समुद्री जल से हाइड्रोजन का उत्पादन

समुद्री जल, जिसमें पृथ्वी का 95% से अधिक पानी शामिल है, KAUST के नेतृत्व वाली टीम द्वारा विकसित जल-विभाजन उत्प्रेरक के उपयोग से स्वच्छ हाइड्रोजन ईंधन के स्थायी उत्पादन में एक महत्वपूर्ण संसाधन बन सकता है।

जल विभाजन कार्बन तटस्थता के लिए एक आकर्षक तरीका पेश कर सकता है, खासकर जब इसे सौर और पवन ऊर्जा जैसे नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों के साथ जोड़ा जाए। जल विभाजन में लागू वोल्टेज के तहत एनोड पर ऑक्सीजन उत्पन्न करते समय कैथोड पर हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए एक इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में पानी का टूटना शामिल होता है। फिर भी, ताजे पानी में अच्छा प्रदर्शन करने वाले हाइड्रोजन और ऑक्सीजन विकास उत्प्रेरक प्रचुर मात्रा में आयनों के कारण समुद्री जल में कम प्रभावी हो जाते हैं जो अवांछित प्रतिक्रियाओं और जहर उत्प्रेरक को बढ़ावा दे सकते हैं।

समुद्री जल में मौजूद अत्यधिक संक्षारक क्लोराइड आयन जटिल प्रतिक्रियाओं से गुजरते हैं जो ऑक्सीजन के विकास के साथ प्रतिस्पर्धा करते हैं और हाइपोक्लोराइट जैसे हानिकारक यौगिक उत्पन्न करते हैं। क्योंकि हाइड्रोजन का उत्पादन दोनों इलेक्ट्रोडों पर स्थिर और कुशल प्रतिक्रियाओं पर निर्भर करता है, ये आयन समुद्री जल के विभाजन के लिए एक बड़ी चुनौती हैं।

केमिस्ट बताते हैं कि हाइपोक्लोराइट का निर्माण हो सकता है क्योंकि यह ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया की तुलना में औद्योगिक जरूरतों को पूरा करने के लिए कम परिचालन वोल्टेज की मांग करता है।

इस समस्या से निपटने का एक तरीका कम वोल्टेज आवश्यकताओं के साथ चयनात्मक एनोड उत्प्रेरक को डिजाइन करना है। निकेल-इरिडियम मोनोलेयर्ड एनोड उत्प्रेरक ने अपने धातु घटकों के बीच सहक्रियात्मक प्रभावों के कारण समुद्री जल में बेहतर प्रदर्शन और स्थिरता दिखाई।

टीम ने एक दृष्टिकोण तैयार किया जो समुद्री जल विभाजन के लिए उच्च दक्षता और स्थिर हाइड्रोजन विकास इलेक्ट्रोकैटलिस्ट प्रदान करता है। शोधकर्ताओं ने छोटे घन रिएक्टर बनाए, जिनमें उत्प्रेरक मोलिब्डेनम सल्फाइड सुरक्षात्मक खोल में बंद था। उत्प्रेरक कोर में कार्बन-समर्थित मोलिब्डेनम-आधारित रेडॉक्स सक्रिय यौगिक शामिल था और इसमें जिओलाइट जैसी ऑर्डर वाली नैनोपोरस संरचना थी।
मेटल ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क-आधारित दृष्टिकोण का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने जिओलाइट-जैसे जिंक-मोलिब्डेनम क्यूब्स उत्पन्न करने के लिए धातु जटिल अग्रदूतों को सर्फेक्टेंट की उपस्थिति में लिंकर इमिडाज़ोल के साथ जोड़ा। उन्होंने परिणामी संरचनाओं को रिफ्लक्स के तहत इथेनॉल में थायोएसिटामाइड के साथ मिलाकर एक पतले जिंक सल्फाइड शेल में सीमित क्यूबिक मोलिब्डेनम ऑक्साइड चरण बनाया।

इसके बाद, उन्होंने नैनोरिएक्टर प्राप्त करने के लिए जिंक सल्फाइड बाहरी परत को चुनिंदा रूप से खोदने से पहले उच्च तापमान पर क्यूबिक चरण को रासायनिक रूप से वांछित मोलिब्डेनम सल्फाइड-एनकैप्सुलेटेड रेडॉक्स सक्रिय यौगिक में परिवर्तित कर दिया।

