નવી ઉભરતી સામગ્રી સાથે ગ્રીન હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન

El ગ્રીન હાઇડ્રોજન મુખ્ય ખેલાડીઓમાંનો એક બની ગયો છે ઊર્જા સંક્રમણનું કારણ એ છે કે તે આપણને ઉપયોગના સ્થળે CO₂ ઉત્સર્જન કર્યા વિના ઊર્જાનો સંગ્રહ અને ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે. જોકે, મુખ્ય અવરોધ એ રહે છે કે અશ્મિભૂત ઇંધણ અથવા દુર્લભ અને ખર્ચાળ સામગ્રી પર આધાર રાખ્યા વિના, સસ્તા, કાર્યક્ષમ અને ખરેખર ટકાઉ રીતે તેનું ઉત્પાદન કેવી રીતે કરવું.

તાજેતરના વર્ષોમાં, વિશ્વભરના સંશોધન કેન્દ્રો અને યુનિવર્સિટીઓ નવી સામગ્રી અને ઉત્પાદન માર્ગો શોધી રહ્યા છેસૌર-સક્રિય પેરોવસ્કાઇટ-આધારિત સિરામિક્સથી લઈને સ્થિતિસ્થાપક વિકૃતિને આધિન ઇન્ટરમેટાલિક એલોય, ફોટોકેટાલિસિસ માટે ફોટોએક્ટિવ મેટલ-ઓર્ગેનિક ફ્રેમવર્ક (MOF), કિંમતી ધાતુ-મુક્ત ઉત્પ્રેરક અને ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સ અને ઇંધણ કોષોમાં નવીન ઉકેલો, આ બધું ગ્રીન હાઇડ્રોજન ઉત્પાદનના ભવિષ્યનું વ્યાપક ચિત્ર રજૂ કરી રહ્યું છે.

શા માટે લીલો હાઇડ્રોજન ડીકાર્બોનાઇઝેશનની ચાવી છે

લીલા હાઇડ્રોજનમાં રસ આકસ્મિક નથી: ઉર્જા ઉત્પાદન ઝડપી પરિવર્તનનો સમયગાળો અનુભવી રહ્યું છે. ઉત્સર્જન ઘટાડવા અને અશ્મિભૂત ઇંધણના ઉપયોગમાં ઘટાડો કરવાની તાત્કાલિક જરૂરિયાતને ધ્યાનમાં રાખીને, હાઇડ્રોજન, ઉર્જા વાહક તરીકે, વધારાની નવીનીકરણીય ઉર્જાનો સંગ્રહ કરવાનો અને જરૂર પડ્યે તેને મુક્ત કરવાનો માર્ગ પ્રદાન કરે છે.

પ્રાથમિક ઉર્જા સ્ત્રોતથી વિપરીત, હાઇડ્રોજન ઊર્જાના "રાસાયણિક સંગ્રહ" તરીકે કાર્ય કરે છેતે વીજળી અથવા ગરમીમાંથી ઉત્પન્ન થાય છે અને પછી બળતણ કોષો, ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓ અથવા ગતિશીલતા કાર્યક્રમોમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે. જ્યારે તેનો સ્ત્રોત નવીનીકરણીય હોય છે (સૌર, પવન, જળવિદ્યુત, બાયોમાસ, વગેરે), ત્યારે આપણે તેને ગ્રીન હાઇડ્રોજન કહીએ છીએ.

સમસ્યા તે છે આજે, ઉદ્યોગમાં વપરાતો મોટાભાગનો હાઇડ્રોજન અશ્મિભૂત ઇંધણમાંથી આવે છે. (કુદરતી ગેસ રિફોર્મિંગ, કોલસો, વગેરે), જેના પરિણામે વિશ્વભરમાં વાર્ષિક આશરે 900 મિલિયન ટન CO₂ ઉત્સર્જન થાય છે, આંતરરાષ્ટ્રીય ઉર્જા એજન્સી અનુસાર. આ વાસ્તવિકતાને બદલવા માટે મોટા પાયે અને સ્પર્ધાત્મક ખર્ચે નવીનીકરણીય હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન કરવા સક્ષમ તકનીકોની જરૂર છે.

ઉપરાંત, નવીનીકરણીય ઉર્જા સ્ત્રોતોની એક મુખ્ય મર્યાદા છે: તે તૂટક તૂટક અને પરિવર્તનશીલ હોય છે.પવન અને સૌર ઉર્જા જ્યારે પવન કે સૂર્ય હોય ત્યારે ઉર્જા ઉત્પન્ન કરે છે, જ્યારે સિસ્ટમને તેની જરૂર હોય ત્યારે નહીં. ગ્રીન હાઇડ્રોજન આપણને તે વધારાની ઉર્જા "સંગ્રહિત" કરવાની અને પછીથી તેનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે, કાં તો ફરીથી વીજળી ઉત્પન્ન કરવા, લીલા રસાયણો (એમોનિયા, ખાતરો, કૃત્રિમ ઇંધણ) મેળવવા માટે, અથવા ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓ અને ભારે પરિવહનને શક્તિ આપવા માટે.

