दुनिया ऊर्जा की जरूरतों की चुनौती का सामना कर रही है - आपूर्ति और मांग, लागत और पर्यावरणीय प्रभाव को संतुलित करना - और इस समस्या का एक संभावित समाधान हाइड्रोजन है।
दहन इंजन, ईंधन सेल, और प्राकृतिक गैस हीटिंग के विकल्प के रूप में हाइड्रोजन एक ईंधन स्रोत के रूप में आशाजनक है। इसके दहन का एकमात्र अवशेष पानी है और कार्बन उत्सर्जन के खतरे के बिना गैस का उत्पादन करने के कई तरीके हैं।
हालांकि, पारंपरिक जीवाश्म ईंधन की तुलना में शुद्ध हाइड्रोजन गैस का स्थायी रूप से उत्पादन करना महंगा है और भंडारण और परिवहन के लिए अभी भी अधिक महंगा है। ऊर्जा शोधकर्ता हाइड्रोजन की खरीद के सर्वोत्तम तरीकों के साथ-साथ इसके परिवहन के लिए सबसे व्यावहारिक तरीकों को खोजने का प्रयास कर रहे हैं ताकि यह प्राकृतिक गैस या पेट्रोकेमिकल्स के साथ एक सच्चा प्रतियोगी बन सके। इस समस्या से निपटने के कुछ तरीके हैं, नीचे और जानें।
हाइड्रोजन की सीमा
इसके सभी उपयोगों के लिए, शुद्ध डायटोमिक हाइड्रोजन की सीमाएँ हैं जो इसे बड़े पैमाने पर व्यावहारिक होने से रोकती हैं। हाइड्रोजन ईंधन का उत्पादन पूरी तरह से ग्रीनहाउस गैसों से मुक्त नहीं है, और ये टिकाऊ और गैर-टिकाऊ दोनों हैं उत्पादन के तरीके जिन पर ध्यान देने की आवश्यकता है। वर्तमान में सबसे आशाजनक पानी का इलेक्ट्रोलाइटिक विभाजन (नवीकरणीय ऊर्जा का उपयोग करके) है, जो परिणामस्वरूप हाइड्रोजन और ऑक्सीजन गैसों का उत्पादन करता है।
उत्पादन की समस्या हल होने के साथ, दक्षता का मुद्दा अमल में आता है - परिवेशी दबाव और तापमान पर, हाइड्रोजन गैस की प्रति इकाई मात्रा में जीवाश्म ईंधन के खिलाफ एक तुलनीय उपाय प्रदान करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं है। हाइड्रोजन गैस प्रति की ऊर्जा घनत्व किलोग्राम पारंपरिक ईंधनों की तुलना में लगभग तीन गुना है, हालांकि वास्तविक ऊर्जा क्षमता प्रति लीटर छोटे परिमाण का आदेश है।
जबकि हाइड्रोजन गैस को उच्च दबाव में संपीड़ित किया जा सकता है, इसके लिए विशेष उपकरण के साथ-साथ और भी अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, और अभी भी लगभग 5% हाइड्रोजन प्रति यूनिट वजन प्राप्त कर सकता है (जहां शेष 95% दबाव वाले पोत का वजन है) ). तरलीकृत हाइड्रोजन के लिए भी यही कहा जा सकता है जिसके लिए -253 डिग्री सेल्सियस या अधिक तापमान की आवश्यकता होती है, जिसके लिए शीतलन उपकरण और अतिरिक्त शक्ति की आवश्यकता होती है।
संभावित समाधान
हाइड्रोजन के कुशल उपयोग और परिवहन के लिए वैज्ञानिकों ने जो सबसे अच्छा समाधान खोजा है, वह वास्तव में शुद्ध हाइड्रोजन है ही नहीं। ऐसे विकल्प हैं जिनमें बहुत अधिक संभावनाएं हैं- अर्थात् रासायनिक भंडारण और भौतिक भंडारण।
रासायनिक भंडारण वह जगह है जहां रासायनिक बंधों के माध्यम से अणुओं के भीतर हाइड्रोजन परमाणुओं को संग्रहीत किया जाता है, केवल रासायनिक प्रतिक्रिया होने के बाद ही छोड़ा जाता है। हाइड्रोजन के रासायनिक वाहकों के लिए कई संभावित विकल्प हैं, जैसे धातु हाइड्राइड या कार्बनिक अणु (जैसे अल्कोहल, कार्बोहाइड्रेट)।
