હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર: તે શું છે, તે કેવી રીતે કાર્ય કરે છે અને તેના પ્રકારો
Un ઇલેક્ટ્રોલાઈઝર તે એક આવશ્યક પ્રક્રિયામાં ઉપયોગમાં લેવાતું ઉપકરણ છે જેને કહેવાય છે વિદ્યુત વિચ્છેદન, જેમાં વિદ્યુત ઊર્જાનો ઉપયોગ કરીને ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં પ્રવાહી અથવા ઓગળેલા પદાર્થનું વિઘટન થાય છે. આ પ્રક્રિયાની ચાવી છે હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન પાણીમાંથી.
ગ્રહ જે ઊર્જા માંગે છે તેમાં ઈલેક્ટ્રોલાઈઝર મૂળભૂત ભૂમિકા ભજવે છે, કારણ કે તે ઉત્પન્ન કરવાની મંજૂરી આપે છે. લીલો હાઇડ્રોજન જ્યારે નવીનીકરણીય ઉર્જા દ્વારા સંચાલિત થાય છે. આગળ, અમે ઈલેક્ટ્રોલાઈઝર શું છે, તે કેવી રીતે કામ કરે છે, તેના ફાયદા, વિવિધ પ્રકારો અને વધુ ટકાઉ ભવિષ્ય બનાવવામાં તેની ભૂમિકા વિશે વિગત આપીશું.
ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર શું છે?
ઇલેક્ટ્રોલાઈઝર એ એક એવું ઉપકરણ છે જે ઊર્જા સ્ત્રોતનો ઉપયોગ કરે છે, જેમ કે નવીનીકરણીય સ્ત્રોતો દ્વારા ઉત્પન્ન થતી વીજળી, પ્રક્રિયાને ટ્રિગર કરવા માટે વિદ્યુત વિચ્છેદન. આ પ્રક્રિયામાં પાણીના ઘટકોને તોડવા માટે ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનો સમાવેશ થાય છે: હાઇડ્રોજન (એચ2) y ઓક્સિજન (ઓ2). આ કિસ્સામાં, ઉત્પન્ન થયેલ હાઇડ્રોજન એ મુખ્ય ઉત્પાદન છે જેનો ઉપયોગ વિવિધ મહત્વપૂર્ણ કાર્યક્રમોમાં થઈ શકે છે.
ઉપકરણ છે બે ઇલેક્ટ્રોડ: એનોડ અને કેથોડ, ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં ડૂબી જાય છે જે એસિડ, આલ્કલી અથવા મીઠું હોઈ શકે છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દ્વારા, પાણીમાંના આયનોને અલગ કરવામાં આવે છે: ધ હાઇડ્રોજન કેથોડ પર ઉત્પન્ન થાય છે અને એનોડ પર ઓક્સિજન. ઉત્પન્ન થયેલ હાઇડ્રોજનને સ્વચ્છ ઇંધણ તરીકે સંગ્રહિત અને તૈનાત કરવામાં આવે છે, જ્યારે ઓક્સિજનને ઔદ્યોગિક કાર્યક્રમોમાં છોડવામાં અથવા પુનઃઉપયોગમાં લઈ શકાય છે. હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન એ રાસાયણિક ઉદ્યોગ, પરિવહન અને ઉર્જા ઉત્પાદન જેવા ક્ષેત્રોને ડીકાર્બોનાઇઝ કરવાના સૌથી આશાસ્પદ જવાબો પૈકીનું એક છે.
ઇલેક્ટ્રોલાઇઝરનો ઉપયોગ કરવાના ફાયદા
ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર, ખાસ કરીને જ્યારે ખવડાવવામાં આવે છે સ્વચ્છ ઊર્જા, લાભોની શ્રેણી ઓફર કરે છે જે તેમને ઓછા કાર્બન અર્થતંત્રમાં સંક્રમણમાં મુખ્ય તકનીક તરીકે સ્થાન આપે છે. કેટલાક મુખ્ય ફાયદાઓ છે:
- ઉત્પાદન કરવાની ક્ષમતા ઉચ્ચ શુદ્ધતા હાઇડ્રોજન, ફ્યુઅલ સેલ વાહનો અને ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓમાં ઉપયોગ માટે જરૂરી.
