आमतौर पर, जब हम समुद्र में ऊर्जा उत्पादन के बारे में सोचते हैं, तो हम विशाल तेल रिसाव की कल्पना करते हैं, या शायद पवन टरबाइनों की पंक्तियाँ। हाल ही में, हालांकि, फ्लोटिंग सोलर पैनल को मिक्स में जोड़ा गया है, जिसमें एक सोलर फार्म भी शामिल है जिसमें 160 फुटबॉल मैदानों का आकार है जो पिछले साल चीन में ऑपरेशन में गए थे।
अब, कोलंबिया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम एक कदम आगे जाना चाहती है। वे कहते हैं कि समुद्र की सतह पर सौर पैनलों का उपयोग बिजली उपकरणों के लिए करना संभव है जो समुद्री जल से हाइड्रोजन ईंधन का उत्पादन कर सकते हैं।
हाइड्रोजन ऊर्जा का एक साफ रूप है, लेकिन यह आमतौर पर प्राकृतिक गैस से उत्पन्न होता है, जो कि जलवायु परिवर्तन के एक प्रमुख चालक कार्बन डाइऑक्साइड को छोड़ता है। कोलंबिया के वैज्ञानिकों का कहना है कि उनका उपकरण, जिसे फ़्लोटिंग फोटोवोल्टिक इलेक्ट्रोलाइज़र कहा जाता है, इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग करके पानी के अणुओं में ऑक्सीजन और हाइड्रोजन को अलग करता है, और फिर ईंधन के रूप में उपयोग के लिए उत्तरार्द्ध का भंडारण करता है।
केमिकल इंजीनियरिंग के सहायक प्रोफेसर टीम लीडर डैनियल एस्पोसिटो बताते हैं कि हाइड्रोजन उत्पन्न करने के लिए मौजूदा वाणिज्यिक इलेक्ट्रोलाइज़र का उपयोग करना काफी महंगा है। "यदि आप ऑफ-द-शेल्फ सौर पैनल और व्यावसायिक रूप से उपलब्ध इलेक्ट्रोलाइज़र लेते हैं, और आप सूरज की रोशनी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित करने के लिए उपयोग करते हैं, तो यह प्राकृतिक गैस से हाइड्रोजन का उत्पादन करने की तुलना में तीन से छह गुना अधिक महंगा होगा।" वह कहते हैं।
वह यह भी नोट करता है कि उन इलेक्ट्रोलाइज़र को अलग होने के बाद ऑक्सीजन और हाइड्रोजन अणुओं को अलग रखने के लिए झिल्ली की आवश्यकता होती है। यह न केवल लागत में जोड़ता है, बल्कि खारे पानी में संदूषक और रोगाणुओं के संपर्क में आने पर वे हिस्से जल्दी खराब हो जाते हैं।
प्रूफ़-ऑफ-कांसेप्ट स्टडी के एक शोधकर्ता और प्रमुख लेखक जैक डेविस ने एक बयान में कहा, '' बिना झिल्ली के इलेक्ट्रोलिसिस कर सकने वाली ऐसी डिवाइस का प्रदर्शन करना जो हमें झिल्ली के बिना इलेक्ट्रोलिसिस कर सकती है, जिससे हमें समुद्री जल इलेक्ट्रोलिसिस संभव हो सके। "ये सौर ईंधन जनरेटर अनिवार्य रूप से कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण प्रणाली हैं, वही काम करते हैं जो पौधे प्रकाश संश्लेषण के साथ करते हैं, इसलिए हमारे उपकरण स्वच्छ, अक्षय ऊर्जा उत्पन्न करने के सभी प्रकार के अवसर खोल सकते हैं।"
दो जाल इलेक्ट्रोड एक संकीर्ण पृथक्करण दूरी (L) पर आयोजित किए जाते हैं, और H2 और O2 गैसों को समवर्ती रूप से उत्पन्न करते हैं। प्रमुख नवाचार जाल की बाहरी सामना करने वाली सतहों पर उत्प्रेरक का असममित प्लेसमेंट है, जैसे कि बुलबुले की पीढ़ी इस क्षेत्र के लिए विवश है। जब गैस के बुलबुले अलग हो जाते हैं, तो उनकी उछाल उन्हें अलग-अलग संग्रह कक्षों में ऊपर की ओर तैरने का कारण बनाती है। (डैनियल एस्पोसिटो / कोलंबिया इंजीनियरिंग) बुदबुदाती
तो, उनके इलेक्ट्रोलाइज़र को क्या विशिष्ट बनाता है?