सबसे प्रभावी होने के लिए, सामग्री में वजन से कम से कम 7% की हाइड्रोजन क्षमता होनी चाहिए, और 0 और 100 डिग्री सेल्सियस के बीच काम करने का तापमान होना चाहिए। कई धातु हाइड्राइड्स को हाइड्रोजन छोड़ने के लिए कम से कम 200 डिग्री सेल्सियस के तापमान की आवश्यकता होती है। सीओ उत्सर्जित करने की अतिरिक्त कमी के साथ कार्बनिक हाइड्रोकार्बन एक समान स्थिति में हैं2 प्रतिक्रिया उत्पाद के रूप में।
भौतिक भंडारण विकल्प हाइड्रोजन को सामग्री की सतह पर अपने द्वारा निहित गैस को छोड़ने की तुलना में कहीं अधिक मात्रा में सोखने की अनुमति देते हैं। इनमें से सबसे आम अत्यधिक झरझरा स्पंज जैसी सामग्री है, जैसे सक्रिय कार्बन या धातु-जैविक ढांचे (एमओएफ)। 2020 में रिपोर्ट किए गए एक एमओएफ को वजन के हिसाब से 14% की उत्कृष्ट हाइड्रोजन क्षमता प्राप्त करने के लिए पाया गया था। हालाँकि, कई एमओएफ की सीमा यह है कि वे बहुत कम तापमान (लगभग -200 डिग्री सेल्सियस) पर सबसे अच्छा सोखना करते हैं और तापमान बढ़ने पर प्रभावकारिता खो देते हैं।
अमोनिया की भूमिका
200 में वैश्विक वार्षिक उत्पादन 2021 मिलियन टन से अधिक होने के साथ, अमोनिया ने पहले ही उर्वरकों के एक महत्वपूर्ण घटक के रूप में अपना नाम बना लिया है। इसने रासायनिक हाइड्रोजन भंडारण की एक विधि के रूप में भी प्रेरणा दी है।
वर्तमान अमोनिया उत्पादन विधि एक हरे रंग की नहीं है - हैबर प्रक्रिया उच्च तापमान और दबावों पर एक साथ नाइट्रोजन गैस और हाइड्रोजन गैस पर प्रतिक्रिया करती है, जहां प्रश्न में हाइड्रोजन को अक्सर जीवाश्म ईंधन से प्राप्त किया जाता है। हालांकि, ऊर्जा वैज्ञानिक वैकल्पिक उत्पादन विधियों, जैसे ईंधन कोशिकाओं और झिल्ली रिएक्टरों के साथ प्रगति कर रहे हैं, जो अमोनिया को ईंधन, उर्वरक, और अधिक के लिए एक हरियाली पदचिह्न दे सकते हैं।
अमोनिया एक अकार्बनिक अणु है, जो एक नाइट्रोजन परमाणु और तीन हाइड्रोजन परमाणुओं से बना है। यह हाइड्रोजन घनत्व इसे शुद्ध तरल हाइड्रोजन के चारों ओर परिवहन के विकल्प के रूप में ऊर्जा उद्देश्यों के लिए हाइड्रोजन का एक आकर्षक रासायनिक वाहक बनाता है। -253 डिग्री सेल्सियस से नीचे तापमान की आवश्यकता के बजाय, वायुमंडलीय दबाव पर अमोनिया केवल -77 डिग्री सेल्सियस पर तरल है, या थोड़ा अधिक दबाव में -10 डिग्री सेल्सियस जितना अधिक है। इसके अतिरिक्त, अमोनिया में कोई कार्बन नहीं होता है, इसलिए कार्बन-तटस्थ ईंधन स्रोत के रूप में इसकी काफी संभावनाएं हैं। इसे रिवर्स फ्यूल सेल में हाइड्रोजन और नाइट्रोजन गैसों में विभाजित किया जा सकता है, जहां डायटोमिक नाइट्रोजन पर्यावरण को बिना किसी नुकसान के आसानी से वातावरण में फिर से शामिल हो सकता है।
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