्ट्रोनहरूले हाइड्रोजन ग्यास उत्पादन गर्न संयोजन गर्दछ, जबकि एनोडले अक्सिजन उत्पादन गर्दछ। अझै, यो दृष्टिकोण स्कूल विज्ञान प्रयोगहरूको लागि ठीक छ, तर औद्योगिक रूपमा हाइड्रोजन उत्पादन गर्न, ठूलो मात्रामा उत्पादनको लागि उपयुक्त कुशल संयन्त्रहरू तयार हुनुपर्छ। त्यो हो "पोलिमर इलेक्ट्रोलाइट मेम्ब्रेन (PEM) इलेक्ट्रोलाइसिस"।
यस विधिमा, हाइड्रोजन आयनहरू पास गर्न अनुमति दिने पोलिमर अर्ध-पारगम्य झिल्लीलाई एनोड र क्याथोडको बीचमा स्यान्डविच गरिन्छ। जब यन्त्रको एनोडमा पानी खन्याइन्छ, इलेक्ट्रोलाइसिसद्वारा उत्पादित हाइड्रोजन आयनहरू अर्धपारगम्य झिल्लीबाट क्याथोडमा सर्छन्, जहाँ तिनीहरू आणविक हाइड्रोजन हुन्छन्। अर्कोतर्फ, अक्सिजन आयनहरू अर्धपारगम्य झिल्लीबाट जान सक्दैनन् र एनोडमा अक्सिजन अणुहरू बन्न सक्दैनन्।
साथै क्षारीय पानी इलेक्ट्रोलाइसिसमा, तपाईले हाइड्रोजन र अक्सिजन सिर्जना गर्नुहुन्छ एनोड र क्याथोडलाई विभाजक मार्फत अलग गरेर जसको माध्यमबाट मात्र हाइड्रोक्साइड आयनहरू जान सक्छ। थप रूपमा, त्यहाँ उच्च-तापमान स्टीम इलेक्ट्रोलाइसिस जस्ता औद्योगिक विधिहरू छन्।
यी प्रक्रियाहरू ठूलो मात्रामा प्रदर्शन गरेर, ठूलो मात्रामा हाइड्रोजन प्राप्त गर्न सकिन्छ। यस प्रक्रियामा, अक्सिजनको एक महत्त्वपूर्ण मात्रा पनि उत्पादन हुन्छ (उत्पादन हाइड्रोजनको आधा मात्रा), ताकि वातावरणमा छोडिएमा यसले कुनै प्रतिकूल वातावरणीय प्रभाव पार्दैन। यद्यपि, इलेक्ट्रोलाइसिसलाई धेरै बिजुली चाहिन्छ, त्यसैले कार्बन-मुक्त हाइड्रोजन उत्पादन गर्न सकिन्छ यदि यो बिजुलीसँग उत्पादन गरिन्छ जुन जीवाश्म ईन्धनहरू प्रयोग गर्दैन, जस्तै पवन टर्बाइनहरू र सौर प्यानलहरू।
तपाईंले स्वच्छ ऊर्जा प्रयोग गरेर पानीको इलेक्ट्रोलाइजिङ गरेर "हरियो हाइड्रोजन" प्राप्त गर्न सक्नुहुन्छ।

यस हरियो हाइड्रोजनको ठूलो मात्रामा उत्पादनको लागि हाइड्रोजन जेनेरेटर पनि छ। इलेक्ट्रोलाइजर खण्डमा PEM प्रयोग गरेर, हाइड्रोजन लगातार उत्पादन गर्न सकिन्छ।

