क्या हाइड्रोजन ईंधन सेल भविष्य के ऊर्जा स्रोत के रूप में ईवी बैटरियों से आगे निकल सकते हैं?

ऑटोमोटिव उद्योग में इस बात पर आम सहमति बन रही है कि भूमि परिवहन का भविष्य विद्युत प्रणोदन है। हालाँकि जैसे ही ई-मोबिलिटी एक अवधारणा के रूप में फिर से सामने आई (यह मत भूलो कि ऑटोमोटिव युग की शुरुआत में ICE और इलेक्ट्रिक कारें सह-अस्तित्व में थीं), इस बात पर बहस चल रही है कि इलेक्ट्रिक मोटर को बिजली की आपूर्ति कैसे की जाए? पहला विकल्प कार में बैटरी पैक का उपयोग करना है - स्पष्ट रूप से इन दिनों अधिक लोकप्रिय विकल्प है। हालाँकि, हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं में एक और तरीका है।

ईंधन सेल क्या है?

वर्तमान बैटरी तकनीक में कम ऊर्जा सामग्री को देखते हुए, कुछ लोगों ने एक अलग दृष्टिकोण का सुझाव दिया। भारी और बड़ी बैटरियों की आवश्यकता के बिना कार में बिजली का उत्पादन करना। यह तकनीक वास्तव में नई नहीं है, क्योंकि इसका उपयोग पहली बार 60 के दशक में नासा द्वारा चंद्रमा पर जेमिनी और अपोलो मिशन पर बिजली उत्पन्न करने के लिए किया गया था। ईंधन सेल कुछ अलग प्रकार के होते हैं, लेकिन ऑटोमोटिव उद्योग में प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल (पीईएमएफसी) का उपयोग लगभग विशेष रूप से किया जाता है।

तो, हम ईंधन सेल में बिजली का उत्पादन कैसे करते हैं? यह अपेक्षाकृत सीधी प्रक्रिया है. ईंधन सेल के तीन मुख्य भाग होते हैं। एनोड, कैथोड और विभाजक। एनोड में H2 को एक टैंक से खिलाया जाता है। H2 दो इलेक्ट्रॉनों और दो प्रोटॉन से बना है। सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए प्रोटॉन विभाजक से गुजरते हैं जबकि नकारात्मक चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉन बाहरी सर्किट से गुजरते हैं और इस प्रकार विद्युत प्रवाह बनाते हैं।

कैथोड पर वायुमंडलीय वायु ऑक्सीजन हाइड्रोजन के प्रोटॉन से मिलती है - जो पहले विभाजक से गुजर चुके हैं - और बाहरी सर्किट के इलेक्ट्रॉनों से। यह संयोजन पानी बनाता है जिसे बाद में कार के टेलपाइप से बाहर निकाल दिया जाता है। एक टेलपाइप जिससे आप पी सकते हैं!

हाइड्रोजन उत्पादन

हाइड्रोजन ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला तत्व है लेकिन यह पृथ्वी पर मुक्त रूप में उपलब्ध नहीं है। इसका मतलब यह है कि हमें इसे हासिल करने का रास्ता खोजना होगा। वर्तमान में हाइड्रोजन उत्पादन के 3+1 तरीके हैं।

ग्रे हाइड्रोजन, जैसा कि इसे कहा जाता है, प्राकृतिक गैस के भाप सुधार के माध्यम से उत्पन्न होता है। प्राकृतिक गैस पर बहुत गर्म और अत्यधिक दबाव वाली पानी की भाप की बौछार की जाती है। यह प्रतिक्रिया H2 और CO2 बनाती है। हाइड्रोजन उत्पादन का यह तरीका पर्यावरण की दृष्टि से सबसे कम अनुकूल है।

ब्लू हाइड्रोजन ग्रे हाइड्रोजन से काफी मिलता-जुलता है, सिवाय इसके कि कार्बन कैप्चर और स्टोरेज (सीसीएस) सिस्टम को उत्पादन प्रक्रिया में एकीकृत किया जाता है, जो जारी CO₂ को वायुमंडल तक पहुंचने से रोकता है।

तीसरा उत्पादन मार्ग इलेक्ट्रोलिसिस है, जो हरित हाइड्रोजन उत्पन्न करता है। यह विधि ईंधन सेल के विपरीत काम करती है: एक विद्युत प्रवाह पानी के अणुओं को उनके घटक गैसों - हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित करता है।

