विज्ञान सरलीकृत: हाइड्रोजन ऊर्जा क्या है?

 वैज्ञानिक जलवायु परिवर्तन से निपटने के लिए एक स्वच्छ ऊर्जा स्रोत के रूप में हाइड्रोजन की खोज कर रहे हैं, जल इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से इसके उत्पादन और परिवहन के लिए ईंधन कोशिकाओं में उपयोग पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं, जो 2050 तक शुद्ध-शून्य कार्बन उत्सर्जन के लक्ष्य के साथ संरेखित है।

हाइड्रोजन ऊर्जा क्या है?

जैसे ही जलवायु परिवर्तन के प्रभाव बढ़ते हैं, हमारे ग्रह को रिकॉर्ड गर्मी की लहरों, अभूतपूर्व तूफानों, ऐतिहासिक सूखे और जंगल की आग का सामना करना पड़ता है। वैज्ञानिकों ने इन घटनाओं को वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड जैसी ग्रीनहाउस गैसों से जोड़ा है, जिनमें से अधिकांश मानव गतिविधि द्वारा उत्पन्न होती हैं।

लेकिन क्या होगा अगर, पर्यावरण में हानिकारक ग्रीनहाउस गैसों को छोड़ने के बजाय, हमारे हवाई जहाज और कारें सूरज या हवा से बिजली का उपयोग करके पानी से उत्पादित ईंधन पर चल सकें? क्या होगा यदि यह नवीकरणीय ईंधन इलेक्ट्रिक ग्रिड को बैकअप पावर प्रदान कर सके और देश भर के ईंधन स्टेशनों से खरीदा जा सके?

वैज्ञानिक हाइड्रोजन के भीतर की ऊर्जा का उपयोग करके इस दृष्टि को वास्तविकता बनाने के लिए काम कर रहे हैं, जो स्वच्छ वातावरण को बढ़ावा देने और 2050 तक शुद्ध-शून्य कार्बन उत्सर्जन प्राप्त करने के अमेरिकी लक्ष्य को प्राप्त करने में एक प्रमुख भूमिका निभाने का वादा करता है - दूसरे शब्दों में, कार्बन को हटाना वायुमंडल उसी दर से उत्सर्जित होता है।

हाइड्रोजन सबसे सरल रासायनिक तत्व या परमाणु का प्रकार है। इसमें केवल एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन होता है। यह सबसे प्रचुर तत्व भी है, जो ब्रह्मांड में ज्ञात पदार्थ का लगभग 75% बनाता है। पानी और जीवित चीजों में भारी मात्रा में हाइड्रोजन मौजूद है।

हमारे ग्रह पर पानी के भीतर प्रचुर मात्रा में हाइड्रोजन मौजूद है, और यह जल चक्र द्वारा प्राकृतिक रूप से नवीनीकृत होता है। जब इसे ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है, तो यह कोई कार्बन उत्सर्जन नहीं करता है, जिससे यह एक आशाजनक स्वच्छ ऊर्जा स्रोत बन जाता है। श्रेय: आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी

दो हाइड्रोजन परमाणुओं से युक्त हाइड्रोजन अणु का उपयोग कार्बन-मुक्त ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। हाइड्रोजन अणुओं में बहुत अधिक ऊर्जा होती है; एक पाउंड हाइड्रोजन में एक पाउंड गैसोलीन या डीजल की तुलना में लगभग तीन गुना ऊर्जा होती है।

हालाँकि, पृथ्वी पर हाइड्रोजन अणु प्रचुर मात्रा में नहीं हैं, जो हमारे वायुमंडल का 0.0001% से भी कम हिस्सा बनाते हैं। इस वजह से, हाइड्रोजन का उत्पादन उन अन्य पदार्थों से किया जाना चाहिए जिनमें यह शामिल है। हाइड्रोजन का उत्पादन करने का सबसे आम तरीका जो जीवाश्म ईंधन का उपयोग नहीं करता है वह बिजली का उपयोग करके पानी (एच 2 ओ) को हाइड्रोजन (एच 2 ) और ऑक्सीजन (ओ 2 ) में विभाजित करना है। यह प्रक्रिया, जिसे जल इलेक्ट्रोलिसिस कहा जाता है, कार्बन-मुक्त हाइड्रोजन उत्पादन के लिए एक आशाजनक विकल्प है क्योंकि बिजली परमाणु या नवीकरणीय ऊर्जा, जैसे पवन और सौर से प्राप्त की जा सकती है। वैज्ञानिक और इंजीनियर जल इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन की लागत को सुधारने और कम करने के लिए काम कर रहे हैं।