जीवाश्म ईन्धनबाट बनेको निलो हाइड्रोजन

त्यसोभए, हाइड्रोजन बनाउने अन्य तरिकाहरू के हुन्? हाइड्रोजन प्राकृतिक ग्याँस र कोइला जस्ता जीवाश्म ईन्धनहरूमा पानी बाहेक अन्य पदार्थहरूको रूपमा अवस्थित छ। उदाहरणका लागि, प्राकृतिक ग्याँसको मुख्य भाग मिथेन (CH4) लाई विचार गर्नुहोस्। यहाँ चार हाइड्रोजन परमाणुहरू छन्। तपाईले यो हाइड्रोजन निकालेर हाइड्रोजन प्राप्त गर्न सक्नुहुन्छ।
यी मध्ये एक "स्टीम मिथेन सुधार" भनिने प्रक्रिया हो जसले स्टीम प्रयोग गर्दछ। यस विधिको रासायनिक सूत्र निम्नानुसार छ।
तपाईले देख्न सक्नुहुन्छ, कार्बन मोनोअक्साइड र हाइड्रोजन एकल मिथेन अणुबाट निकाल्न सकिन्छ।
यसरी, प्राकृतिक ग्याँस र कोइलाको "स्टीम रिफर्मिङ" र "पाइरोलिसिस" जस्ता प्रक्रियाहरू मार्फत हाइड्रोजन उत्पादन गर्न सकिन्छ। "निलो हाइड्रोजन" ले यसरी उत्पादन भएको हाइड्रोजनलाई बुझाउँछ।
यस अवस्थामा, तथापि, कार्बन मोनोअक्साइड र कार्बन डाइअक्साइड उप-उत्पादनको रूपमा उत्पादन गरिन्छ। त्यसोभए तपाईंले तिनीहरूलाई वातावरणमा छोड्नु अघि तिनीहरूलाई पुन: प्रयोग गर्नुपर्छ। उप-उत्पादन कार्बन डाइअक्साइड, यदि पुन: प्राप्त गर्न सकिएन भने, हाइड्रोजन ग्यास बन्छ, जसलाई "ग्रे हाइड्रोजन" भनिन्छ।

हाइड्रोजन कुन प्रकारको तत्व हो?

हाइड्रोजनको परमाणु संख्या 1 छ र यो आवधिक तालिकाको पहिलो तत्व हो।
परमाणुहरूको संख्या ब्रह्माण्डमा सबैभन्दा ठूलो हो, ब्रह्माण्डमा भएका सबै तत्वहरूको लगभग 90% हो। प्रोटोन र इलेक्ट्रोन मिलेर बनेको सबैभन्दा सानो परमाणु हाइड्रोजन परमाणु हो।
हाइड्रोजनमा न्यूक्लियससँग जोडिएको न्यूट्रोनसहित दुई आइसोटोपहरू छन्। एउटा न्युट्रोन बन्डेड "ड्युटेरियम" र दुई न्यूट्रोन बन्डेड "ट्रिटियम"। यी फ्युजन पावर उत्पादनका लागि सामग्रीहरू पनि हुन्।
सूर्य जस्तै तारा भित्र हाइड्रोजन देखि हिलियम सम्म परमाणु फ्यूजन भइरहेको छ, जुन तारा को चमक को लागी ऊर्जा को स्रोत हो।
यद्यपि, हाइड्रोजन पृथ्वीमा ग्यासको रूपमा विरलै अवस्थित छ। हाइड्रोजनले पानी, मिथेन, अमोनिया र इथानोल जस्ता अन्य तत्वहरूसँग यौगिकहरू बनाउँछ। हाइड्रोजन एक हल्का तत्व भएकोले तापक्रम बढ्दै जाँदा हाइड्रोजन अणुहरूको गति बढ्छ र पृथ्वीको गुरुत्वाकर्षणबाट बाहिरी अन्तरिक्षमा जान्छ।

हाइड्रोजन कसरी प्रयोग गर्ने? दहन द्वारा प्रयोग गर्नुहोस्

त्यसोभए, अर्को पुस्ताको ऊर्जा स्रोतको रूपमा विश्वव्यापी ध्यान आकर्षित गरेको "हाइड्रोजन" कसरी प्रयोग गरिन्छ? यो दुई मुख्य तरिकामा प्रयोग गरिन्छ: "दहन" र "ईन्धन सेल"। "बर्न" को प्रयोगको साथ सुरु गरौं।
त्यहाँ दुई मुख्य प्रकारको दहन प्रयोग गरिन्छ।
पहिलो रकेट इन्धनको रूपमा हो। जापानको H-IIA रकेटले हाइड्रोजन ग्यास "तरल हाइड्रोजन" र "तरल अक्सिजन" प्रयोग गर्दछ जुन ईन्धनको रूपमा क्रायोजेनिक अवस्थामा पनि छ। यी दुई संयुक्त छन्, र त्यस समयमा उत्पन्न ताप ऊर्जाले उत्पन्न पानीको अणुहरूको इंजेक्शनलाई गति दिन्छ, अन्तरिक्षमा उडान गर्दछ। तर, यो प्राविधिक रूपमा कठिन इन्जिन भएकाले जापान बाहेक अमेरिका, युरोप, रुस, चीन र भारतले मात्रै यो इन्धन सफलतापूर्वक जोडेका छन् ।
दोस्रो भनेको विद्युत उत्पादन हो । ग्यास टर्बाइन पावर उत्पादनले ऊर्जा उत्पादन गर्न हाइड्रोजन र अक्सिजन संयोजन गर्ने विधि पनि प्रयोग गर्दछ। अर्को शब्दमा, यो हाइड्रोजन द्वारा उत्पादित थर्मल ऊर्जा हेर्छ कि एक विधि हो। थर्मल पावर प्लान्टहरूमा, कोइला, तेल र प्राकृतिक ग्यास जलाउने तापले टर्बाइनहरू चलाउने स्टीम उत्पादन गर्दछ। यदि हाइड्रोजनलाई ताप स्रोतको रूपमा प्रयोग गरिन्छ भने, पावर प्लान्ट कार्बन न्यूट्रल हुनेछ।