"+1" दृष्टिकोण को फ़िरोज़ा हाइड्रोजन के रूप में जाना जाता है। इस तकनीक में, प्राकृतिक गैस को पिघली हुई धातु के स्नान के माध्यम से प्रवाहित किया जाता है, जिससे हाइड्रोजन और ठोस कार्बन निकलता है। हालाँकि यह अवधारणा वादा दिखाती है, यह अभी तक व्यावसायिक पैमाने पर तैनाती तक नहीं पहुँची है।

मौजूदा विकल्पों में से, हरित हाइड्रोजन टिकाऊ, कम प्रभाव वाले उत्पादन के लिए सबसे बड़ा वादा करता है - बशर्ते प्रक्रिया को चलाने वाली बिजली पवन या सौर ऊर्जा जैसे नवीकरणीय स्रोतों से आती हो।

हाइड्रोजन अवस्थाएँ

उपयोग के लिए हाइड्रोजन की दो संभावित अवस्थाएँ हैं। गैस और तरल रूप, दोनों के अपने फायदे और नुकसान हैं।

चूँकि हाइड्रोजन ब्रह्मांड में सबसे कम सघन तत्व है, कार में इसका उपयोग करने के लिए इसे गंभीरता से संपीड़ित करना पड़ता है। वर्तमान अनुप्रयोगों में हाइड्रोजन को 700 बार तक संपीड़ित किया जाता है। यह बहुत अधिक दबाव है और इसके लिए विशेष और महंगे टैंकों की आवश्यकता होती है।

दूसरा विकल्प तरल रूप है। लेकिन हाइड्रोजन को द्रवीकृत करने के लिए इसे परम शून्य से 20°C ऊपर यानी शून्य से 253°C तक ठंडा करना पड़ता है। यह स्पष्ट है कि हाइड्रोजन के दोनों रूपों को प्राप्त करने के लिए हमें ऊर्जा का उपयोग करने की आवश्यकता है - या तो अत्यधिक उच्च संपीड़न के लिए या शीतलन के लिए।

हालाँकि, हाइड्रोजन के उपयोग का लाभ जबरदस्त है - 1 किलो हाइड्रोजन में 33.3 kWh ऊर्जा होती है। इसका मतलब यह है कि यह सबसे उन्नत वर्तमान बैटरी पैक की तुलना में प्रति किलोग्राम 167 गुना अधिक ऊर्जा वहन करता है!

बैटरी बनाम हाइड्रोजन

तो, सबसे पसंदीदा तरीका क्या है? क्या आप अपनी बिजली ले जाते हैं या कार में उसका उत्पादन करते हैं? ऑटोमोटिव उद्योग इस समय कुछ कारणों से बैटरी पैक का पक्ष ले रहा है।

सबसे पहले, PEMFC की दक्षता लगभग 60% है। प्राकृतिक गैस का भाप सुधार 70% कुशल है जबकि इलेक्ट्रोलिसिस 75% कुशल है। हाइड्रोजन का संपीड़न लगभग 89% कुशल है जबकि इसे द्रवित करना लगभग 66% कुशल है। निम्नलिखित तालिका में सभी नुकसानों का सारांश दिया गया है और बैटरी पैक और हाइड्रोजन के बीच तुलना की गई है। हाइड्रोजन के लिए सबसे कुशल परिदृश्यों का उपयोग किया गया है।

पिछली तालिका से प्राप्त आंकड़ों से संकेत मिलता है कि ईंधन सेल प्रौद्योगिकी एक दक्षता प्रोफ़ाइल उत्पन्न करती है जो लगभग आंतरिक दहन इंजन (आईसीई) गैसोलीन वाहनों के समान होती है। वर्तमान स्थिति को देखते हुए, यात्री कारों में ईंधन सेल लगाने से कोई व्यावहारिक लाभ नहीं मिलता है। नतीजतन, अधिकांश वाहन निर्माता अंतर्निहित बाधाओं के बावजूद, बैटरी पैक दृष्टिकोण को पसंद करते हैं।

यह भी ध्यान देने योग्य है कि समान दूरी तय करने में घर पर इलेक्ट्रिक वाहन को रिचार्ज करने की तुलना में हाइड्रोजन ईंधन भरने की लागत सात से आठ गुना अधिक होती है। जबकि हाइड्रोजन अपने असाधारण ऊर्जा घनत्व के कारण हेवी-ड्यूटी ट्रकिंग में एक स्थान पा सकता है, यह क्षमता इसके उत्पादन के लिए टिकाऊ तरीकों के विकास पर निर्भर है।