हरित हाइड्रोजन का उत्पादन अधिक कुशलतापूर्वक और सस्ते में कैसे किया जा सकता है? छोटे रूथेनियम कण और सौर जल इलेक्ट्रोलिसिस सिस्टम इसका उत्तर प्रदान कर सकते हैं। यह जेनोआ में इटालियन इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (आईआईटी) और बीडायमेंशनल एस.पी.ए. (आईआईटी की एक स्पिन-ऑफ कंपनी) की संयुक्त टीम द्वारा पहचाना गया समाधान है।
संयुक्त प्रयोगशाला की गतिविधियों के भीतर विकसित और हाल ही में दो उच्च-प्रभाव कारक पत्रिकाओं (नेचर कम्युनिकेशंस और अमेरिकन केमिकल सोसाइटी के जर्नल) में प्रकाशित तकनीक, इलेक्ट्रोकैटलिस्ट्स के एक नए परिवार पर आधारित है जो औद्योगिक पैमाने पर हरित हाइड्रोजन उत्पादन की लागत को कम कर सकती है।
हाइड्रोजन को एक स्थायी ऊर्जा वाहक और जीवाश्म ईंधन का विकल्प माना जाता है। लेकिन जब पर्यावरणीय प्रभाव की बात आती है तो सभी हाइड्रोजन समान नहीं बनाए जाते हैं। वास्तव में, हाइड्रोजन उत्पादन की वर्तमान मुख्य विधि मीथेन भाप सुधार है, एक जीवाश्म ईंधन-आधारित प्रक्रिया जो उप-उत्पाद के रूप में कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) छोड़ती है।
इस प्रक्रिया द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन को "ग्रे" (कार्बन डाइऑक्साइड को वायुमंडल में छोड़ा जाता है) और "नीला" (कार्बन डाइऑक्साइड को कैप्चर किया जाता है और भूवैज्ञानिक रूप से संग्रहीत किया जाता है) में वर्गीकृत किया गया है। 2050 तक उत्सर्जन को उल्लेखनीय रूप से शून्य तक कम करने के लिए, इन प्रक्रियाओं को "हरित" (यानी शुद्ध-शून्य उत्सर्जन) हाइड्रोजन प्रदान करने के लिए अधिक पर्यावरणीय रूप से टिकाऊ प्रक्रियाओं के साथ प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए। "हरित" हाइड्रोजन की लागत मुख्य रूप से उपकरण (इलेक्ट्रोलाइज़र) की ऊर्जा दक्षता पर निर्भर करती है जो पानी के अणुओं को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में अलग करती है।
खोज के पीछे संयुक्त टीम के शोधकर्ताओं ने एक नई विधि विकसित की है जो विद्युत ऊर्जा (पानी के अणुओं को विभाजित करते समय उपयोग की जाने वाली ऊर्जा पूर्वाग्रह) को परिणामी हाइड्रोजन अणुओं में संग्रहीत रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करने में वर्तमान में ज्ञात तरीकों की तुलना में अधिक दक्षता का वादा करती है। अनुसंधान दल ने एक उत्प्रेरक की अवधारणा विकसित की और नवीकरणीय ऊर्जा का उपयोग किया, जैसे कि सौर पैनलों द्वारा उत्पन्न बिजली।
"हमारे अध्ययन से पता चलता है कि मानक इलेक्ट्रोलाइज़र के लिए आवश्यक प्रारंभिक निवेश से थोड़ा अधिक प्रारंभिक निवेश के बावजूद, एक परिपक्व तकनीक की दक्षता को अधिकतम करना संभव है। ऐसा इसलिए है क्योंकि हम रूथेनियम, एक कीमती धातु का उपयोग करते हैं", इंटरनेशनल पॉलिटेक्निक इंस्टीट्यूट ऑफ जेनोआ के नैनोकैमिस्ट्री ग्रुप से ज़ुओ योंग और मिशेल फेरी ने टिप्पणी की।
शोधकर्ताओं ने रूथेनियम के नैनोकणों का उपयोग किया, एक कीमती धातु जिसमें प्लैटिनम के समान रासायनिक गुण होते हैं लेकिन यह बहुत सस्ता होता है। रूथेनियम नैनोकण इलेक्ट्रोलाइज़र कैथोड में सक्रिय चरण के रूप में कार्य करते हैं, जिससे समग्र इलेक्ट्रोलाइज़र की दक्षता बढ़ जाती है।
"हमने औद्योगिक रूप से महत्वपूर्ण परिस्थितियों में इलेक्ट्रोकेमिकल विश्लेषण और परीक्षण करके अपनी सामग्री की उत्प्रेरक गतिविधि का मूल्यांकन किया। इसके अलावा, सैद्धांतिक सिमुलेशन ने हमें आणविक स्तर पर रूथेनियम नैनोकणों के उत्प्रेरक व्यवहार को समझने की अनुमति दी; दूसरे शब्दों में, उनकी सतह पर पानी के विभाजन के तंत्र को समझने के लिए, "बीडाइमेंशनल के सेबेस्टियानो बेलानी और मारिलेना जैपिया बताते हैं, जो खोज में शामिल थे। "प्रयोगात्मक डेटा और अन्य प्रक्रिया मापदंडों को मिलाकर, हमने एक तकनीकी-आर्थिक विश्लेषण किया, जिससे पता चला कि प्रौद्योगिकी अत्याधुनिक इलेक्ट्रोलाइज़र की तुलना में प्रतिस्पर्धी है।"
रूथेनियम, प्लैटिनम निष्कर्षण के उप-उत्पाद के रूप में उत्पादित एक कीमती धातु, कम मात्रा में (प्लैटिनम के 200 टन प्रति वर्ष की तुलना में 30 टन प्रति वर्ष) लेकिन कम लागत पर (प्लैटिनम के $30 की तुलना में $18.50 प्रति ग्राम) उत्पादित किया जाता है। नई तकनीक प्रति किलोवाट केवल 40 मिलीग्राम रूथेनियम का उपयोग करती है, इसके विपरीत प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोलाइज़र प्लैटिनम (1 ग्राम प्रति किलोवाट तक) और इरिडियम (1 से 2.5 ग्राम प्रति किलोवाट, इरिडियम की लागत लगभग 150 डॉलर प्रति ग्राम) का भारी उपयोग करता है।
रूथेनियम का उपयोग करके, भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान और बीडाइमेंशनल के शोधकर्ताओं ने क्षारीय इलेक्ट्रोलाइज़र की दक्षता में सुधार किया है, एक ऐसी तकनीक जिसका उपयोग इसकी मजबूती के कारण दशकों से किया जा रहा है। उदाहरण के लिए, इस तकनीक का उपयोग अपोलो 11 अंतरिक्ष कैप्सूल में किया गया था जिसने 1969 में मनुष्यों को चंद्रमा पर भेजा था। क्षारीय इलेक्ट्रोलाइज़र के लिए रूथेनियम-आधारित कैथोड की एक नई विकसित श्रृंखला अत्यधिक कुशल है और इसका परिचालन जीवन लंबा है, जिससे हरित हाइड्रोजन उत्पादन की लागत कम हो जाती है।
शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला, "भविष्य में, हम इसे और अन्य तकनीकों, जैसे टिकाऊ 2डी सामग्रियों पर आधारित नैनोस्ट्रक्चर्ड उत्प्रेरक, को नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों द्वारा संचालित उन्नत इलेक्ट्रोलाइज़र में लागू करने की योजना बना रहे हैं, जिसमें फोटोवोल्टिक पैनलों द्वारा उत्पन्न बिजली भी शामिल है।"
संकलित स्रोत: ScitechDaily