हाइड्रोजन कसरी प्रयोग गर्ने? एक ईन्धन सेल रूपमा प्रयोग

हाइड्रोजन प्रयोग गर्ने अर्को तरिका ईन्धन सेलको रूपमा हो, जसले हाइड्रोजनलाई सीधा बिजुलीमा रूपान्तरण गर्दछ। विशेष गरी, टोयोटाले आफ्नो ग्लोबल वार्मिङ काउन्टर उपायहरूको एक भागको रूपमा पेट्रोल वाहनहरूको विकल्पको रूपमा इलेक्ट्रिक वाहनहरू (EVs) को सट्टा हाइड्रोजन-इन्धनयुक्त सवारी साधनहरू टाउट गरेर जापानमा ध्यान आकर्षित गरेको छ।
विशेष गरी, हामी "हरियो हाइड्रोजन" को निर्माण विधि परिचय गर्दा उल्टो प्रक्रिया गर्दैछौं। रासायनिक सूत्र निम्नानुसार छ।
हाइड्रोजनले बिजुली उत्पादन गर्दा पानी (तातो पानी वा वाफ) उत्पन्न गर्न सक्छ, र यसलाई मूल्याङ्कन गर्न सकिन्छ किनभने यसले वातावरणमा बोझ थोपर्दैन। अर्कोतर्फ, यस विधिमा ३०-४०% को तुलनात्मक रूपमा कम ऊर्जा उत्पादन क्षमता छ, र उत्प्रेरकको रूपमा प्लेटिनम चाहिन्छ, यसरी बढ्दो लागत आवश्यक छ।
हाल हामी पोलिमर इलेक्ट्रोलाइट फ्युल सेल (PEFC) र फस्फोरिक एसिड फ्युल सेल (PAFC) प्रयोग गरिरहेका छौं। विशेष गरी, इन्धन सेल वाहनहरूले PEFC प्रयोग गर्दछ, त्यसैले यो भविष्यमा फैलिने आशा गर्न सकिन्छ।

के हाइड्रोजन भण्डारण र यातायात सुरक्षित छ?

