સ્વચ્છ પરિવહન માટે હાઇડ્રોજન ઇંધણ કોષો માટે વલણો અને સંભાવનાઓ

આ લેખ હાઇડ્રોજન ઇંધણ કોષો, વલણો અને તેમની એપ્લિકેશન માટેની સંભાવનાઓ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરશે. હાઇડ્રોજન આધારિત ઇંધણ કોષો આજે ઓટોમોટિવ ઉદ્યોગમાં વધુને વધુ ધ્યાન આકર્ષિત કરી રહ્યા છે, કારણ કે જો 20મી સદી આંતરિક કમ્બશન એન્જિનની સદી હતી, તો 21મી સદી ઓટોમોટિવ ઉદ્યોગમાં હાઇડ્રોજન ઊર્જાની સદી બની શકે છે. પહેલેથી જ આજે, હાઇડ્રોજન કોષોને આભારી છે, સ્પેસશીપ્સ કામ કરે છે, અને વિશ્વના કેટલાક દેશોમાં, હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ વીજળી ઉત્પન્ન કરવા માટે 10 વર્ષથી વધુ સમયથી કરવામાં આવે છે.

હાઇડ્રોજન ઇંધણ કોષ એ બેટરી જેવું ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઉપકરણ છે જે હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજન વચ્ચેની રાસાયણિક પ્રક્રિયા દ્વારા વીજળી ઉત્પન્ન કરે છે, અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનું ઉત્પાદન શુદ્ધ પાણી છે, જ્યારે કુદરતી ગેસને બાળી નાખે છે, ઉદાહરણ તરીકે, પર્યાવરણને નુકસાનકારક કાર્બન ડાયોક્સાઇડ ઉત્પન્ન કરે છે.

વધુમાં, હાઇડ્રોજન કોષો ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા સાથે કાર્ય કરી શકે છે, તેથી જ તેઓ ખાસ કરીને આશાસ્પદ છે. કાર્યક્ષમ, પર્યાવરણને અનુકૂળ કાર એન્જિનની કલ્પના કરો.પરંતુ સમગ્ર ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર હાલમાં પેટ્રોલિયમ ઉત્પાદનો માટે બનાવવામાં આવ્યું છે અને વિશિષ્ટ છે, અને ઓટોમોટિવ ઉદ્યોગમાં હાઇડ્રોજન કોષોના મોટા પાયે પરિચય આ અને અન્ય અવરોધોનો સામનો કરે છે.

દરમિયાન, 1839 થી તે જાણીતું છે કે હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજન રાસાયણિક રીતે સંયોજિત થઈ શકે છે અને ત્યાંથી વિદ્યુત પ્રવાહ મેળવી શકે છે, એટલે કે, પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની પ્રક્રિયા ઉલટાવી શકાય તેવું છે - આ એક પુષ્ટિ થયેલ વૈજ્ઞાનિક હકીકત છે. પહેલેથી જ 19 મી સદીમાં, બળતણ કોષોનો અભ્યાસ કરવાનું શરૂ થયું, પરંતુ તેલના ઉત્પાદનના વિકાસ અને આંતરિક કમ્બશન એન્જિનની રચનાએ હાઇડ્રોજન ઉર્જા સ્ત્રોતો છોડી દીધા અને તે ઉત્પાદન માટે કંઈક વિચિત્ર, બિનલાભકારી અને ખર્ચાળ બની ગયા.

1950 ના દાયકામાં, નાસાને હાઇડ્રોજન ઇંધણ કોષોનો આશરો લેવાની ફરજ પડી હતી, અને પછી જરૂરિયાતને કારણે. તેમને તેમના અવકાશયાન માટે કોમ્પેક્ટ અને કાર્યક્ષમ પાવર જનરેટરની જરૂર હતી. પરિણામે, એપોલો અને જેમિનીએ હાઇડ્રોજન ઇંધણ કોષો પર અવકાશમાં ઉડાન ભરી, જે શ્રેષ્ઠ ઉકેલ તરીકે બહાર આવ્યું.

આજે, ઇંધણ કોષો પ્રાયોગિક તકનીકથી સંપૂર્ણપણે બહાર છે, અને છેલ્લા 20 વર્ષોમાં તેમના વ્યાપક વેપારીકરણમાં નોંધપાત્ર પ્રગતિ કરવામાં આવી છે.