આ બધા માટે, યુરોપ અને સ્પેને તેમની ડીકાર્બોનાઇઝેશન યોજનાઓના કેન્દ્રમાં ગ્રીન હાઇડ્રોજનને સ્થાન આપ્યું છે. મધ્યમ અને લાંબા ગાળે, પરંતુ તેનો મોટા પાયે ઉપયોગ સીધો નવી સામગ્રી અને વધુ કાર્યક્ષમ પ્રક્રિયાઓમાં પ્રગતિ પર આધાર રાખે છે.

પાણીનું વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ અને ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સ માટે નવી સામગ્રી

મોટા પાયે ગ્રીન હાઇડ્રોજન મેળવવાનો સૌથી વ્યાપક અને આશાસ્પદ રસ્તો છે નવીનીકરણીય વીજળી દ્વારા સંચાલિત પાણીનું વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણઆ પ્રક્રિયામાં, ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર સીધા CO₂ ઉત્સર્જન વિના પાણીના અણુ (H₂O) ને હાઇડ્રોજન (H₂) અને ઓક્સિજન (O₂) માં વિભાજીત કરે છે.

ઇલેક્ટ્રોલાઇઝરમાં, પાણીને બે ઇલેક્ટ્રોડ ધરાવતા કોષમાં દાખલ કરવામાં આવે છે જે એક પટલ દ્વારા અલગ પડે છે.વીજળીનો ઉપયોગ કરીને, કેથોડ પર હાઇડ્રોજન અને એનોડ પર ઓક્સિજન ઉત્પન્ન થાય છે. હાઇડ્રોજન એકત્રિત કરવામાં આવે છે, સંકુચિત કરવામાં આવે છે અને સંગ્રહિત કરવામાં આવે છે અથવા સીધા વપરાશ માટે મોકલવામાં આવે છે; ઓક્સિજન સામાન્ય રીતે મુક્ત થાય છે અથવા અન્ય એપ્લિકેશનોમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે (દા.ત., તબીબી અથવા ઔદ્યોગિક).

ઇલેક્ટ્રોલાઇઝરના ઘણા પ્રકારો છે, દરેક સાથે ફાયદા, મર્યાદાઓ અને ચોક્કસ સામગ્રી આવશ્યકતાઓ:

• આલ્કલાઇન ઇલેક્ટ્રોલાઇઝરપરિપક્વ ટેકનોલોજી, પ્રમાણમાં સસ્તી, પરંતુ ઓછી વર્તમાન ઘનતા અને કેટલીક સુગમતા મર્યાદાઓ સાથે.
• સોલિડ ઓક્સાઇડ ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર (SOEC)તે ઊંચા તાપમાને સારી કાર્યક્ષમતા સાથે કામ કરે છે, જોકે હજુ પણ ઓછા વ્યાપારી તબક્કામાં છે.
• એનિયન એક્સચેન્જ મેમ્બ્રેન ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર (AEM): આલ્કલાઇન અને મેમ્બ્રેન સિસ્ટમના કેટલાક ફાયદાઓને જોડે છે, જે ઉમદા ધાતુઓ વિના ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે.
• પોલિમર ઇલેક્ટ્રોલાઇટ મેમ્બ્રેન (PEM) ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર: ખૂબ જ કોમ્પેક્ટ, ઉચ્ચ પ્રવાહો સાથે કામ કરવા અને ખૂબ જ શુદ્ધ હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા સક્ષમ, ચલ નવીનીકરણીય ઉર્જાને એકીકૃત કરવા માટે આદર્શ.

PEM ટેકનોલોજી ખાસ કરીને રસપ્રદ છે નવીનીકરણીય ઊર્જાના વધઘટને "ગાદી" આપવીજોકે, તેમાં એક મોટી ખામી છે: ઇલેક્ટ્રોડ્સ અને અન્ય ઘટકોમાં પ્લેટિનમ અને ઇરિડિયમ જેવા મહત્વપૂર્ણ પદાર્થો પર તેની નિર્ભરતા, જે ખર્ચમાં વધારો કરે છે અને તેના વૈશ્વિક સ્કેલિંગને જટિલ બનાવે છે. વ્યવહારમાં, વાસ્તવિક દુનિયાના કિસ્સાઓ જેમ કે ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર જે નાવારેમાં ઔદ્યોગિક ગ્રીન હાઇડ્રોજન ચલાવે છે તેઓ PEM ને નવીનીકરણીય ઉર્જા સાથે સંકલિત કરવા માટે તકનીકી અને સામગ્રી આવશ્યકતાઓ દર્શાવે છે.