अहिले सम्म, हामीलाई लाग्छ कि तपाईले हाइड्रोजन ग्यास कसरी बनाइन्छ र प्रयोग गरिन्छ भनेर बुझ्नुभएको छ। त्यसोभए तपाईले यो हाइड्रोजन कसरी भण्डार गर्नुहुन्छ? तपाईलाई चाहिने ठाउँमा कसरी प्राप्त गर्नुहुन्छ? त्यतिबेलाको सुरक्षाको अवस्था के हुन्छ ? हामी व्याख्या गर्नेछौं।
वास्तवमा, हाइड्रोजन पनि एक धेरै खतरनाक तत्व हो। 20 औं शताब्दीको सुरुमा, हामीले आकाशमा बेलुन, बेलुन र एयरशिपहरू तैराउन हाइड्रोजनलाई ग्यासको रूपमा प्रयोग गर्यौं किनभने यो धेरै हल्का थियो। तर, मे ६, १९३७ मा अमेरिकाको न्यु जर्सीमा “एयरशिप हिन्डनबर्ग विस्फोट” भयो।
दुर्घटना भएदेखि नै हाइड्रोजन ग्यास खतरनाक छ भन्ने व्यापक रूपमा मान्यता रहेको छ। विशेष गरी जब यो आगो समात्छ, यो अक्सिजन संग हिंस्रक विस्फोट हुनेछ। त्यसैले, "अक्सिजनबाट टाढा रहनुहोस्" वा "तापबाट टाढा राख्नुहोस्" आवश्यक छ।
यी उपायहरू लिएपछि, हामी ढुवानी विधिको साथ आएका छौं।
हाइड्रोजन कोठाको तापमानमा ग्यास हो, त्यसैले यो अझै पनि ग्यास हो, यो धेरै भारी छ। पहिलो विधि भनेको कार्बोनेटेड पेय पदार्थ बनाउँदा उच्च दबाब र सिलिन्डर जस्तै कम्प्रेस गर्नु हो। एक विशेष उच्च-दबाव ट्याङ्की तयार गर्नुहोस् र यसलाई उच्च-दबाव अवस्थाहरूमा भण्डार गर्नुहोस् जस्तै 45Mpa।
फ्युल सेल भेहिकल (FCV) को विकास गर्ने टोयोटाले ७० MPa दबाब सहन सक्ने रेसिन उच्च दाबको हाइड्रोजन ट्याङ्की विकास गरिरहेको छ।
अर्को विधि भनेको तरल हाइड्रोजन बनाउन -२५३ डिग्री सेल्सियससम्म चिसो पार्नु हो, र यसलाई विशेष ताप इन्सुलेटेड ट्याङ्कीहरूमा भण्डारण गरी ढुवानी गर्नु हो। एलएनजी (तरलीकृत प्राकृतिक ग्यास) जस्तै जब प्राकृतिक ग्यास विदेशबाट आयात गरिन्छ, हाइड्रोजन ढुवानीको समयमा तरल हुन्छ, यसको मात्रालाई यसको ग्यास अवस्थाको 1/800 मा घटाउँछ। 2020 मा, हामीले संसारको पहिलो तरल हाइड्रोजन वाहक पूरा गर्यौं। यद्यपि, यो दृष्टिकोण इन्धन सेल वाहनहरूको लागि उपयुक्त छैन किनभने यसलाई चिसो गर्न धेरै ऊर्जा चाहिन्छ।
यसरी ट्याङ्कीहरूमा भण्डारण गर्ने र ढुवानी गर्ने विधि छ, तर हामी हाइड्रोजन भण्डारणका अन्य विधिहरू पनि विकास गर्दैछौं।
भण्डारण विधि हाइड्रोजन भण्डारण मिश्र धातु प्रयोग गर्न हो। हाइड्रोजनमा धातुहरू घुसाउने र तिनीहरूलाई बिगार्ने गुण छ। यो एक विकास टिप हो जुन संयुक्त राज्य अमेरिका मा 1960 मा विकसित गरिएको थियो। JJ Reilly et al। प्रयोगहरूले देखाएको छ कि हाइड्रोजन भण्डारण गर्न सकिन्छ र म्याग्नेसियम र भ्यानेडियमको मिश्र धातु प्रयोग गरेर छोड्न सकिन्छ।
त्यस पछि, उहाँले सफलतापूर्वक आफ्नो आयतन 935 गुणा हाइड्रोजन अवशोषित गर्न सक्ने प्यालेडियम जस्ता पदार्थ, सफलतापूर्वक विकास गरे।
यस मिश्र धातुको प्रयोगको फाइदा यो हो कि यसले हाइड्रोजन चुहावट दुर्घटनाहरू (मुख्य रूपमा विस्फोट दुर्घटनाहरू) रोक्न सक्छ। त्यसैले, यसलाई सुरक्षित रूपमा भण्डारण र ढुवानी गर्न सकिन्छ। यद्यपि, यदि तपाईं सावधान हुनुहुन्न र यसलाई गलत वातावरणमा छोड्नुभयो भने, हाइड्रोजन भण्डारण मिश्र धातुहरूले समयसँगै हाइड्रोजन ग्यास छोड्न सक्छ। ठिक छ, सानो स्पार्कले पनि विस्फोट दुर्घटना निम्त्याउन सक्छ, त्यसैले सावधान रहनुहोस्।
यो पनि बेफाइदा छ कि बारम्बार हाइड्रोजन अवशोषण र desorption भ्रष्टता निम्त्याउँछ र हाइड्रोजन अवशोषण दर कम गर्छ।
अर्को पाइप प्रयोग गर्न हो। त्यहाँ एक शर्त छ कि यो नन-कम्प्रेस्ड र पाइप को भंग रोक्न को लागी कम दबाव हुनु पर्छ, तर फाइदा यो छ कि अवस्थित ग्यास पाइपहरू प्रयोग गर्न सकिन्छ। टोकियो ग्यासले हारुमी फ्ल्यागमा निर्माण कार्य सम्पन्न गर्‍यो, शहरको ग्यास पाइपलाइनहरू प्रयोग गरी इन्धन कक्षहरूमा हाइड्रोजन आपूर्ति गर्न।

