अक्षय ऊर्जा की कीमत में कमी के साथ, इसे आर्थिक रूप से बचाने के तरीके खोजने में रुचि बढ़ रही है। बैटरी उत्पादन में अल्पकालिक वृद्धि को संभाल सकती है, लेकिन बिजली उत्पादन में दीर्घकालिक कमी या मौसमी बदलाव को संभालने में सक्षम नहीं हो सकती है। हाइड्रोजन विचाराधीन कई विकल्पों में से एक है जिसमें उच्च नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादकता की अवधि के बीच दीर्घकालिक पुल के रूप में काम करने की क्षमता है।
लेकिन हाइड्रोजन की अपनी समस्याएं हैं। पानी को विभाजित करके इसे प्राप्त करना ऊर्जा की दृष्टि से काफी अक्षम है, और इसे लंबे समय तक संग्रहीत करना कठिन हो सकता है। अधिकांश हाइड्रोजन-उत्पादक उत्प्रेरक भी स्वच्छ पानी के साथ सबसे अच्छा काम करते हैं - जरूरी नहीं कि वह आसानी से उपलब्ध हो, क्योंकि जलवायु परिवर्तन से सूखे की तीव्रता बढ़ जाती है।
चीन में शोधकर्ताओं के एक समूह ने एक उपकरण विकसित किया है जो समुद्री जल से हाइड्रोजन का उत्पादन कर सकता है - वास्तव में, उपकरण के काम करने के लिए इसे समुद्री जल में होना चाहिए। उनके काम के पीछे की मुख्य अवधारणा से कोई भी परिचित होगा जो यह समझता है कि अधिकांश जलरोधक कपड़े कैसे काम करते हैं।
जलरोधक, सांस लेने वाले कपड़े एक झिल्ली पर निर्भर करते हैं जिसमें सावधानीपूर्वक संरचित छिद्र होते हैं। झिल्ली ऐसी सामग्री से बनी होती है जो पानी को पीछे हटाती है। इसमें छिद्र होते हैं, लेकिन वे इतने छोटे होते हैं कि तरल पानी को उनमें से होकर जाने नहीं देते। लेकिन वे इतने बड़े हैं कि अलग-अलग पानी के अणु उनमें से गुजर सकते हैं। नतीजतन, परिधान के बाहर का कोई भी पानी वहां रहता है, लेकिन अंदर का कोई भी पसीना जो वाष्पित हो जाता है, वह अभी भी कपड़े से बहेगा और बाहरी दुनिया में अपना रास्ता बना लेगा। नतीजतन, कपड़ा सांस लेता है।
ऐसी झिल्ली नए डिवाइस के कामकाज के लिए केंद्रीय है। यह झिल्ली के माध्यम से तरल पानी को पारित नहीं करता है, लेकिन यह जल वाष्प को पारित करता है। बड़ा अंतर यह है कि झिल्ली के दोनों तरफ तरल पानी होता है।
बाहर - नमक के मानक सेट के साथ समुद्र का पानी। अंदर एक एकल नमक का एक केंद्रित समाधान है - इस मामले में पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड (केओएच) - जो हाइड्रोजन पैदा करने वाली इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया के अनुकूल है। केओएच समाधान में विसर्जित इलेक्ट्रोड का एक सेट है जो विभाजक के दोनों किनारों पर हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का उत्पादन करता है, गैस धाराओं को साफ रखता है।
उपकरण काम करना शुरू करने के बाद क्या होता है? चूंकि डिवाइस के अंदर का पानी हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का उत्पादन करने के लिए विभाजित होता है, कम जल स्तर कास्टिक नमक समाधान की एकाग्रता को बढ़ाता है (जो शुरू में समुद्री जल की तुलना में बहुत अधिक केंद्रित था)। यह KOH को पतला करने के लिए समुद्री जल झिल्ली के माध्यम से पानी को स्थानांतरित करने के लिए ऊर्जा कुशल बनाता है। और, छिद्रों के लिए धन्यवाद, यह संभव है, लेकिन केवल अगर पानी भाप के रूप में चलता है।