તે નિરર્થક નથી કે હાઇડ્રોજન ઇંધણ કોષો પર ઉચ્ચ આશાઓ મૂકવામાં આવે છે. તેમના કાર્યની પ્રક્રિયામાં, પર્યાવરણીય પ્રદૂષણ ન્યૂનતમ છે, તકનીકી ફાયદા અને સલામતી સ્પષ્ટ છે, વધુમાં, આ પ્રકારનું બળતણ મૂળભૂત રીતે સ્વાયત્ત છે અને ભારે અને ખર્ચાળ લિથિયમ બેટરીને બદલવામાં સક્ષમ છે.

હાઇડ્રોજન કોષનું બળતણ રાસાયણિક પ્રક્રિયા દરમિયાન સીધા જ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે, અને અહીં પરંપરાગત દહન કરતાં વધુ ઊર્જા પ્રાપ્ત થાય છે.તે ઓછું ઇંધણ વાપરે છે અને કાર્યક્ષમતા અશ્મિભૂત ઇંધણનો ઉપયોગ કરતા સમાન ઉપકરણ કરતા ત્રણ ગણી વધારે છે.

કાર્યક્ષમતા વધુ હશે, પ્રતિક્રિયા દરમિયાન ઉત્પન્ન થતા પાણી અને ગરમીનો ઉપયોગ કરવાની રીત વધુ સારી રીતે ગોઠવવામાં આવશે. હાનિકારક પદાર્થોનું ઉત્સર્જન ન્યૂનતમ છે, કારણ કે માત્ર પાણી, ઉર્જા અને ગરમી છોડવામાં આવે છે, જ્યારે પરંપરાગત બળતણને બાળવાની સૌથી સફળતાપૂર્વક સંગઠિત પ્રક્રિયા હોવા છતાં, નાઇટ્રોજન ઓક્સાઇડ, સલ્ફર, કાર્બન અને અન્ય બિનજરૂરી દહન ઉત્પાદનો અનિવાર્યપણે રચાય છે.

વધુમાં, પરંપરાગત ઇંધણ ઉદ્યોગો પોતે પર્યાવરણ પર હાનિકારક અસર કરે છે, અને હાઇડ્રોજન ઇંધણ કોષો ઇકોસિસ્ટમ પર ખતરનાક આક્રમણને ટાળે છે, કારણ કે હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન સંપૂર્ણપણે નવીનીકરણીય ઉર્જા સ્ત્રોતોમાંથી શક્ય છે. આ ગેસનું લિકેજ પણ હાનિકારક નથી, કારણ કે તે તરત જ બાષ્પીભવન થાય છે.

બળતણ કોષ તેના ઓપરેશન માટે જેમાંથી ઇંધણ હાઇડ્રોજન મેળવવામાં આવે છે તેનાથી કોઈ ફરક પડતો નથી. kWh / l માં ઊર્જા ઘનતા સમાન હશે, અને આ સૂચક બળતણ કોષો બનાવવા માટેની તકનીકમાં સુધારણા સાથે સતત વધી રહ્યું છે.

હાઇડ્રોજન પોતે કોઈપણ અનુકૂળ સ્થાનિક સ્ત્રોતમાંથી મેળવી શકાય છે, પછી ભલે તે કુદરતી ગેસ, કોલસો, બાયોમાસ અથવા વિદ્યુત વિચ્છેદન (પવન, સૌર ઉર્જા, વગેરે દ્વારા) હોય. પ્રાદેશિક વીજળી સપ્લાયરો પરની નિર્ભરતા અદૃશ્ય થઈ જાય છે, સિસ્ટમો સામાન્ય રીતે ઇલેક્ટ્રિક નેટવર્કથી સ્વતંત્ર હોય છે.

કોષનું સંચાલન તાપમાન તદ્દન નીચું છે અને તત્વના પ્રકારને આધારે 80 થી 1000 ° સે સુધી બદલાઈ શકે છે, જ્યારે પરંપરાગત આધુનિક આંતરિક કમ્બશન એન્જિનમાં તાપમાન 2300 ° સે સુધી પહોંચે છે.ફ્યુઅલ સેલ કોમ્પેક્ટ છે, જનરેશન દરમિયાન ન્યૂનતમ અવાજ બહાર કાઢે છે, તેમાં હાનિકારક પદાર્થોનું કોઈ ઉત્સર્જન થતું નથી, તેથી તે જે સિસ્ટમમાં કામ કરે છે તે કોઈપણ અનુકૂળ જગ્યાએ તેને મૂકી શકાય છે.