CSIC ટીમો, જેમ કે જેની આગેવાની હેઠળ મારિયા Retuerto અને Sergio Rojas, પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે આ કિંમતી સામગ્રીને વધુ વિપુલ અને સસ્તા વિકલ્પોથી બદલો જે ઉચ્ચ ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિ અને ટકાઉપણું જાળવી રાખે છે. ધ્યેય ફક્ત સાધનોની કિંમત ઘટાડવાનો નથી, પરંતુ પ્લેટિનમ, ઇરિડિયમ અથવા રૂથેનિયમના નિષ્કર્ષણ સાથે સંકળાયેલ પર્યાવરણીય અસરને ઘટાડવાનો પણ છે.

દરમિયાન, CSIC ની કાર્બોક્વિમિકા સંસ્થા, સંશોધક સાથે મારિયા જેસુસ લાઝારો આગળ, વિકાસ પામે છે AEM નીચા તાપમાનના ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સ બિન-ઉમદા ધાતુઓ પર આધારિત નવા ઇલેક્ટ્રોડ્સ સાથે. આ ટેકનોલોજી બંને વિશ્વના શ્રેષ્ઠને જોડવાનો પ્રયાસ કરે છે: પ્રવાહી વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની સરળતા અને ઓછી કિંમત અને PEM સિસ્ટમ્સની ઉચ્ચ શુદ્ધતા અને કાર્યક્ષમતા.

આ અભ્યાસો અનુસાર, પોલિમરીક આયન વિનિમય પટલ પ્લેટિનમ, ઇરિડિયમ અથવા રૂથેનિયમ વિના ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે. અને હજુ પણ ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરે છે. આ મહત્વપૂર્ણ કાચા માલ પર ઓછી નિર્ભરતા સાથે વધુ આર્થિક રીતે સ્પર્ધાત્મક ગ્રીન હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન માટે દરવાજા ખોલે છે.

સ્થિતિસ્થાપક વિકૃતિને કારણે પ્લેટિનમ-મુક્ત ઉત્પ્રેરકના નવા પરિવારો

સંશોધનનો બીજો મુખ્ય ક્ષેત્ર આના પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે હાઇડ્રોજન ઉત્ક્રાંતિ પ્રતિક્રિયા (HER) માટે પ્લેટિનમના વૈકલ્પિક ઉત્પ્રેરક વિકસાવો. ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સમાં. પ્લેટિનમ તેની અસાધારણ પ્રવૃત્તિ અને સ્થિરતાને કારણે માનક રહે છે, પરંતુ તેની કિંમત અને અછતને કારણે ભવિષ્યની બધી માંગને તેની સાથે પૂરી કરવી અશક્ય બની જાય છે.

IMDEA મટિરિયલ્સના સંશોધકોએ દર્શાવ્યું છે કે, શરૂઆતથી સંપૂર્ણપણે નવી સામગ્રી શોધવાને બદલે, પહેલાથી જ જાણીતા ઇન્ટરમેટાલિક એલોયના પ્રદર્શનમાં ધરખમ સુધારો શક્ય છે. નિયંત્રિત સ્થિતિસ્થાપક વિકૃતિઓ લાગુ કરવી.

ACS કેટાલિસિસમાં પ્રકાશિત થયેલા એક અભ્યાસમાં, નીચેનાનું વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું: ત્રણ ઓછી કિંમતની સિસ્ટમોની ઇન્ટરમેટાલિક પાતળી ફિલ્મો: Ag₃In (ચાંદી અને ઇન્ડિયમ), Ni₃Fe (નિકલ અને આયર્ન) અને Ni₃Sn (નિકલ અને ટીન). જ્યારે આ ફિલ્મો નાના સ્થિતિસ્થાપક વિકૃતિઓ (1% ના ક્રમમાં) ને આધિન હતી, ત્યારે HER માટે તેમની ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિમાં નોંધપાત્ર ઉછાળો જોવા મળ્યો.

સંશોધકોએ ખાતરી કરી કે Ag₃In માં તાણ વિકૃતિઓ પ્રવૃત્તિમાં વધારો કરે છેજ્યારે સંકુચિત તાણ Ni₃Fe, Ni₃Sn અને પ્લેટિનમ પર પણ સમાન અસરો ધરાવે છે.એક ખાસ કરીને આશ્ચર્યજનક કિસ્સામાં, Ni₃Sn ના નમૂનામાં 1,26% નો વધારો થવાથી પ્લેટિનમની કાર્યક્ષમતા લગભગ 71% પ્રાપ્ત થઈ.

આ અભ્યાસ, જેમ કે સંશોધકો દ્વારા લખાયેલ છે જોર્જ રેડોન્ડો, જયચંદ્રન સુબિયન, મિગુએલ મોનક્લુસ, વેલેન્ટિન વાસિલેવ ગાલિન્ડો, જોન મોલિના અને જેવિયર લોર્કા, એ પ્રથમ સ્પષ્ટ પ્રાયોગિક પ્રદર્શનોમાંનું એક છે કે કેવી રીતે ખામીઓ અથવા તિરાડો રજૂ કર્યા વિના, સ્થિતિસ્થાપક વિકૃતિ, ઉત્પ્રેરક ગુણધર્મોને સુધારી શકે છે. સામગ્રીનું.

