पानी से हाइड्रोजन ईंधन प्राप्त करने के लिए बेहतर तरीके ढूँढना

हाइड्रोजन पानी XXXXNUM से

साथ में कैलिफोर्निया में हाइड्रोजन पावर स्टेशनतक नई जापानी उपभोक्ता कार तथा पोर्टेबल हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए, एक शून्य उत्सर्जन ईंधन स्रोत के रूप में हाइड्रोजन अब अंततः औसत उपभोक्ता के लिए एक वास्तविकता बन गया है। जब एक की उपस्थिति में ऑक्सीजन के साथ संयुक्त उत्प्रेरक, पानी बनाने के लिए ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोजन ऊर्जा और बंधन जारी करता है।

यह दो मुख्य कठिनाइयों हमारे पास हाइड्रोजन शक्ति होने से रोकते हैं जो हमारे पास हैं भंडारण और उत्पादन फिलहाल हाइड्रोजन उत्पादन ऊर्जा-सघन और महंगी है। आम तौर पर, हाइड्रोजन के औद्योगिक उत्पादन में उच्च तापमान, बड़ी सुविधाएं और ऊर्जा की भारी मात्रा की आवश्यकता होती है। वास्तव में, यह आम तौर पर प्राकृतिक गैस जैसे जीवाश्म ईंधन से आता है - और इसलिए वास्तव में शून्य उत्सर्जन ईंधन स्रोत नहीं है प्रक्रिया को सस्ता, कुशल और टिकाऊ बनाना हाइड्रोजन को अधिक सामान्यतः इस्तेमाल किया जाने वाला ईंधन बनाने की दिशा में लंबा रास्ता तय करेगा।

एक उत्कृष्ट - और प्रचुर मात्रा में - हाइड्रोजन का स्रोत पानी है लेकिन रासायनिक रूप से, उस प्रतिक्रिया को पीछे छोड़ना जरूरी है जिसमें हाइड्रोजन ऊर्जा जारी करता है जब अन्य रसायनों के साथ संयोजन होता है। इसका मतलब है कि हमें एक परिसर में ऊर्जा डालना होगा, हाइड्रोजन को बाहर निकालने के लिए। इस प्रक्रिया की दक्षता को अधिकतम करना एक स्वच्छ ऊर्जा भविष्य की दिशा में महत्वपूर्ण प्रगति होगी।

एक विधि में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन परमाणुओं के बीच के कनेक्शन को तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा को कम करने के लिए उपयोगी रसायन, एक उत्प्रेरक के साथ पानी मिश्रण करना शामिल है। हाइड्रोजन उत्पादन के लिए कई आशाजनक उत्प्रेरक हैं, जिनमें शामिल हैं मोलिब्डेनम सल्फाइड, ग्राफीन और कैडमियम सल्फेट मेरी शोध प्रतिक्रिया को अधिक प्रभावी और अधिक कुशल बनाने के लिए मोलिब्डेनम सल्फाइड के आणविक गुणों को संशोधित करने पर केंद्रित है।

हाइड्रोजन बनाना

हाइड्रोजन है ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर मात्रा में तत्व, लेकिन यह शायद ही कभी शुद्ध हाइड्रोजन के रूप में उपलब्ध है। इसके बजाय, यह अन्य तत्वों के साथ जोड़ता है जिसमें कई रसायनों और यौगिकों, जैसे कार्बनिक सॉल्वेंट जैसे मेथनॉल और मानव शरीर में प्रोटीन होते हैं। इसका शुद्ध रूप, एचओ, एक परिवहनीय और कुशल ईंधन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।

वहां हाइड्रोजन का उत्पादन करने के कई तरीके ईंधन के रूप में उपयोग करने योग्य इलेक्ट्रोलीज़ पानी का उपयोग हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित करने के लिए बिजली का उपयोग करता है। भाप मीथेन सुधार मीथेन से शुरू होता है (कार्बन परमाणु के लिए बंधे चार हाइड्रोजन परमाणु) और यह तपता है, हाइड्रोजन को कार्बन से अलग करना। यह ऊर्जा-सघन पद्धति आम तौर पर उद्योगों द्वारा हाइड्रोजन का उत्पादन होता है जो अमोनिया बनाने या तेल की परिष्कृत करने जैसी चीजों में इस्तेमाल होता है।