- વિતરિત ઉત્પાદન: અન્ય ઇંધણ સાથે સામાન્ય ખર્ચાળ અને ખતરનાક પરિવહન અને સંગ્રહ પ્રક્રિયાઓને અવગણીને હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન પરિસ્થિતિમાં કરી શકાય છે.
- ઉચ્ચ દબાણ હેઠળ સિલિન્ડરોમાં કમ્પ્રેસ્ડ ગેસ સપ્લાય કરતાં આ પદ્ધતિ વધુ આર્થિક છે.
વધુમાં, હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન માટે લગભગ અમર્યાદિત સંભાવનાઓ છે, પુષ્કળ પુનઃપ્રાપ્ય ઉર્જા સ્ત્રોતો જેમ કે સૌર અને પવન. જેમ જેમ આ ટેક્નોલોજીનો ખર્ચ ઘટતો જાય છે તેમ, ગ્રીન હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન વધુને વધુ સ્પર્ધાત્મક બને છે.
ઈલેક્ટ્રોલાઈઝરના પ્રકાર
ત્યાં વિવિધ પ્રકારના ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર છે જે મુખ્યત્વે તેમના ઇલેક્ટ્રોલાઇટના પ્રકાર અને જે રીતે તેઓ પ્રતિક્રિયા પેદા કરે છે તેમાં અલગ પડે છે. સૌથી વધુ સુસંગત છે:
આલ્કલાઇન ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર
આ સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી અને વિકસિત ટેકનોલોજી છે. તે પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પર આધારિત છે, જેમ કે પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (KOH) અથવા સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NaOH). તેની કામગીરી તદ્દન કાર્યક્ષમ છે અને અન્ય ટેક્નોલોજીની સરખામણીમાં પ્રમાણમાં ઓછા ખર્ચે મોટા પ્રમાણમાં હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરી શકે છે.
તેઓ 25 થી 100ºC વચ્ચેના તાપમાને કાર્ય કરે છે અને 200 થી 600 માઇક્રોએમ્પીયર પ્રતિ ચોરસ સેન્ટિમીટરની મધ્યમ વર્તમાન ઘનતા પર હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરે છે. તેઓ 30 બાર સુધીના દબાણ સુધી પહોંચી શકે છે.
આ ઇલેક્ટ્રોલાઈઝર્સની મર્યાદાઓમાંની એક તેમની છે બિન-કોમ્પેક્ટ ડિઝાઇન, જે નવીનીકરણીય ઉર્જા સ્ત્રોતો સાથે તેનું સંકલન મુશ્કેલ બનાવી શકે છે. વધુમાં, પાવર ફેરફારો માટે તેની પ્રતિભાવ ઓછી છે, જે ગતિશીલ એપ્લિકેશન્સમાં તેનો ઉપયોગ મર્યાદિત કરે છે.
પોલિમેરિક મેમ્બ્રેન ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર (PEM)
પર આધારિત ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર પ્રોટોન એક્સચેન્જ મેમ્બ્રેન (PEM) તેઓ વધુ તાજેતરના અને કાર્યક્ષમ છે. તેઓ નક્કર ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (મેમ્બ્રેન) નો ઉપયોગ કરે છે જે વધુ લવચીકતા અને વધુ કોમ્પેક્ટ ડિઝાઇન માટે પરવાનગી આપે છે. વધુમાં, તેઓ ઊર્જાની માંગમાં થતા ફેરફારોને વધુ સારી રીતે પ્રતિસાદ આપે છે, જે તેમને નવીનીકરણીય ઉર્જા સ્ત્રોતો સાથે વાપરવા માટે ખૂબ જ આકર્ષક વિકલ્પ બનાવે છે.
આ પ્રકારના ઈલેક્ટ્રોલાઈઝર ઉત્પન્ન કરે છે ઉચ્ચ શુદ્ધતા હાઇડ્રોજન પરંતુ તેનો મુખ્ય ગેરલાભ એ ઉપયોગ છે ઉમદા ધાતુઓ ઉત્પ્રેરક તરીકે, જે ખર્ચમાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે. આ હોવા છતાં, તેઓ પવન અથવા સૌર જેવા તૂટક તૂટક સ્ત્રોતો સાથે કામ કરવા માટે આદર્શ છે.