नैनोरिएक्टरों ने ताजे पानी और समुद्री जल दोनों में उच्च इलेक्ट्रोकैटलिटिक गतिविधि और स्थिरता प्रदर्शित की। "उल्लेखनीय गतिविधि और स्थिरता का श्रेय उनकी अनूठी संरचना को दिया जाता है।"

कोर ने कई सक्रिय साइटें प्रदर्शित कीं, जिन्होंने हाइड्रोजन उत्पादन को बढ़ावा दिया और शेल ने अपनी परतों के भीतर कई दोष प्रस्तुत किए, विशेष रूप से सबनैनोमीटर आकार के छेद जो पानी के अणुओं को आंतरिक सक्रिय साइटों में प्रवेश करने और पहुंचने की अनुमति देते थे।

एक चेनमेल के रूप में कार्य करते हुए, शेल ने सक्रिय स्थलों पर लवणों को जमा होने से भी रोका और रोका।
नैनोरिएक्टर की पदानुक्रमित वास्तुकला इलेक्ट्रोलिसिस को साइड प्रतिक्रियाओं से अलग करती है। "एक स्मार्ट घर के समान, मुख्य प्रतिक्रिया कमरों में होती है जबकि पार्श्व प्रतिक्रियाएं पिछवाड़े में होती हैं।"

मानो या न मानो, समुद्री जल ईंधन के लिए एक उत्कृष्ट आधार बनता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि समुद्री जल में हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, सोडियम और अन्य जैसे तत्वों का मिश्रण होता है, जो पृथ्वी पर जीवन के पनपने के लिए आवश्यक हैं। यहां ईंधन का हिस्सा समुद्री जल में पाए जाने वाले हाइड्रोजन से आता है। दुर्भाग्य से, बाकी तत्वों से हाइड्रोजन गैस खींचना, कम से कम अब तक काफी चुनौतीपूर्ण रहा है।

यह उपकरण समुद्री जल को फ़नल सिस्टम में इंजेक्ट करके समुद्री जल ईंधन के बराबर बनाता है जो इसे डबल-झिल्ली निस्पंदन सिस्टम के माध्यम से चलाता है। यह प्रणाली समुद्री जल से हाइड्रोजन को सफलतापूर्वक खींचने के लिए बिजली का भी उपयोग करती है, और इसे हमारे महासागरों में पाए जाने वाले अन्य तत्वों से प्रभावी ढंग से अलग करती है। इस नए अध्ययन के नतीजे बताते हैं कि यह कम कार्बन वाले ईंधन के उत्पादन के नए प्रयासों को आगे बढ़ाने में मदद कर सकता है।

यहां बड़ी जीत यह थी कि सिस्टम ने हानिकारक उपोत्पादों का एक समूह नहीं बनाया, जो कि उन्होंने अन्य प्रणालियों में देखा है। अधिकांश वर्तमान जल-से-हाइड्रोजन प्रणालियाँ एकल-परत झिल्ली का उपयोग करती हैं। हालाँकि, इस बार शोधकर्ता दो परतों को एक साथ लाए, और इसने समुद्री जल में आयनों के प्रयोग के तरीके को नियंत्रित करने का एक बेहतर तरीका दिखाया, जिसने इसे और अधिक प्रभावी बना दिया।

समुद्री जल का उपयोग करके हाइड्रोजन ईंधन बनाने में सक्षम होना उपयोगी साबित होगा क्योंकि यह एक कम कार्बन वाला ईंधन है, जिसका उपयोग वर्तमान में ईंधन-सेल इलेक्ट्रिक वाहनों को चलाने के लिए किया जाता है, और यहां तक ​​कि ऊर्जा ग्रिड के लिए लंबी अवधि के भंडारण विकल्प के रूप में भी काम करता है। हाइड्रोजन गैस बनाने के पिछले प्रयासों में ताजे या अलवणीकृत पानी की आवश्यकता होती है, और जबकि हमने सफल जल अलवणीकरण प्रणालियाँ देखी हैं, यह बहुत अधिक महंगी और ऊर्जा गहन है।
ऐसा इसलिए है क्योंकि उपयोग करने से पहले पानी को शुद्ध करने के लिए महंगी प्रणालियों के साथ-साथ ऊर्जा और यहां तक ​​कि डिवाइस में जटिलता की भी आवश्यकता होती है, जबकि एक उपकरण जो हाइड्रोजन ईंधन बनाने के लिए समुद्री जल का उपयोग कर सकता है, उसे उन अतिरिक्त भागों की आवश्यकता नहीं होगी।