नतीजतन, झिल्ली के अंदर, पानी थोड़े समय के लिए वाष्प अवस्था में रहता है, और फिर उपकरण में प्रवेश करते ही जल्दी से तरल में बदल जाता है। समुद्री जल में निहित लवणों का पूरा जटिल मिश्रण झिल्ली के बाहर रहता है, और इसे विभाजित करने वाले इलेक्ट्रोड को ताजे पानी का एक निरंतर प्रवाह प्रदान किया जाता है। महत्वपूर्ण रूप से, यह सब सामान्य रूप से अलवणीकरण में उपयोग की जाने वाली ऊर्जा का उपयोग किए बिना होता है, जिससे मानक इलेक्ट्रोलाइज़र में उपयोग के लिए पानी के उपचार की तुलना में समग्र प्रक्रिया अधिक ऊर्जा कुशल हो जाती है।
सिद्धांत रूप में, यह सब बहुत अच्छा लगता है, लेकिन क्या यह वास्तव में काम करता है? यह पता लगाने के लिए, टीम ने डिवाइस को इकट्ठा किया और शेन्ज़ेन बे (हांगकांग और मकाऊ के उत्तर में एक खाड़ी) के समुद्री जल में इसका परीक्षण किया। और लगभग हर उचित उपाय से, इसने अच्छा प्रदर्शन किया।
इसने 3200 घंटों के उपयोग के बाद भी प्रदर्शन बनाए रखा, और उपयोग के बाद झिल्ली की इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी से पता चला कि इस चरण में छिद्र अनवरोधित रहे। सिस्टम के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला KOH पूरी तरह से शुद्ध नहीं था, इसलिए इसमें समुद्री जल में पाए जाने वाले आयनों का स्तर कम था। लेकिन ये स्तर समय के साथ नहीं बढ़े, यह पुष्टि करते हुए कि सिस्टम ने समुद्री जल को इलेक्ट्रोलिसिस कक्ष में प्रवेश करने की अनुमति नहीं दी। ऊर्जा की खपत के संदर्भ में, प्रणाली एक मानक इलेक्ट्रोलाइज़र के समान ही उपयोग की जाती है, यह पुष्टि करते हुए कि जल उपचार के लिए किसी ऊर्जा व्यय की आवश्यकता नहीं है।
KOH समाधान भी स्व-संतुलन था, यदि इसका आंतरिक समाधान बहुत पतला हो गया तो उपकरण में पानी का प्रसार धीमा हो जाता है। यदि यह बहुत अधिक केंद्रित हो जाता है, तो इलेक्ट्रोलिसिस की दक्षता कम हो जाती है, इसलिए पानी निकालना धीमा हो जाता है।
लेखकों का अनुमान है कि उनका उपकरण समुद्री जल के दबाव में 75 मीटर तक की गहराई तक काम कर सकता है। हालांकि, इन गहराईयों पर तापमान सीमित हो सकता है, क्योंकि झिल्ली के माध्यम से पानी के प्रसार की दर 30 डिग्री सेल्सियस की तुलना में 0 डिग्री सेल्सियस पर छह गुना अधिक है। डिग्री सेल्सियस।
इन सभी अच्छी खबरों के बावजूद, प्रदर्शन में सुधार करने के अवसर मौजूद हैं। केओएच के अलावा अन्य लवण ठीक हैं, और कुछ बेहतर काम कर सकते हैं। शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि इलेक्ट्रोड के चारों ओर हाइड्रोजेल में KOH को शामिल करने से हाइड्रोजन उत्पादन में वृद्धि हुई है। अंत में, यह संभव है कि पानी के बंटवारे में प्रयुक्त इलेक्ट्रोड की सामग्री या संरचना को बदलने से प्रक्रिया में और तेजी आ सकती है।
अंत में, टीम ने सुझाव दिया कि यह केवल हाइड्रोजन उत्पादन से अधिक के लिए उपयोगी हो सकता है। समुद्री जल के बजाय, उन्होंने लिथियम के एक पतला समाधान में उपकरणों में से एक को डुबो दिया और पाया कि ऑपरेशन के 200 घंटों के बाद, डिवाइस में प्रवेश करने वाले पानी के कारण लिथियम की एकाग्रता 40 गुना से अधिक बढ़ गई। कई अन्य संदर्भ हैं, जैसे दूषित पानी का उपचार, जहां ध्यान केंद्रित करने की यह क्षमता उपयोगी हो सकती है।
यह ऊर्जा भंडार के रूप में हाइड्रोजन के उपयोग से जुड़ी सभी समस्याओं का समाधान नहीं करता है। लेकिन यह निश्चित रूप से हमें इन मुद्दों की सूची से "स्वच्छ पानी की आवश्यकता" को पार करने की अनुमति देने की क्षमता रखता है।
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