આ એક નજીકની ઑફર છે વાર્પ-ઓપ્ટિમાઇઝ્ડ ઉત્પ્રેરક ડિઝાઇન કરવા માટે એક સંપૂર્ણપણે નવો રોડમેપતેઓ બિન-કિંમતી ધાતુઓ અને આંતરધાતુઓના આશાસ્પદ સંયોજનોને ઓળખવા માટે મશીન લર્નિંગ સ્ક્રીનીંગ તકનીકોનો પણ ઉપયોગ કરી રહ્યા છે. ધ્યેય એવી સામગ્રીની શોધને વેગ આપવાનો છે જે પ્લેટિનમના પ્રદર્શન સાથે મેળ ખાઈ શકે અથવા તેની નજીક પહોંચી શકે, પરંતુ વધુ અનુકૂળ ઉપલબ્ધતા અને ખર્ચ સાથે.

સૌર ગરમી સાથે સિરામિક પેરોવસ્કાઇટ્સ અને થર્મોકેમિકલ ચક્ર

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ ઉપરાંત, સ્પેનમાં સંશોધનની બીજી એક ખૂબ જ શક્તિશાળી લાઇન છે જે પર આધારિત છે ફક્ત સૂર્યની ગરમીનો ઉપયોગ કરીને પાણીમાંથી લીલો હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવોવીજળીની જરૂરિયાત વિના. રે જુઆન કાર્લોસ યુનિવર્સિટી ખાતે કેમિકલ એન્ડ એન્વાયર્નમેન્ટલ એન્જિનિયરિંગ ગ્રુપ (GIQA) અને ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ફોર રિસર્ચ ઇન ટેક્નોલોજીસ ફોર સસ્ટેનેબિલિટી (ITPS) નું કાર્ય અહીં અલગ તરી આવે છે.

આ ટીમે વિકસાવ્યું છે થર્મોકેમિકલ પાણી વિભાજન ચક્રમાં ભાગ લેવા સક્ષમ નવા સિરામિક પદાર્થોઆ સિદ્ધાંત સમજાવવા માટે પ્રમાણમાં સરળ છે, જોકે તકનીકી રીતે ખૂબ જ મુશ્કેલ છે: પ્રથમ, સામગ્રીને ઊંચા તાપમાને ગરમ કરવામાં આવે છે, તેમની રચનામાંથી ઓક્સિજન મુક્ત થાય છે, અને પછી તેઓ પાણીની વરાળ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરે છે અને તે ઓક્સિજનને પુનઃપ્રાપ્ત કરે છે.

વપરાયેલી સામગ્રી પરિવારની છે સિરામિક પેરોવસ્કાઇટ્સસ્ફટિકીય જાળીમાં ઉચ્ચ ઓક્સિજન ગતિશીલતા ધરાવતા સિરામિક સંયોજનો. આ ગતિશીલતા સામગ્રીને વારંવાર ઓક્સિડાઇઝ અને ઘટાડવાની મંજૂરી આપે છે, ગંભીર અધોગતિ વિના ઘણા ચક્રોનો સામનો કરે છે.

જર્નલમાં પ્રકાશિત થયેલા કાર્યના સૌથી રસપ્રદ યોગદાનમાંનું એક કેટાલિસિસ ટુડે, કે છે આ નવા પેરોવસ્કાઇટ્સ 1000°C થી નીચે કાર્ય કરે છેઆ અન્ય પરંપરાગત થર્મોકેમિકલ સિસ્ટમો દ્વારા જરૂરી ૧૩૦૦-૧૫૦૦°C થી વિપરીત છે. આ તાપમાન ઘટાડાથી નોંધપાત્ર ઉર્જા બચત થાય છે અને સૌર રિએક્ટરનો ઉપયોગ વધુ વ્યવહારુ બને છે.

લા ઇન્વેસ્ટિડોરા મારિયા લિનારેસ સેરાનોGIQA એ દર્શાવે છે કે ઘટાડો-ઓક્સિડેશન ચક્ર ઘણી વખત પુનરાવર્તિત થઈ શકે છેઆ ટેકનોલોજીને એવા છોડમાં નવીનીકરણીય હાઇડ્રોજનના સતત ઉત્પાદન માટે એક આશાસ્પદ વિકલ્પ બનાવે છે જે કેન્દ્રિત સૌર કિરણોત્સર્ગનો સીધો ઉપયોગ કરે છે.

વધુમાં, ટીમે પોતાને સિરામિક પાવડર સાથેના પરીક્ષણો સુધી મર્યાદિત રાખ્યા નથી. તેમણે પેરોવસ્કાઇટ્સને મેક્રોસ્કોપિક ફોર્મેટમાં ઢાળ્યા છે. વાસ્તવિક દુનિયાના ઉપયોગની ખૂબ નજીક, જેમ કે:

• સિરામિક ગોળીઓ કોમ્પેક્ટ્સ.
• છિદ્રાળુ સિરામિક ફીણ મોટા ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર સાથે.
• મોનોલિથિક સપોર્ટ પર પાતળા સ્તરો નાખવામાં આવે છે, ફ્લો રિએક્ટર માટે ખૂબ જ યોગ્ય.

