பிளாட்டினம் இல்லாத ஹைட்ரஜன் உந்தி 1,000 மணி நேர தொழில்துறை அளவுகோல்களை எட்டியது

ஹைட்ரஜன் உற்பத்திக்கான மலிவான பாதை உருவாகிக் கொண்டிருக்கலாம்

நேரடியாக மின்சாரமாக மாற்ற கடினமான தொழில்கள் மற்றும் பயன்பாடுகளுக்கு ஹைட்ரஜன் நீண்ட காலமாக ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய ஆற்றல் தாங்கியாகக் கருதப்படுகிறது. ஆனால் இந்தத் தொழில்நுட்பத்தின் முக்கிய பொருளாதார கட்டுப்பாடுகளில் ஒன்று சுத்தமாகவும் பெரிய அளவிலும் ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்வதற்கான செலவு. புதுப்பிக்கத்தக்க மின்சாரம் மூலம் இயக்கப்படும் நீர் மின்வேதியியல் பிரிப்பு இதைச் செய்ய முடியும்; ஆனால் பெரும்பாலும் அதிக செயல்திறன் மற்றும் நீடித்த தன்மைக்காக இந்த அமைப்புகள் விலை உயர்ந்த பிளாட்டினம்-குழு உலோகங்களை நம்புகின்றன.

செயின்ட் லூயிஸிலுள்ள Washington University-யில் Gang Wu தலைமையிலான ஒரு ஆராய்ச்சி குழு ஒரு சாத்தியமான மாற்றை காட்டியதாக கூறுகிறது: anion-exchange membrane water electrolyzer-இல் பயன்படுத்துவதற்காக இரண்டு phosphides-ஆல் உருவாக்கப்பட்ட பிளாட்டினம் இல்லாத உந்தி. வழங்கப்பட்ட மூல உரையின் படி, அந்த உந்தி தொழில்-தர நிலைகளில் 1,000 மணி நேரம் இயங்கி, nickel iron anode-உடன் இணைக்கப்பட்ட போது state-of-the-art ஒப்பீட்டு cathode மற்றும் platinum-group-metal benchmark இரண்டையும் விட மேலோங்கியது.

Journal of the American Chemical Society இதழில் வெளியான இந்த ஆய்வு, சுத்த ஹைட்ரஜன் துறையின் ஒரு முக்கிய இலக்கை நோக்குகிறது: செயல்திறனை இழக்காமல், அரிதான மற்றும் விலை உயர்ந்த உந்து பொருட்கள்மீது சார்பை குறைத்தல். இந்த சமநிலை மேம்பட்டால், புதுப்பிக்கத்தக்க ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியின் பொருளாதாரம் ஆற்றல் சேமிப்பு, தொழில்துறை feedstock, மற்றும் எதிர்கால போக்குவரத்து பயன்பாடுகளுக்காக மேலும் ஈர்க்கக்கூடியதாக மாறலாம்.

பிளாட்டினம்-குழு உலோகங்கள் ஏன் இவ்வளவு பெரிய தடையாக உள்ளன

எலக்ட்ரோலைசர்கள் மின்சாரத்தைப் பயன்படுத்தி நீரை ஹைட்ரஜனாகவும் ஆக்சிஜனாகவும் பிரிக்கின்றன. கோட்பாட்டில் இந்த செயல்முறை எளிது. நடைமுறையில், உயர்ந்த செயல்திறனும் நீண்ட இயக்க ஆயுளும் கிடைக்க, வினையை வேகப்படுத்தி கடுமையான மின்வேதியியல் சூழ்நிலைகளையும் தாங்கக்கூடிய உந்து பொருட்கள் தேவைப்படுகின்றன.

அங்கேதான் வரலாற்றாக பிளாட்டினம்-குழு உலோகங்களுக்கு முன்னிலை இருந்தது. அவை மிகுந்த செயல்திறனுடையவை, ஆனால் விலையும் அதிகம். அவற்றின் செலவு எலக்ட்ரோலைசர் அமைப்புகளின் மூலதன விலையை உயர்த்தி, இந்த தொழில்நுட்பம் பொருளாதார ரீதியில் எவ்வளவு தொலைவு அளவுபடுத்தப்படலாம் என்பதைக் குறைக்கிறது. சுத்த ஹைட்ரஜன் ஆதரவாளர்களுக்கு, இந்தப் பொருட்களை மாற்றுவது அல்லது குறைப்பது, பயன்பாட்டுக்கான தடைகளை குறைக்கும் நேரடியான வழிகளில் ஒன்றாகும்.