डिवाइस को पानी में निलंबित टाइटेनियम जाल के इलेक्ट्रोड के चारों ओर बनाया गया है और एक छोटी दूरी से अलग किया गया है। जब एक विद्युत प्रवाह लागू किया जाता है, तो ऑक्सीजन और हाइड्रोजन अणु अलग हो जाते हैं, इलेक्ट्रोड पर पूर्व विकासशील गैस बुलबुले के साथ सकारात्मक चार्ज होता है, और बाद वाला एक नकारात्मक चार्ज के साथ एक ही कर रहा है।
इन विभिन्न गैस बुलबुले को अलग रखना महत्वपूर्ण है, और कोलंबिया इलेक्ट्रोइज़र एक उत्प्रेरक के आवेदन के माध्यम से प्रत्येक जाल घटक के केवल एक तरफ - सतह को दूसरे इलेक्ट्रोड से दूर करता है। जब बुलबुले जाल से बड़े और अलग हो जाते हैं, तो वे प्रत्येक इलेक्ट्रोड के बाहरी किनारों पर उनके साथ अंतरिक्ष में एक साथ मिश्रण करने के बजाय ऊपर तैरते हैं।
न केवल वैज्ञानिकों ने महंगे झिल्ली का उपयोग करने से बचा है, बल्कि उन्हें उन यांत्रिक पंपों को भी शामिल करने की आवश्यकता नहीं है जो कुछ मॉडल तरल पदार्थ को स्थानांतरित करने के लिए उपयोग करते हैं। इसके बजाय, उनका उपकरण हाइड्रोजन बुलबुले को एक भंडारण कक्ष में तैरने के लिए उछाल पर निर्भर करता है। लैब में, प्रक्रिया 99 प्रतिशत शुद्धता के साथ हाइड्रोजन गैस का उत्पादन करने में सक्षम थी।
अलेक्जेंडर ओर्लोव, न्यूयॉर्क में स्टोनी ब्रुक विश्वविद्यालय में सामग्री विज्ञान और रसायन इंजीनियरिंग के एक एसोसिएट प्रोफेसर से सहमत हैं कि झिल्ली का उन्मूलन एक "पर्याप्त" विकास है। "झिल्ली प्रौद्योगिकी में कमजोर बिंदु हैं, " वे कहते हैं। "कुछ और परिष्कृत समाधान हैं, लेकिन एस्पोसिटो का दृष्टिकोण अत्यंत सरल और काफी व्यावहारिक है। यह बहुत ही उच्च प्रभाव वाले प्रकाशनों में प्रकाशित और सहकर्मी-समीक्षा की गई है, इसलिए इसकी सादगी के बावजूद, विज्ञान और नवीनता ठोस हैं।"
बड़ा सोच रहा था
एस्पोसिटो और डेविस आसानी से स्वीकार करते हैं कि यह उनके प्रयोगशाला में परीक्षण किए गए छोटे मॉडल से बड़े पैमाने पर संरचना है जो अवधारणा को आर्थिक रूप से व्यवहार्य बना सकता है। समुद्र से पर्याप्त मात्रा में हाइड्रोजन ईंधन उत्पन्न करने के लिए इसे हजारों जुड़े इलेक्ट्रोलाइज़र इकाइयों को शामिल करना पड़ सकता है।
वास्तव में, एस्पोसिटो कहते हैं, कुछ डिजाइन में बदलाव करने की आवश्यकता हो सकती है क्योंकि परियोजना बहुत अधिक हो जाती है और अधिक मॉड्यूलर हो जाती है, इसलिए कई टुकड़े एक साथ मिलकर एक बड़े क्षेत्र को कवर कर सकते हैं। इसके अलावा, वे उन सामग्रियों को खोजने की चुनौती का सामना करते हैं जो लंबे समय तक खारे पानी में जीवित रह सकते हैं।