આ રૂપરેખાંકનો ઘન અને વાયુઓ વચ્ચેના સંપર્કને સુધારે છે, તેમજ સૌર રિએક્ટરની અંદર ગરમીનું સ્થાનાંતરણપરીક્ષણોમાં ઉત્પાદિત હાઇડ્રોજનની માત્રામાં નોંધપાત્ર વધારો જોવા મળ્યો છે, જેમાં સિરામિક મોનોલિથ પરના પાતળા સ્તરો ખાસ કરીને ઉત્કૃષ્ટ હતા, જે અભ્યાસમાં સૌથી વધુ ઉત્પાદન મૂલ્યો પ્રાપ્ત કરે છે.

સામગ્રી અને ભૂમિતિની આ અદ્યતન ડિઝાઇન શક્યતાને નજીક લાવે છે મોટા પાયે ગ્રીન હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવામાં સક્ષમ વોલ્યુમેટ્રિક સોલાર રિએક્ટરસ્પેન જેવા ઉચ્ચ સૌર કિરણોત્સર્ગ ધરાવતા દેશ માટે, સીધી સૌર ઉષ્મા ઊર્જા પર આધારિત આ ઉત્પાદન માર્ગ નોંધપાત્ર વ્યૂહાત્મક સંભાવના ધરાવે છે.

ફોટોકેટાલિસિસ અને MOF: ગંદા પાણીમાંથી હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન

બીજો એક નવીન અભિગમ લગભગ સંપૂર્ણપણે બાહ્ય વીજળીનો ઉપયોગ કરે છે અને તેના પર આધાર રાખે છે સૂર્યપ્રકાશનો ઉપયોગ કરીને પાણીને તોડવા માટે ફોટોકેટાલિસિસઆ માળખામાં હાયલિઓસ પ્રોજેક્ટ આવેલો છે, જે ગંદાપાણીના શુદ્ધિકરણ પ્લાન્ટના મોડેલને પરિવર્તિત કરવાનો પ્રયાસ કરે છે.

હાયલિઓસનો ઉદ્દેશ્ય છે સૌર ઉર્જા મેળવવા અને દૂષિત પાણીમાંથી ગ્રીન હાઇડ્રોજનના ઉત્પાદનમાં તેનો ઉપયોગ કરવા સક્ષમ સામગ્રી ડિઝાઇન કરોઆ વિચાર ફોટોકેટાલિટીક રિએક્ટરનો ઉપયોગ કરવાનો છે જે પ્રકાશના સંપર્કમાં આવે ત્યારે, સિસ્ટમને ઇલેક્ટ્રિકલ ગ્રીડ સાથે જોડ્યા વિના પાણીને વિભાજીત કરે છે, આમ ઉર્જા ખર્ચ અને માળખાગત સુવિધાઓની જટિલતા બંને ઘટાડે છે.

ફોટોકેટાલિસિસ ઘણા ફાયદા આપે છે: સરળ અને સંભવિત સસ્તા સાધનોનો ઉપયોગ કરોતે ઓછી ગુણવત્તાવાળા પાણી સાથે કામ કરી શકે છે (પીવાના પાણી સાથે સ્પર્ધા ઘટાડે છે) અને ગોળાકાર પાણી અર્થતંત્રના ખ્યાલો સાથે ખૂબ જ સારી રીતે બંધબેસે છે.

આ પ્રોજેક્ટનો એક મુખ્ય પાસું એ છે કે નવા ટાઇટેનિયમ-આધારિત ધાતુ-કાર્બનિક પદાર્થો (MOFs)IMDEA એનર્જીના નિષ્ણાતોએ MOF IEF-11 (IMDEA એનર્જી ફ્રેમવર્ક્સ) બનાવ્યું છે, જે ફોટોએક્ટિવ ટાઇટેનિયમ યુનિટ્સને સ્ક્વેરિક એસિડ સાથે જોડે છે. આ સામગ્રીએ પાણીની ફોટોસ્પ્લિટિંગ પ્રતિક્રિયામાં ખૂબ જ ઊંચી ફોટોકેટાલિટીક કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરી છે, જે ટાઇટેનિયમ ઓક્સાઇડની જેમ જ છે, જે અત્યાર સુધી સંદર્ભ ફોટોકેટાલિસ્ટ રહ્યું છે.

હાલમાં, કામ ચાલી રહ્યું છે આ MOF ને તેની ટકાઉપણું સુધારવા માટે તેમાં ફેરફાર અને સ્થિરતા લાવો. અને સૌર કિરણોત્સર્ગની શ્રેણીને વિસ્તૃત કરો જે તે શોષી શકે છે. પડકાર એ છે કે લાંબા ગાળાના સ્થિર ફોટોએક્ટિવ સામગ્રીની વર્તમાન અછતને દૂર કરવી અને તે જ સમયે, ગંદાપાણીના શુદ્ધિકરણ પ્લાન્ટને ગંદાપાણીના શુદ્ધિકરણ પ્રક્રિયામાં સંકલિત નાના પાયે લીલા હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન સુવિધાઓમાં રૂપાંતરિત કરવું.