Washington University குழு anion-exchange membrane water electrolyzers, அல்லது AEMWEs, மீது கவனம் செலுத்தியது. சில பிற எலக்ட்ரோலைசர் வடிவமைப்புகளைக் காட்டிலும் குறைந்த செலவுடைய பொருட்களுடன் உயர் செயல்திறனை வழங்கும் பாதையைக் கொண்டிருப்பதால் இந்த கட்டமைப்பு ஈர்க்கக்கூடியது. ஆனால் வெற்றி, செயல்திறனும் நீடித்த தன்மையும் கொண்ட உந்திகளை கண்டுபிடிப்பதில்தான் இன்னும் சார்ந்திருக்கிறது.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் என்ன கட்டினர்

மூல உரையில் விவரிக்கப்பட்டபடி, குழு இரண்டு phosphides-ஆல் உருவாக்கப்பட்ட heterostructure உந்தியை உருவாக்கியது. இரண்டு பொருட்களையும் composite-ஆக இணைப்பதன் மூலம், ஹைட்ரஜன் பிரித்தெடுக்கும் செயல்முறையில் உந்து செயல்பாட்டை அவர்கள் அதிகரித்ததாகக் கூறுகின்றனர். Wu, அதன் அடிப்படை நோக்கத்தை நடைமுறையில் இவ்வாறு விளக்கியார்: சூரியன், காற்று அல்லது நீரிலிருந்து கிடைக்கும் புதுப்பிக்கத்தக்க மின்சாரத்தைப் பயன்படுத்தி நீரிலிருந்து ஹைட்ரஜனைப் பிரிக்கலாம்; இதனால் ஆற்றல் ஒரு எரிபொருளாக சேமிக்கப்படுகிறது, பின்னர் அது பல பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படலாம்.

இந்த சேமிப்பு அம்சம் மையமாக உள்ளது. ஹைட்ரஜன் ஒரு எரிபொருள் மட்டுமல்ல; புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலை காலத்திலும் பயன்பாடுகளிலும் மாற்றும் ஒரு வழியும் ஆகும். அதிகப்படியான புதுப்பிக்கத்தக்க உற்பத்தியை ஹைட்ரஜனாக மாற்றலாம்; பின்னர் அது ரசாயன உற்பத்தி, தொழில்துறை வெப்பம், அல்லது சரியான சூழலில் மின்சாரம் உருவாக்கம் மற்றும் போக்குவரத்திற்கும் பயன்படலாம்.

மூல உரையின் படி, அந்த phosphide உந்தி nickel iron anode-உடன் இணைக்கப்பட்டபோது, உருவான cathode வெவ்வேறு பொருட்களால் ஆன state-of-the-art cathode-ஐயும் platinum-group-metal benchmark-ஐயும் மிஞ்சியது. அதைவிட முக்கியமாக, அது தொழில்-தர நிலைகளில் 1,000 மணி நேரம் செயல்பாட்டை நிலைநிறுத்தியது.

1,000 மணி நேர முடிவு ஏன் முக்கியம்

மின்வேதியியல் பிரிப்பு ஆராய்ச்சியில் செயல்திறன் குறித்த தலைப்புகள் சாதாரணம்; ஆனால் வணிக ரீதியாக ஒரு முடிவு அர்த்தமுள்ளதா என்பதை பெரும்பாலும் நீடித்த தன்மை தீர்மானிக்கிறது. மிகச்சிறந்த வெளியீட்டை குறுகிய காலம் வழங்கி, விரைவில் சிதைவடையும் உந்தி, செலவுப் பிரச்சினையைத் தீர்க்காது. நடைமுறை பயன்பாட்டிற்கு நீண்டகால செயல்பாடு அவசியம்.

அதனால், மூல உரையில் குறிப்பிடப்பட்ட 1,000 மணி நேர அளவு முக்கியமானது; அது ஆய்வுக்கூட மேம்பாட்டை மட்டும் அல்ல, தொழில்-தரத்தைக் குறிப்பதற்காக வடிவமைக்கப்பட்ட சூழ்நிலைகளில் சகிப்புத்தன்மையைக் காட்டுகிறது. இது தானாகவே பெருமளவு பயன்பாட்டுக்கான தயார்நிலையை நிரூபிக்காது; ஆனால் பிளாட்டினம் இல்லாத அமைப்புகள் தற்போதைய பொருட்களுடன் உள்ள இடைவெளியை மூடிக் கொண்டிருக்கின்றன என்பதற்கான வலுவான சான்றாக இருக்கிறது.

இந்த முடிவு மூலோபாய ரீதியிலும் முக்கியம். மதிப்புமிக்கதல்லாத உந்திகள் வலுவான செயல்பாடையும் இயக்க நிலைத்தன்மையையும் தரக்கூடியவையாக இருந்தால், உற்பத்தியாளர்கள் பொருட்கள் கொள்முதல் மற்றும் platinum-group metal-களுடன் தொடர்புடைய சந்தை அதிர்வுகளைத் தாங்கக்கூடிய அமைப்புகளை வடிவமைப்பதில் மேலும் நெகிழ்வாக இருக்க முடியும்.