સોલિડ ઓક્સાઇડ ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર (SOEC)
SOECs, અથવા ઘન ઓક્સાઇડ ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર, 500 અને 850 °C ની વચ્ચેના અત્યંત ઊંચા તાપમાને કામ કરે છે. આ તેમને અન્ય તકનીકોની તુલનામાં અત્યંત કાર્યક્ષમ (95% સુધી) બનવાની મંજૂરી આપે છે.
આ પ્રકારના ઇલેક્ટ્રોલાઈઝરમાં, ઓક્સિજન ગેસ તરીકે ઉત્પન્ન થતો નથી, પરંતુ ઊંચા તાપમાનને કારણે ઘન તરીકે રહે છે. જો કે આ ટેક્નોલોજીમાં મોટી સંભાવનાઓ છે, તે હજુ પણ વિકાસમાં છે અને તેના ઊંચા ઉત્પાદન ખર્ચ, ઊંચા તાપમાને પ્રતિરોધક સામગ્રીની જરૂરિયાત સાથે, એક પડકારનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.
આયન એક્સચેન્જ મેમ્બ્રેન ઈલેક્ટ્રોલાઈઝર (AEM)
AEM ઈલેક્ટ્રોલાઈઝર એ અન્ય આશાસ્પદ છે, જો કે હાલમાં ઓછી વિકસિત ટેકનોલોજી છે. ઉમદા ધાતુઓની જરૂર નથી ઉત્પ્રેરક તરીકે, જે લાંબા ગાળે ખર્ચમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો કરી શકે છે.
જો કે, તેની કાર્યક્ષમતા ઓછી છે (લગભગ 50%) અને તે માત્ર 30 બાર સુધીના દબાણ પર કાર્ય કરી શકે છે. જો આ તકનીકી અવરોધને દૂર કરવામાં આવે, તો AEMs નજીકના ભવિષ્યમાં સ્પર્ધાત્મક ઉકેલ બની શકે છે.
ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સ દ્વારા ઉત્પાદિત હાઇડ્રોજનની એપ્લિકેશન
વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દ્વારા ઉત્પાદિત હાઇડ્રોજન અર્થતંત્રના મુખ્ય ક્ષેત્રોમાં એપ્લિકેશન ધરાવે છે, કારણ કે તેનો ઉપયોગ આ માટે થઈ શકે છે:
- ઉત્પન્ન કરો એમોનિયા રાસાયણિક ઉદ્યોગમાં.
- ફીડ બળતણ કોષો ઇલેક્ટ્રિક વાહનોમાં, CO2 ઉત્સર્જન ઘટાડે છે.
- ઊર્જા સંગ્રહ કરો નવીનીકરણીય સ્ત્રોતોનો સરપ્લસ.
વિદ્યુત ઉર્જા અને પરિવહનના ઉત્પાદનમાં અશ્મિભૂત ઇંધણના ઉપયોગને ધીમે ધીમે બદલવા માટે હાઇડ્રોજન પણ એક ઉત્તમ વિકલ્પ છે. તેને સરળતાથી સંકુચિત અને સંગ્રહિત કરી શકાય છે, અને પછી જ્યારે જરૂર પડે ત્યારે છોડવામાં આવે છે, તે વિદ્યુત ગ્રીડ પર માંગ અને પુરવઠાને સંતુલિત કરવા માટે ઉપયોગી માધ્યમ બનાવે છે.
જેમ જેમ વધુ દેશો તરફ નીતિઓ અપનાવે છે સ્વચ્છ અર્થતંત્રો, ડીકાર્બોનાઇઝેશન લક્ષ્યો હાંસલ કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સની સ્થાપના એક નિર્ણાયક સાધન હશે.
ઇલેક્ટ્રોલાઈઝરનું ભાવિ આશાસ્પદ લાગે છે. જેમ જેમ ટેક્નોલોજી આગળ વધે છે અને ખર્ચ ઘટે છે, તેમ તેમ તેનો ઉપયોગ વધુ વારંવાર થતો જશે, જે ઉર્જા ઉદ્યોગ પર આધારિત અર્થતંત્ર તરફ આગળ વધશે. લીલો હાઇડ્રોજન.