હાયલિઓસનો વિકાસ એ દ્વારા થાય છે લેન્ટાનિયાના નેતૃત્વ હેઠળ બહુ-શાખાકીય સંઘઆ પ્રોજેક્ટ, જેમાં અન્સાસોલ, ITECAM, પોલિટેકનિક યુનિવર્સિટી ઓફ વેલેન્સિયાની કેમિકલ એનર્જી ઇન્સ્ટિટ્યૂટ (ITQ) અને IMDEA એનર્જીનો સમાવેશ થાય છે, તે ઓછામાં ઓછા ઓક્ટોબર 2026 સુધી ચાલશે અને તેનો ઉદ્દેશ્ય ઉર્જા ખર્ચ અને પાણીની શુદ્ધિકરણ અને હાઇડ્રોજન ઉત્પાદનની પર્યાવરણીય અસરમાં ભારે ઘટાડો કરવાનો છે.

નવા, વધુ સક્રિય મલ્ટિમેટાલિક સંયોજનો સાથે વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ

સ્થિતિસ્થાપક રીતે વિકૃત ઇન્ટરમેટાલિક ઉત્પ્રેરક ઉપરાંત, અન્ય ઉત્પ્રેરકો પણ શોધી કાઢવામાં આવી રહ્યા છે. બહુધાતુ સંયોજનો જે તેમના વ્યક્તિગત ઘટકોના પ્રદર્શન કરતાં ઘણા વધારે છે વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દ્વારા હાઇડ્રોજનના ઉત્પાદન માટે.

ના સંશોધકો Twente યુનિવર્સિટી તેઓએ એક નવું ઇલેક્ટ્રોડ મટિરિયલ વિકસાવ્યું છે જેમાં પાંચ અલગ અલગ સંક્રમણ ધાતુઓજોકે આ દરેક ધાતુઓ પોતાની રીતે માત્ર મધ્યમ સક્રિય છે, સંયુક્ત સંયોજન ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિ એક થી બે ક્રમ વધુ તીવ્રતા દર્શાવે છે.

પ્રયોગશાળા પરીક્ષણોમાં, આ સામગ્રીની પ્રવૃત્તિ તેણે વ્યક્તિગત સંયોજનોને 680 સુધીના ગુણાંકથી પાછળ છોડી દીધા.આ પરિણામથી ક્રિસ બેઉમરની આગેવાની હેઠળની સંશોધન ટીમને પણ આશ્ચર્ય થયું. આ સમજૂતી સ્પષ્ટ સિનર્જી અસરમાં રહેલી છે: વિવિધ ધાતુઓ ઇલેક્ટ્રોનિક અને માળખાકીય સ્તરે એકબીજાને "મદદ" કરે છે, જે વધુ ઉત્પ્રેરક રીતે સક્રિય અને સ્થિર સપાટી ઉત્પન્ન કરે છે.

આ સંયોજન પૃથ્વીના પોપડામાં વિપુલ પ્રમાણમાં રહેલા તત્વોથી બનેલું છે, જે તેને પ્લેટિનમ અને ઇરિડિયમને બદલવા માટે એક સંભવિત રીતે સક્ષમ વિકલ્પ ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સમાં. હાલમાં, પ્રવૃત્તિને પ્રયોગશાળા વાતાવરણમાં માન્ય કરવામાં આવી છે અને તેના વર્તનનું હજુ પણ ઔદ્યોગિક સ્તરે પરીક્ષણ કરવાની જરૂર છે.

જેમ સંશોધકો નિર્દેશ કરે છે, પાંચ અલગ અલગ ધાતુઓનું મિશ્રણ જટિલ છે અને સંશ્લેષણ માર્ગો અને સ્કેલિંગ પ્રક્રિયાઓને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવાની જરૂર છે. તેમ છતાં, આ સામગ્રી કાર્યક્ષમતા અને ખર્ચમાં વર્તમાન વાણિજ્યિક ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સ કરતાં વધુ સારી કામગીરી બજાવતા રચનાઓ, ટેક્સચર અને ઓપરેટિંગ પરિસ્થિતિઓને સમાયોજિત કરવા માટે ખૂબ જ આશાસ્પદ આધાર પ્રદાન કરે છે.

સામગ્રી, પાણી અને હાઇડ્રોજનના નવા નવીનીકરણીય સ્ત્રોતોના પડકારો

નવા ઉત્પ્રેરક અને અદ્યતન સિરામિક્સના વિકાસની સાથે, અન્ય પરિબળો પણ ધ્યાનમાં લેવા જોઈએ. સામગ્રી અને જળ સંસાધનો સંબંધિત મુખ્ય પડકારો ગ્રીન હાઇડ્રોજન ખરેખર ટકાઉ બને તે માટે.