जिस पद्धति पर मैं ध्यान केंद्रित कर रहा हूं वह है फोटोकेटalytिक पानी बंटवारा। एक उत्प्रेरक की मदद से, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में "विभाजन" पानी को आवश्यक ऊर्जा की मात्रा एक और प्रचुर संसाधन-प्रकाश द्वारा प्रदान की जा सकती है। जब प्रकाश से अवगत कराया जाता है, तो पानी का उचित मिश्रण और उत्प्रेरक दोनों ऑक्सीजन और हाइड्रोजन पैदा करता है। यह उद्योग के लिए बहुत आकर्षक है क्योंकि इसके बाद हमें गंदे जीवाश्म ईंधन के बजाय पानी हाइड्रोजन के स्रोत के रूप में इस्तेमाल करने की अनुमति मिलती है।


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उत्प्रेरक को समझना

जैसे ही हर दो लोग बातचीत शुरू नहीं करते हैं यदि वे एक ही लिफ्ट में हैं, तो कुछ रासायनिक बातचीत केवल इसलिए नहीं होती हैं क्योंकि दोनों सामग्री पेश की जाती है। जल के अणुओं को ऊर्जा के अतिरिक्त के साथ हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित किया जा सकता है, लेकिन प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप आवश्यक ऊर्जा की मात्रा उत्पन्न होगी।

कभी-कभी चीजें फिराने के लिए तीसरी पार्टी लेती है रसायन विज्ञान में, यह एक उत्प्रेरक कहा जाता है रासायनिक रूप से बोलना, उत्प्रेरक प्रतिक्रिया करने के लिए दो यौगिकों के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा को कम करता है कुछ उत्प्रेरक तब ही कार्य करते हैं जब प्रकाश से अवगत होते हैं टाइटेनियम डाइऑक्साइड जैसे ये यौगिक, हैं कहा जाता है फोटोकेटिस्टिस्ट.

मिश्रण में एक फोटोकोटाइलिस्ट के साथ, पानी को विभाजित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा काफी महत्वपूर्ण हो जाती है, ताकि प्रक्रिया के अंत में प्रयास में ऊर्जा हासिल हो सके। सह-उत्प्रेरक नामक एक भूमिका में, हम एक और पदार्थ जोड़कर विभाजन को और अधिक कुशल बना सकते हैं। हाइड्रोजन उत्पादन में सह-उत्प्रेरक प्रतिक्रिया की इलेक्ट्रॉनिक संरचना को बदलकर, हाइड्रोजन उत्पादन करने में अधिक प्रभावी बनाते हैं।

अब तक, इस तरह से हाइड्रोजन का निर्माण करने के लिए कोई व्यावसायिक सिस्टम नहीं है। यह लागत के कारण भाग में है हमने पाया है कि सर्वोत्तम उत्प्रेरक और सह-उत्प्रेरक रासायनिक प्रतिक्रिया में मदद करने में सक्षम हैं, लेकिन बहुत महंगा हैं। उदाहरण के लिए, XBOX में पहली आशाजनक संयोजन, टाइटेनियम डाइऑक्साइड और प्लैटिनम की खोज की गई थी। प्लेटिनम, हालांकि, एक बहुत महंगा धातु है (प्रति औंस के ऊपर US $ 1,000 का शुभारंभ)। यहां तक ​​कि रैनियम, एक और उपयोगी उत्प्रेरक, लगभग $ 70 एक औंस की लागत। इस तरह के धातुएं पृथ्वी की क्रस्ट में इतनी दुर्लभ हैं कि यह उन्हें बनाता है बड़े पैमाने पर अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं है भले ही वहाँ प्रक्रियाओं के लिए विकसित किया जा रहा है इन सामग्रियों को पुनरावृत्ति करें.