इलेक्ट्रोलिसिस में, पानी एनोड पर विभाजित होकर ऑक्सीजन, हाइड्रोजन आयन और इलेक्ट्रॉन बनाता है। एक इलेक्ट्रोलाइट सामग्री हाइड्रोजन आयनों को गुजरने की अनुमति देती है, लेकिन इलेक्ट्रॉनों को कैथोड में अलग-अलग प्रवाहित करने के लिए मजबूर करती है, जहां दोनों ईंधन के रूप में उपयोग के लिए हाइड्रोजन गैस बनाने के लिए पुनः संयोजित होते हैं। श्रेय: आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी

वे ऐसे तरीके भी विकसित कर रहे हैं जो प्रकाश संश्लेषण जैसी जैविक प्रक्रियाओं का उपयोग और नकल करके सौर ऊर्जा और पानी को सीधे हाइड्रोजन में परिवर्तित करते हैं ।

हाइड्रोजन का उत्पादन होने के बाद उसे ऊर्जा के रूप में उपयोग करने के कई तरीके हैं। सबसे प्रमुख ईंधन सेल हैं, जो हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में संग्रहीत रासायनिक ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करते हैं। गैसोलीन-ईंधन वाले इंजनों के विपरीत, कार्बन डाइऑक्साइड जैसा कोई हानिकारक उत्सर्जन नहीं होता है। और बैटरियों के विपरीत, ईंधन सेल सिस्टम को रिचार्जिंग के लिए लंबे समय तक डाउनटाइम की आवश्यकता नहीं होती है। इनमें गैसोलीन-ईंधन वाले इंजनों की तरह ईंधन भरा जाता है, लेकिन हाइड्रोजन से।

हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन कोशिकाओं में किया जा सकता है या इंजनों में ईंधन के रूप में जलाया जा सकता है। वैज्ञानिक और इंजीनियर इन प्रौद्योगिकियों को बेहतर बनाने के लिए काम कर रहे हैं, जो परिवहन और ग्रिड में जीवाश्म ईंधन के उपयोग की जगह ले सकती हैं। श्रेय: आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी

कारों, ट्रकों, फोर्कलिफ्टों, बसों, जहाजों और ट्रेनों के लिए एक प्रकार का हाइड्रोजन ईंधन सेल विकसित किया जा रहा है जो हाइड्रोजन अणुओं को इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन में विभाजित करता है। इलेक्ट्रॉनों को विद्युत सर्किट के माध्यम से प्रवाहित होने के लिए मजबूर किया जाता है, जिससे उपयोग योग्य बिजली की आपूर्ति होती है। इस बीच, प्रोटॉन एक झिल्ली से गुजरने में सक्षम होते हैं, अंततः इलेक्ट्रॉनों के साथ पुनर्संयोजन करते हैं और हवा से ऑक्सीजन अणुओं के साथ प्रतिक्रिया करके पानी का उत्पादन करते हैं, जो एकमात्र उत्सर्जन है।

अमेरिकी ऊर्जा विभाग के आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी के वैज्ञानिक हाइड्रोजन विज्ञान और प्रौद्योगिकी को आगे बढ़ाने के लिए विश्व स्तरीय सुविधाओं और विशेषज्ञता का लाभ उठा रहे हैं। हमारे शोधकर्ता हाइड्रोजन उत्पादन की लागत को कम कर रहे हैं, हाइड्रोजन से चलने वाले वाहनों के लिए किफायती ईंधन सेल विकसित कर रहे हैं। वे ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को कम करने के लिए हाइड्रोजन उत्पादन, परिवहन, उपयोग और भंडारण के तरीकों का भी आकलन कर रहे हैं।