એક તરફ, પરંપરાગત ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સ કિંમતી ધાતુઓ પર આધાર રાખે છે (પ્લેટિનમ, ઇરિડીયમ, રૂથેનિયમ), જેના નિષ્કર્ષણમાં ગંભીર પર્યાવરણીય અસરો થાય છે: માટીનું અધોગતિ, જળ પ્રદૂષણ અને ઇકોસિસ્ટમને નુકસાન, તેના ભંડારની ભૌગોલિક સાંદ્રતા ઉપરાંત.

આ નિર્ભરતા ઘટાડવા માટે, ઓછા ખર્ચે વૈકલ્પિક ઉત્પ્રેરકની તપાસ કરવામાં આવી રહી છે કાર્બન ડેરિવેટિવ્ઝ, ચુંબકીય સામગ્રી અથવા ગ્રીન પ્રક્રિયાઓ દ્વારા વિકસિત કૃત્રિમ સંયોજનો પર આધારિત. આ વિચાર વિકલ્પોની શ્રેણીને વિસ્તૃત કરવાનો અને સપ્લાય ચેઇનના આર્થિક અને પર્યાવરણીય ખર્ચ બંનેને ઘટાડવાનો છે.

બીજી તરફ, ગુણવત્તાયુક્ત પાણીની ઉપલબ્ધતા આ એક સંવેદનશીલ મુદ્દો છે. ઇલેક્ટ્રોલિસિસ દ્વારા એક ટન ગ્રીન હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટે, લગભગ નવ ટન શુદ્ધ પાણીની જરૂર પડે છે. વધતી જતી પાણીની અછતના સંદર્ભમાં, માનવ વપરાશ, કૃષિ અને ઉદ્યોગ માટે પાણી વચ્ચેની સ્પર્ધા એક ગંભીર અવરોધ બની શકે છે.

જવાબમાં, રસ્તાઓ જેમ કે દરિયાઈ પાણી, શહેરી અને ઔદ્યોગિક ગંદા પાણીનો ઉપયોગ, અથવા તો આસપાસના ભેજનો ઉપયોગવિશિષ્ટ કંપનીઓ દ્વારા વિકસાવવામાં આવેલી H2umidity જેવી ટેકનોલોજીઓ વાતાવરણીય ભેજમાંથી પાણી ઉત્પન્ન કરવાની અને ઇલેક્ટ્રોલાઇઝરમાં ઉપયોગમાં લેવાની મંજૂરી આપે છે, જેનાથી પરંપરાગત જળ સ્ત્રોતો પર દબાણ ઓછું થાય છે. વધુમાં, પ્રોજેક્ટ્સ જેમ કે CIUDEN સ્ટોરેજ સિસ્ટમ્સને માન્ય કરે છે સૌર અને લીલા હાઇડ્રોજન સાથે એકીકરણ માટે, વધુ સંપૂર્ણ નવીનીકરણીય સાંકળોની કાર્યક્ષમતાને સરળ બનાવવી.

આ બાયોમાસ અને કચરામાંથી ગ્રીન હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદનઉદાહરણ તરીકે, ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ ટેકનોલોજી (ITQ) એવા પાયલોટ પ્લાન્ટ્સ પર કામ કરી રહી છે જે 500-700 °C અને વાતાવરણીય દબાણ પર વરાળ સુધારણા દ્વારા કૃષિ અને વાઇન ઉદ્યોગના કચરામાંથી બાયોઇથેનોલને હાઇડ્રોજનમાં રૂપાંતરિત કરે છે.

આ પ્રક્રિયાઓમાં, નીચે મુજબ થાય છે ડાયહાઇડ્રોજન (H₂) જેનો ઉપયોગ સોલિડ ઓક્સાઇડ ફ્યુઅલ સેલ (SOFCs) માં વીજળી અને ગરમી બંને ઉત્પન્ન કરવા માટે થઈ શકે છે. તેમજ પ્રદૂષિત ન હોય તેવા ઇંધણના સંશ્લેષણ માટે. ઉત્પન્ન થતા હાઇડ્રોજન અને ગરમીનો એક ભાગ પ્લાન્ટમાં જ ફરીથી રોકાણ કરવામાં આવે છે, જેનાથી તેની ઊર્જા સ્વ-નિર્ભરતામાં સુધારો થાય છે અને બાહ્ય માંગ ઓછી થાય છે.

ITQ પણ તપાસ કરે છે માઇક્રોવેવ-આધારિત ટેકનોલોજીઓ આયનીય પદાર્થોનો ઉપયોગ કરીને વીજળીને હાઇડ્રોજન અને અન્ય રસાયણોમાં રૂપાંતરિત કરવા જે તેમની રચનામાંથી ઓક્સિજન મુક્ત કરે છે. આ અભિગમ, પેટન્ટ કરાયેલ અને પ્રકાશિત પ્રકૃતિ Energyર્જાભવિષ્યમાં તેનો ઉપયોગ ઊર્જા સંગ્રહ, કૃત્રિમ ઇંધણ અથવા તો અલ્ટ્રા-ફાસ્ટ બેટરી રિચાર્જિંગમાં પણ થઈ શકે છે, જેના દ્વારા સમગ્ર ઇલેક્ટ્રોડ વોલ્યુમમાં લગભગ તાત્કાલિક ઘટાડો થઈ શકે છે.