समुद्री जल से हाइड्रोजन का उत्पादन एक सपने के सच होने जैसा लगता है!
यह प्रचुर, मुफ़्त और आसान है।
समुद्री जल कच्चे माल के लगभग असीमित स्रोत के रूप में आता है, और इसका हिसाब देने वाला यहां कोई नहीं है। कोई भी व्यक्ति इससे भरी बाल्टी मुफ्त में प्राप्त कर सकता है।
उद्योग के प्रमुख खिलाड़ियों को इस विचार से प्यार होना तय है।
हाइड्रोजन निकालने की प्रक्रिया आसान है. समुद्री जल में बड़ी मात्रा में घुली हुई हाइड्रोजन गैस होती है। इसे निकालने के लिए एक साधारण इलेक्ट्रोलिसिस की आवश्यकता होती है - हमने भौतिकी कक्षा में किशोरों के रूप में भी ऐसा किया था!

यहाँ दिया गया है कि यह कैसे काम करता है
यह प्राकृतिक, भंडारण योग्य और सुरक्षित है
समुद्री जल को नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत माना जाता है जो जीवाश्म ऊर्जा पर हमारी निर्भरता को कम करने में मदद कर सकता है। और निष्कर्षण प्रक्रिया से कार्बन उत्सर्जन उत्पन्न नहीं होता है।

हाइड्रोजन का भंडारण किया जा सकता है
संग्रहित हाइड्रोजन का उपयोग जरूरत पड़ने पर बिजली या बिजली वाहनों को उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।
यह अन्य नवीकरणीय - बरसात या हवा रहित दिनों की रुक-रुक कर भरपाई करता है। यह उन क्षेत्रों के लिए बिल्कुल उपयुक्त है जहां समुद्री जल के बड़े भंडार तक पहुंच है लेकिन पारंपरिक ऊर्जा संसाधन कम हैं।
यह ग्लोबल वार्मिंग को कम करने, ऊर्जा सुरक्षा सुनिश्चित करने और पर्यावरण की रक्षा करने में मदद कर सकता है।

वास्तव में आसान-आसान
यह प्रक्रिया ऊर्जा-गहन है: समुद्री जल से हाइड्रोजन निकालने के लिए उच्च मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है, और समग्र दक्षता काफी कम है।
उत्पादन महंगा है: बुनियादी ढांचे के निर्माण के लिए बहुत अधिक प्रारंभिक निवेश की आवश्यकता होती है। रखरखाव भी महत्वपूर्ण है, क्योंकि समुद्री जल में नमक की मात्रा जंग और अन्य तकनीकी समस्याओं का कारण बन सकती है।
स्थान दुर्लभ हैं: इन साइटों को पानी की गहराई और गुणवत्ता के साथ-साथ ऊर्जा स्रोतों से निकटता पर विचार करने की आवश्यकता है। सभी क्षेत्र समुद्री जल से हाइड्रोजन उत्पादन के लिए उपयुक्त नहीं हैं!
और अंततः, यह उतना सुरक्षित नहीं है जितना आप सोचते हैं!

यह प्रक्रिया क्लोरीन गैस मुक्त करती है।
यह गैस अन्य प्राकृतिक तत्वों के साथ मिलकर डाइऑक्सिन बनाती है जो पानी को प्रदूषित करती है, मछलियों को दूषित करती है और मनुष्यों और मछली खाने वाले बड़े जानवरों में स्थानांतरित हो जाती है।

क्या आप इसके साथ संयोजित कुछ उदाहरण चाहते हैं?
Water =>हाइड्रोक्लोरिक एसिड, जीवन के सभी रूपों पर तीव्र विषाक्त प्रभाव।
Hydrogen =>हाइड्रोजन क्लोराइड गैस, अत्यधिक विस्फोटक यौगिक
एसिटिलीन, एक गैस जो कुछ समुद्री जीवों जैसे बैक्टीरिया और शैवाल की कुछ प्रजातियों द्वारा उत्पादित की जा सकती है। यह एक अत्यधिक विस्फोटक यौगिक, डाइक्लोरोइथेन में संयोजित होता है।