સૈદ્ધાંતિક રીતે, માત્ર વીજળી જ નહીં, પરંતુ રાસાયણિક પ્રક્રિયા દરમિયાન બહાર પડતી ગરમીનો પણ ઉપયોગી હેતુઓ માટે ઉપયોગ કરી શકાય છે, ઉદાહરણ તરીકે પાણી ગરમ કરવા, જગ્યા ગરમ કરવા અથવા ઠંડક માટે - આ અભિગમ સાથે, કોષમાં ઊર્જા ઉત્પન્ન કરવાની કાર્યક્ષમતા નજીક આવશે. 90%.

કોષો ભારમાં થતા ફેરફારો પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોય છે, તેથી જેમ જેમ વીજ વપરાશ વધે છે તેમ તેમ વધુ બળતણ પૂરું પાડવું જોઈએ. આ ગેસોલિન એન્જિન અથવા આંતરિક કમ્બશન જનરેટર કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તેના જેવું જ છે. તકનીકી રીતે, બળતણ સેલ એકદમ સરળ રીતે લાગુ કરવામાં આવે છે, કારણ કે ત્યાં કોઈ ફરતા ભાગો નથી, ડિઝાઇન સરળ અને વિશ્વસનીય છે, અને નિષ્ફળતાની સંભાવના મૂળભૂત રીતે અત્યંત ઓછી છે.

પ્રોટોન એક્સચેન્જ મેમ્બ્રેન (ઉદાહરણ તરીકે "પોલિમર ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાથે") સાથે હાઇડ્રોજન-ઓક્સિજન ઇંધણ કોષમાં પોલિમર (નાફિઓન, પોલિબેન્ઝિમિડાઝોલ, વગેરે) માંથી પ્રોટોન વહન કરતી પટલ હોય છે, જે બે ઇલેક્ટ્રોડને અલગ કરે છે - એક એનોડ અને એક કેથોડ. દરેક ઇલેક્ટ્રોડ સામાન્ય રીતે સમર્થિત ઉત્પ્રેરક સાથે કાર્બન પ્લેટ (મેટ્રિક્સ) હોય છે - પ્લેટિનમ અથવા પ્લેટિનોઇડ્સ અને અન્ય સંયોજનોનો એલોય.

એનોડ ઉત્પ્રેરક પર, પરમાણુ હાઇડ્રોજન વિખેરી નાખે છે અને ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે. હાઇડ્રોજન કેશન્સ મેમ્બ્રેનમાંથી કેથોડમાં પરિવહન થાય છે, પરંતુ ઇલેક્ટ્રોન બાહ્ય સર્કિટને દાનમાં આપવામાં આવે છે કારણ કે પટલ ઇલેક્ટ્રોનને પસાર થવા દેતી નથી. કેથોડ ઉત્પ્રેરક પર, ઓક્સિજન પરમાણુ ઇલેક્ટ્રોન (જે બાહ્ય સંચાર દ્વારા પૂરા પાડવામાં આવે છે) અને આવનારા પ્રોટોન સાથે જોડાય છે અને પાણી બનાવે છે, જે પ્રતિક્રિયાનું એકમાત્ર ઉત્પાદન છે (વરાળ અને/અથવા પ્રવાહીના સ્વરૂપમાં).

હા, આજે ઇલેક્ટ્રિક કાર લિથિયમ બેટરી પર ચાલે છે. જો કે, હાઇડ્રોજન ઇંધણ કોષો તેમને બદલી શકે છે. બેટરીને બદલે, પાવર સ્ત્રોત ઘણા ઓછા વજનને સપોર્ટ કરશે. વધુમાં, બેટરી કોષોના ઉમેરાને કારણે વજનમાં વધારાને કારણે કારની શક્તિ બિલકુલ વધારી શકાતી નથી, પરંતુ તે સિલિન્ડરમાં હોય ત્યારે સિસ્ટમમાં બળતણના પુરવઠાને સમાયોજિત કરીને. તેથી, કાર ઉત્પાદકો હાઇડ્રોજન ઇંધણ કોષો માટે ઉચ્ચ અપેક્ષાઓ ધરાવે છે.