ઔદ્યોગિક ઉપયોગો, બાયોફ્યુઅલ અને હાઇડ્રોજન અર્થતંત્ર

હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ પહેલાથી જ ઉદ્યોગોમાં મોટા પાયે થાય છે, ખાસ કરીને માટે તેલ શુદ્ધિકરણ અને એમોનિયા અને ખાતરોનું ઉત્પાદનપરંતુ તે મોટે ભાગે કુદરતી ગેસમાંથી આવે છે. આ "ગ્રે" હાઇડ્રોજનને લીલા હાઇડ્રોજનથી બદલવાથી ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રમાંથી ઉત્સર્જનમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થઈ શકે છે; સિડેનોરે તેના બસૌરી સ્ટીલવર્ક્સમાં ગ્રીન હાઇડ્રોજનનું સફળતાપૂર્વક પરીક્ષણ કર્યું, જે ઉચ્ચ ઉર્જા માંગ ધરાવતા ક્ષેત્રોમાં વાસ્તવિક ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશનો દર્શાવે છે.

ITQ ટીમ્સ પ્રોજેક્ટ પાયલોટ પ્લાન્ટ્સ જે ગ્રીન હાઇડ્રોજનને ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓમાં એકીકૃત કરે છે જેથી હાઇડ્રોજન પોતે પ્લાન્ટની ઉર્જા જરૂરિયાતોનો એક ભાગ પૂરો પાડે. આ રીતે, અત્યંત કાર્યક્ષમ લૂપ્સ બનાવવામાં આવે છે, જ્યાં ઉત્પન્ન થતી ગરમી અને વીજળી ઉત્પાદન પ્રક્રિયાને ટકાવી રાખવામાં મદદ કરે છે.

ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેટાલિસિસ એન્ડ પેટ્રોકેમિસ્ટ્રી (ICP) ખાતે, જેમ કે જૂથો જેમ કે જેની આગેવાની હેઠળ જોસ મિગુએલ કેમ્પોસ તેઓ અભ્યાસ કરે છે નવીનીકરણીય હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ કરીને અદ્યતન બાયોફ્યુઅલનું ઉત્પાદનઆ પ્રક્રિયામાં વનસ્પતિ તેલના કચરાને ઉત્પ્રેરક રિએક્ટરમાં 300-400 °C અને લગભગ 20 વાતાવરણના દબાણ પર હાઇડ્રોજન પ્રવાહ સાથે જોડવામાં આવે છે.

પ્રથમ, કાર્બન ઓક્સાઇડ, રેખીય હાઇડ્રોકાર્બન અને પાણીનું મિશ્રણ ઉત્પન્ન થાય છે; પછી, બીજો તબક્કો પરવાનગી આપે છે તે હાઇડ્રોકાર્બનને ગેસોલિન, કેરોસીન અને ડીઝલ જેવા અપૂર્ણાંકોમાં રૂપાંતરિત કરો, જેની ઉર્જા કાર્યક્ષમતા 85% સુધી પહોંચી શકે છે, જે પરંપરાગત આંતરિક કમ્બશન એન્જિનના લાક્ષણિક પ્રદર્શન કરતા ઘણી વધારે છે.

આ બધા વિકાસ એ વિચારને મજબૂત બનાવે છે કે ગ્રીન હાઇડ્રોજન ભવિષ્યના લો-કાર્બન અર્થતંત્રનો આધારસ્તંભ બનશેજો મૂળભૂત સંશોધન, પ્રદર્શન પ્રોજેક્ટ્સ અને સહાયક નીતિઓ (માળખાકીય રોકાણો, કર પ્રોત્સાહનો, સ્પષ્ટ નિયમનકારી માળખા) ને પ્રોત્સાહન આપવામાં આવે તો.

સોલારાઇઝ્ડ સિરામિક પેરોવસ્કાઇટ્સ, સ્ટ્રેન-ઓપ્ટિમાઇઝ્ડ ઇન્ટરમેટાલિક એલોય અને કિંમતી ધાતુ-મુક્ત મલ્ટિમેટલ કમ્પોઝિટથી લઈને ફોટોએક્ટિવ MOF અને ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સ માટે વૈકલ્પિક ઉત્પ્રેરક સુધીની નવી સામગ્રીમાં આ પ્રગતિનો સરવાળો એક એવી પરિસ્થિતિને આકાર આપી રહ્યો છે જેમાં સતત, કાર્યક્ષમ અને ઓછી પર્યાવરણીય અસર સાથે ગ્રીન હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન હવે દૂરનું વચન નથી. અને તે ધીમે ધીમે મોટા પાયે તકનીકી અને ઔદ્યોગિક વાસ્તવિકતા બનવાની નજીક આવી રહ્યું છે.