हाइड्रोजन ऊर्जा द्वारा बनाईएको भविष्य समाज

अन्तमा, समाजमा हाइड्रोजनले खेल्न सक्ने भूमिकालाई विचार गरौं।
सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण कुरा हामी कार्बनमुक्त समाजलाई प्रवर्द्धन गर्न चाहन्छौं, हामी तातो ऊर्जाको सट्टा बिजुली उत्पादन गर्न हाइड्रोजन प्रयोग गर्छौं।
ठूला थर्मल पावर प्लान्टहरूको सट्टा, केही घरपरिवारहरूले ENE-FARM जस्ता प्रणालीहरू ल्याएका छन्, जसले आवश्यक बिजुली उत्पादन गर्न प्राकृतिक ग्यास सुधार गरेर प्राप्त हाइड्रोजन प्रयोग गर्दछ। तर, सुधार प्रक्रियाका उप-उत्पादनलाई के गर्ने भन्ने प्रश्न भने बाँकी नै छ ।

भविष्यमा, यदि हाइड्रोजनको परिसंचरण आफै बढ्यो, जस्तै हाइड्रोजन इन्धन भर्ने स्टेशनहरूको संख्या बढाउँदै, कार्बन डाइअक्साइड उत्सर्जन नगरी बिजुली प्रयोग गर्न सम्भव हुनेछ। बिजुलीले हरियो हाइड्रोजन उत्पादन गर्छ, निस्सन्देह, त्यसैले यसले सूर्यको किरण वा हावाबाट उत्पन्न बिजुली प्रयोग गर्दछ। इलेक्ट्रोलाइसिसको लागि प्रयोग गरिएको पावरले ऊर्जा उत्पादनको मात्रालाई दबाउन वा प्राकृतिक ऊर्जाबाट अतिरिक्त शक्ति हुँदा रिचार्जेबल ब्याट्री चार्ज गर्ने शक्ति हुनुपर्छ। अर्को शब्दमा, हाइड्रोजन रिचार्जेबल ब्याट्री जस्तै स्थितिमा छ। यदि यसो भयो भने, अन्ततः थर्मल पावर उत्पादन घटाउन सम्भव हुनेछ। कारहरूबाट आन्तरिक दहन इन्जिन हराउने दिन द्रुत रूपमा नजिक छ।

हाइड्रोजन अर्को मार्गबाट ​​पनि प्राप्त गर्न सकिन्छ। वास्तवमा, हाइड्रोजन अझै पनि कास्टिक सोडाको उत्पादनको उप-उत्पादन हो। अन्य चीजहरू मध्ये, यो फलाम निर्माणमा कोक उत्पादनको उप-उत्पादन हो। यदि तपाईंले यो हाइड्रोजनलाई वितरणमा राख्नुभयो भने, तपाईंले धेरै स्रोतहरू प्राप्त गर्न सक्षम हुनुहुनेछ। यसरी उत्पादित हाइड्रोजन ग्याँस पनि हाइड्रोजन स्टेशनहरू द्वारा आपूर्ति गरिन्छ।

भविष्यमा थप हेरौं। बिजुली आपूर्ति गर्न तारहरू प्रयोग गर्ने प्रसारणको विधिमा हराएको ऊर्जाको मात्रा पनि एक समस्या हो। त्यसैले आगामी दिनमा कार्बोनेटेड पेय पदार्थ बनाउन प्रयोग हुने कार्बोनिक एसिड ट्याङ्कीजस्तै पाइपलाइनबाट डेलिभर हुने हाइड्रोजनलाई प्रयोग गर्नेछौं र हरेक घरमा बिजुली उत्पादन गर्न घरमै हाइड्रोजन ट्याङ्की खरिद गर्नेछौं। हाइड्रोजन ब्याट्रीमा चल्ने मोबाइल उपकरणहरू सामान्य बन्दै गएका छन्। यस्तो भविष्य हेर्न रोचक हुनेछ।