ईथर, शैवाल की कुछ प्रजातियों में मात्रा का पता लगाता है। यह क्लोरोएसेटेल्डिहाइड में संयोजित होता है, जो एक अत्यधिक विषैला, कैंसरकारी यौगिक है।
अमोनिया, आमतौर पर समुद्री जीवों द्वारा उत्पादित। यह क्लोरैमाइन में मिल जाता है, जो एक अत्यधिक विषैला श्वसन उत्तेजक है।
स्वच्छ ऊर्जा क्षेत्र में क्रांति लाने की क्षमता वाला एक आशाजनक नवाचार
समुद्री जल से हाइड्रोजन का उत्पादन भारी अंतर ला सकता है और अधिक टिकाऊ तरीके से ग्लोबल वार्मिंग से निपटने में मदद कर सकता है।
इसमें जीवाश्म ईंधन पर हमारी निर्भरता को कम करने और स्वच्छ तथा अधिक टिकाऊ और किफायती भविष्य की ओर बढ़ने की भी क्षमता है।
ये वादे इसमें शामिल कई चुनौतियों और जोखिमों को नजरअंदाज करना बहुत आसान बना देते हैं।
यह आर्थिक और ऊर्जा प्रमुख खिलाड़ियों से मेरी विनती है: कृपया एक गहरी सांस लें, आराम से बैठें और एक पल के लिए इसके बारे में सोचें।

शोधकर्ताओं ने प्रेस विज्ञप्ति में कहा कि समुद्री जल के साथ काम करना अधिक किफायती विकल्प होगा, क्योंकि पानी को शुद्ध करना महंगा, ऊर्जा-गहन है और उपकरणों में जटिलता जोड़ता है। इसके अलावा, प्राकृतिक मीठे पानी में अशुद्धियाँ होती हैं जो ग्रह पर एक सीमित संसाधन होने के अलावा, आधुनिक तकनीक के लिए समस्याग्रस्त हैं।
समुद्री जल से हाइड्रोजन झिल्ली प्रणाली विकसित करने के अलावा, टीम ने नोट किया कि अध्ययन ने इस बात की बेहतर समग्र समझ प्रदान की है कि समुद्री जल आयन झिल्ली के माध्यम से कैसे चलते हैं। इस ज्ञान को अन्य क्षेत्रों में लागू किया जा सकता है, जैसे ऑक्सीजन गैस का उत्पादन।
इसके अलावा, उन्होंने कहा कि इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से ऑक्सीजन का उत्पादन करने के प्रयास के लिए द्विध्रुवी झिल्ली प्रणाली में आयन प्रवाह और रूपांतरण की समझ आवश्यक है, और टीम ने दिखाया कि द्विध्रुवी झिल्ली अपने प्रयोग में हाइड्रोजन का उत्पादन करने के साथ-साथ ऑक्सीजन गैस भी उत्पन्न कर सकती है।
टीम का लक्ष्य अधिक आसानी से उपलब्ध और आसानी से निकाली गई सामग्रियों का उपयोग करके इलेक्ट्रोड और झिल्ली में सुधार करना है। डिज़ाइन में यह वृद्धि परिवहन जैसी ऊर्जा-गहन गतिविधियों के लिए हाइड्रोजन उत्पन्न करने के लिए आवश्यक आकार में इलेक्ट्रोलिसिस प्रणाली को स्केल करना बहुत आसान बना सकती है।

उत्पाद चीन के सभी क्षेत्रों में बेचे जाते हैं और दुनिया भर के देशों में निर्यात किए जाते हैं। इन्हें संयुक्त राज्य अमेरिका, जर्मनी, मोरक्को, केन्या, सऊदी अरब, वियतनाम, अल्जीरिया, भारत, तंजानिया और ताइवान सहित 20 से अधिक देशों और क्षेत्रों में बेचा गया है। चीन एयरोस्पेस, पेट्रोचाइना, चाइना न्यूक्लियर ग्रुप, बीवाईडी, जिउली स्पेशलिटी, टोनी इलेक्ट्रॉनिक्स, झेंग एनर्जी ग्रुप और अन्य प्रसिद्ध उद्यमों जैसे प्रसिद्ध उद्यमों को सफलतापूर्वक प्रदान किया गया। कई हरित हाइड्रोजन हाइड्रोजनीकरण स्टेशन हैं जैसे कि वुलांचाबू, हाइकोउ, हैनान, हैनान हाइकोउ, युन्नान कुनमिंग, आदि हरित और हाइड्रोजन-निर्माण परियोजनाएं प्रदान करते हैं।