उन्होंने कहा, दोनों का मानना है कि उनके दृष्टिकोण से देश की ऊर्जा आपूर्ति को सार्थक तरीके से प्रभावित करने की क्षमता है। रासायनिक उद्योग में हाइड्रोजन का पहले से ही भारी मात्रा में उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, अमोनिया और मेथनॉल बनाने के लिए। और, मांग बढ़ने की उम्मीद है क्योंकि अधिक ऑटो निर्माता उन कारों के लिए प्रतिबद्ध हैं जो हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं पर चलते हैं।
(बाएं) सल्फ्यूरिक एसिड के तरल जलाशय में तैरते हुए स्टैंड-अलोन पीवी-इलेक्ट्रोलाइज़र प्रोटोटाइप की तस्वीर। "मिनी रिग" के शीर्ष पर तैनात फोटोवोल्टिक कोशिकाएं प्रकाश को बिजली में परिवर्तित करती हैं जो कि नीचे रखे झिल्लीदार इलेक्ट्रोलेजर को बिजली देने के लिए उपयोग की जाती हैं। (दाएं) खुले समुद्र पर काम कर रहे एक काल्पनिक बड़े पैमाने पर "सौर ईंधन रिग" का प्रतिपादन। ((बाएं) जैक डेविस और (दाएं) जस्टिन बुई / कोलंबिया इंजीनियरिंग) उनकी दीर्घकालिक दृष्टि विशाल "सौर ईंधन रिसाव" है जो समुद्र में तैरती है, और एस्पोसिटो यह अनुमान लगाने के लिए इतनी दूर चला गया है कि ग्रह पर इस्तेमाल होने वाले सभी तेल को बदलने के लिए पर्याप्त हाइड्रोजन ईंधन उत्पन्न करने के लिए उन्हें कितना संचयी क्षेत्र कवर करने की आवश्यकता होगी। । उनकी गणना: 63, 000 वर्ग मील, या फ्लोरिडा राज्य की तुलना में थोड़ा कम क्षेत्र। यह समुद्र की तरह लगता है, लेकिन वह बताते हैं कि कुल क्षेत्र पृथ्वी के पानी की सतह के लगभग .045 प्रतिशत को कवर करेगा।
यह एक पाई-इन-द-स्काई प्रक्षेपण का एक सा है, लेकिन एस्पोसिटो ने वास्तविक दुनिया की चुनौतियों के बारे में भी सोचा है जो एक अस्थायी ऊर्जा उत्पादन ऑपरेशन का सामना करेंगे जो समुद्र के बिस्तर पर टेदर नहीं किया जाएगा। शुरुआत के लिए, बड़ी लहरें हैं।
"निश्चित रूप से, हमें इस रिग के लिए बुनियादी ढांचे को डिजाइन करने की आवश्यकता होगी ताकि यह तूफानी समुद्र का सामना कर सके"। "यह ऐसा कुछ है जिसे आप इस बात पर ध्यान देंगे कि आप सोच रहे हैं कि एक रिग कहाँ स्थित है।"
और शायद, वह कहते हैं, ये रिसाव नुकसान के रास्ते से बाहर निकलने में सक्षम हो सकते हैं।
“इस मोबाइल की तरह एक रिग की संभावना है। कुछ ऐसा जो शायद विस्तार कर सकता है, और फिर अनुबंध। यह संभवत: तेजी से नहीं चल पाएगा, लेकिन तूफान के रास्ते से बाहर निकल सकता है।
"वह वास्तव में मूल्यवान होगा, " वे कहते हैं।