இது சுத்த ஆற்றல் அமைப்புகளுக்கு என்ன அர்த்தம்

மிகப்பெரிய தாக்கம் செலவில் இருக்கும். மின்வேதியியல் முறையில் உருவாக்கப்படும் ஹைட்ரஜன், குறிப்பாக மின்சார விலை மற்றும் மூலதனச் செலவு அதிகமாக இருக்கும்போது, பெரும்பாலும் fossil-derived hydrogen-உடன் போட்டியிட சிரமப்படுகிறது. குறைந்த செலவுள்ள உந்திகள் முழுச் சமன்பாட்டையும் தீர்க்காது; ஆனால் எலக்ட்ரோலைசர் பயன்பாட்டின் ஆரம்பச் செலவை குறைக்க உதவலாம்.

இந்தப் பணி ஆற்றல் சேமிப்பு குறித்த ஒரு பரந்த புதிரிலும் பொருந்துகிறது. புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் வளர்ச்சி, நீண்ட காலத்திற்கு மின்சாரத்தைச் சேமிக்கவும், நேரடி மின்மயமாக்கல் கடினமான துறைகளுக்கு ஆதரவளிக்கவும் கூடிய தொழில்நுட்பங்களுக்கான தேவையை அதிகரித்துள்ளது. ஹைட்ரஜன் ஒரு விருப்பம்; ஏனெனில் அது சேமிக்கப்பட்ட ஆற்றலாகவும் தொழில்துறை உள்ளீடாகவும் செயல்பட முடியும்.

இதன் அர்த்தம் எல்லா ஹைட்ரஜன் பயன்பாடுகளும் உடனடியாக பொருளாதார ரீதியாகவோ அல்லது பொருத்தமானதாகவோ மாறிவிடும் என்பதல்ல. உட்கட்டமைப்பு, போக்குவரத்து, மாற்ற இழப்புகள், மற்றும் சந்தை வடிவமைப்பு இன்னும் முக்கியம். ஆனால் தொழில்நுட்பத்தின் நிலையான செலவு மையங்களில் ஒன்றைத் தாக்கும் பொருட்கள் மேம்பாடுகள் குறிப்பிடத்தக்கவை; ஏனெனில் அவை முழு வகையின் அடிப்படை பொருளாதாரத்தை மேம்படுத்துகின்றன.

அடுத்த சோதனை என்பது அதை மாற்றிப் பயன்படுத்துதல்

பல பொருட்கள் சார்ந்த முன்னேற்றங்களைப் போலவே, மீதமுள்ள கேள்வி என்னவென்றால் இந்த முடிவு வெளியிடப்பட்ட ஆய்விலிருந்து வணிக உபகரணங்களுக்குப் பிரதிபலிக்கிறதா என்பதுதான். உற்பத்தி ஒரே மாதிரித் தன்மை, 1,000 மணி நேரத்துக்கு அப்பாலான ஆயுள், அமைப்பு ஒருங்கிணைப்பு, மற்றும் நிஜ உலக செலவுக் குறைப்பு ஆகிய அனைத்தையும் நிரூபிக்க வேண்டும்.

இருப்பினும், இந்த ஆய்வு சுத்த ஹைட்ரஜன் துறை platinum-group metal சார்பை நிரந்தர கட்டுப்பாடாக ஏற்க வேண்டியதில்லை என்ற வாதத்தை வலுப்படுத்துகிறது. மூல உரை ஆதரிக்கும் மையக் கோரிக்கை ஏற்கனவே அர்த்தமுள்ளது: anion-exchange membrane water electrolyzer-இல் ஒரு phosphide-அடிப்படையிலான, பிளாட்டினம் இல்லாத உந்தி திறமையான ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியை வழங்கி, தொழில்-தர நிலைகளில் 1,000 மணி நேரம் இயங்கியது.

இந்த செயல்திறன் மீண்டும் நிரூபிக்கப்பட்டு நீட்டிக்கப்படுமானால், அந்த முன்னேற்றம் ஆய்வுக்கூடத்தைத் தாண்டியும் முக்கியமாக இருக்கும். புதுப்பிக்கத்தக்க ஹைட்ரஜனின் கடினமான பொறியியல் மற்றும் செலவு சவால்களில் ஒன்று மேலும் கையாளக்கூடியதாக மாறி வருவதை இது காட்டும்; பெரிய அளவிலான, குறைந்த செலவுள்ள மின்வேதியியல் பிரிப்பை நடைமுறை யதார்த்தத்துக்கு அருகில் கொண்டு வரும்.

இந்தக் கட்டுரை Phys.org செய்தியறிக்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. மூலக் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.