एक नया उत्प्रेरक ढूंढना

एक अच्छी उत्प्रेरक के लिए बहुत सी आवश्यकताएं हैं, जैसे पुनर्नवीनीकरण करने में सक्षम होने और प्रतिक्रिया में शामिल गर्मी और दबाव का सामना करने में सक्षम होने के लिए। लेकिन उतना ही महत्वपूर्ण है जितना सामग्री आम है, क्योंकि सबसे प्रचलित उत्प्रेरक सबसे सस्ता हैं।

नवीनतम तथा सबसे अधिक आशाजनक सामग्री में से एक मोलिब्डेनम सल्फाइड, MoS₂ है। क्योंकि यह तत्व मोलिब्डेनम और सल्फर से बना है - पृथ्वी पर अपेक्षाकृत सामान्य दोनों - यह अधिक पारंपरिक उत्प्रेरक की तुलना में सस्ता है, ठीक एक डॉलर प्रति औंस के तहत। इसमें सही इलेक्ट्रॉनिक गुण और अन्य विशेषताओं भी हैं

देर से 1990 से पहले, शोधकर्ताओं ने पाया कि मोलिब्डेनम सल्फाइड हाइड्रोजन में पानी बदलने पर विशेष रूप से प्रभावी नहीं था। लेकिन इसका कारण यह था कि शोधकर्ता खनिजों के मोटे हिस्से का उपयोग कर रहे थे, अनिवार्य रूप से इसे जमीन से खनन के रूप में किया गया था। आज, हालांकि, हम जैसे प्रक्रियाओं का उपयोग कर सकते हैं रासायनिक वाष्प निक्षेपन or समाधान-आधारित प्रक्रियाएं MoS create के बहुत पतले क्रिस्टल बनाने - यहां तक ​​कि एक अणु की मोटाई तक - जो पानी से हाइड्रोजन निकालने में काफी अधिक कुशल हैं।

प्रक्रिया को और भी बेहतर बनाना

मोलिब्डेनम सल्फाइड को इसके भौतिक और विद्युत गुणों को जोड़कर अधिक प्रभावी बनाया जा सकता है। "चरण परिवर्तन" के रूप में जाना जाने वाली एक प्रक्रिया हाइड्रोजन उत्पादन प्रतिक्रिया में भाग लेने के लिए उपलब्ध पदार्थों का अधिक बनाता है।

जब मोलिब्डेनम सल्फाइड क्रिस्टल बनाता है, ठोस द्रव्यमान के बाहर परमाणु और अणु होते हैं पानी में इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार या दान करने के लिए तैयार जब हाइड्रोजन का निर्माण करने के लिए प्रकाश से उत्साहित आम तौर पर, संरचना के अंदर पर स्थित एमओएसटी अणु इलेक्ट्रॉनों को दान या स्वीकार नहीं करेंगे किनारे साइटों के रूप में कुशलता से, और इसलिए प्रतिक्रिया के साथ ज्यादा मदद नहीं कर सकता

लेकिन इसके द्वारा MoS adding को ऊर्जा जोड़ने इलेक्ट्रॉनों के साथ इसे बौछारया, आसपास के दबाव में वृद्धि, जिसके कारण "अवस्था परिवर्तन" होने के लिये। यह चरण परिवर्तन, आप बुनियादी रसायन विज्ञान (एक पदार्थ को गैस, तरल या ठोस के रूप में शामिल करने में शामिल) में सीखते हैं, परन्तु आणविक व्यवस्था में मामूली संरचनात्मक परिवर्तन नहीं है एक अर्धचालक से एक धातु तक MoS changes बदलता है.

नतीजतन, अंदर के अणुओं के विद्युत गुण प्रतिक्रिया के लिए भी उपलब्ध होते हैं। यह संभवतः उत्प्रेरक की समान मात्रा बनाता है 600 गुणा अधिक प्रभावी हाइड्रोजन विकास प्रतिक्रिया में

यदि इस प्रकार की सफलता के पीछे के तरीकों को सिद्ध किया जा सकता है, तो हम हाइड्रोजन उत्पादन सस्ता और अधिक कुशल बनाने के करीब एक बड़ा कदम हो सकते हैं, जो बदले में हम वास्तव में स्वच्छ, नवीकरणीय ऊर्जा द्वारा संचालित भविष्य की ओर बढ़ेंगे।

के बारे में लेखक

पीटर बायरली, पीएच.डी. केमिकल इंजीनियरिंग में उम्मीदवार, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, रिवरसाइड

यह आलेख मूलतः पर प्रकाशित हुआ था वार्तालाप। को पढ़िए मूल लेख.

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