10 વર્ષ પહેલાં, વિશ્વના ઘણા દેશોમાં, ખાસ કરીને યુએસએ અને યુરોપમાં હાઇડ્રોજન કાર બનાવવાનું કામ શરૂ થયું હતું. વાહનના બોર્ડ પર સ્થિત વિશિષ્ટ ફિલ્ટરિંગ કોમ્પ્રેસર યુનિટનો ઉપયોગ કરીને વાતાવરણીય હવામાંથી સીધો ઓક્સિજન મેળવી શકાય છે. કમ્પ્રેસ્ડ હાઇડ્રોજન હેવી-ડ્યુટી સિલિન્ડરમાં આશરે 400 એટીએમના દબાણ હેઠળ સંગ્રહિત થાય છે. રિફ્યુઅલિંગમાં થોડી મિનિટો લાગે છે.

2000 ના દાયકાના મધ્યભાગથી યુરોપમાં પર્યાવરણને અનુકૂળ શહેરી પરિવહનનો ખ્યાલ લાગુ કરવામાં આવ્યો છે: આવી પેસેન્જર બસો એમ્સ્ટરડેમ, હેમ્બર્ગ, બાર્સેલોના અને લંડનમાં લાંબા સમયથી જોવા મળે છે. એક મહાનગરમાં, હાનિકારક ઉત્સર્જનની ગેરહાજરી અને ઘટાડો અવાજ અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે. કોરાડિયા iLint, પ્રથમ હાઇડ્રોજન-સંચાલિત રેલ્વે પેસેન્જર ટ્રેન, 2018 માં જર્મનીમાં શરૂ કરવામાં આવી હતી. 2021 સુધીમાં, આવી 14 વધુ ટ્રેનો શરૂ કરવાની યોજના છે.

આગામી 40 વર્ષોમાં, કાર માટેના પ્રાથમિક ઉર્જા સ્ત્રોત તરીકે હાઇડ્રોજનમાં પરિવર્તન વિશ્વની ઊર્જા અને અર્થતંત્રમાં ક્રાંતિ લાવી શકે છે. જો કે તે હવે સ્પષ્ટ છે કે તેલ અને ગેસ ઓછામાં ઓછા બીજા 10 વર્ષ સુધી મુખ્ય ઇંધણ બજાર રહેશે.તેમ છતાં, ઘણા તકનીકી અને આર્થિક અવરોધોને દૂર કરવાની જરૂર હોવા છતાં, કેટલાક દેશો હાઇડ્રોજન ઇંધણ કોષો સાથે વાહનોના નિર્માણમાં પહેલેથી જ રોકાણ કરી રહ્યા છે.

હાઇડ્રોજન ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર, સલામત ગેસ સ્ટેશન બનાવવું એ મુખ્ય કાર્ય છે, કારણ કે હાઇડ્રોજન એક વિસ્ફોટક ગેસ છે. કોઈપણ રીતે, હાઇડ્રોજન સાથે, વાહન ઇંધણ અને જાળવણી ખર્ચ નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડી શકાય છે અને વિશ્વસનીયતા વધારી શકાય છે.

બ્લૂમબર્ગની આગાહી મુજબ, 2040 સુધીમાં કાર વર્તમાન 13 મિલિયન બેરલ પ્રતિ દિવસને બદલે 1,900 ટેરાવોટ કલાકનો વપરાશ કરશે, જે વીજળીની માંગના 8% હશે, જ્યારે આજે વિશ્વમાં ઉત્પાદિત તેલનો 70% પરિવહન બળતણના ઉત્પાદનમાં જાય છે. . અલબત્ત, આ બિંદુએ, હાઇડ્રોજન ઇંધણ કોષોના કિસ્સામાં બેટરી ઇલેક્ટ્રિક વાહન બજારની સંભાવનાઓ વધુ સ્પષ્ટ અને પ્રભાવશાળી છે.

2017 માં, ઇલેક્ટ્રિક વાહનોનું બજાર $17.4 બિલિયન હતું, જ્યારે હાઇડ્રોજન કાર માર્કેટનું મૂલ્ય માત્ર $2 બિલિયન હતું. આ તફાવત હોવા છતાં, રોકાણકારો હાઇડ્રોજન ઊર્જામાં રસ દાખવતા રહે છે અને નવા વિકાસ માટે નાણાં પૂરા પાડે છે.

આમ, 2017 માં, હાઇડ્રોજન કાઉન્સિલની રચના કરવામાં આવી હતી, જેમાં Audi, BMW, Honda, Toyota, Daimler, GM, Hyundai જેવા 39 મુખ્ય કાર ઉત્પાદકોનો સમાવેશ થાય છે. તેનો હેતુ નવી હાઇડ્રોજન ટેક્નોલોજીઓ અને તેના અનુગામી વ્યાપક વિતરણનું સંશોધન અને વિકાસ કરવાનો છે.