पाण्यातून हायड्रोजन इंधन मिळविण्याचे नवे तंत्र विकसित

पाण्यातून हायड्रोजन इंधन मिळविण्याचे नवे तंत्र विकसित

 पाण्यातील हायड्रोजनचा इंधन म्हणून वापर करण्यासाठी कोलोरॅडो बाऊल्डर विद्यापीठातील संशोधकांच्या गटाने नवे तंत्र विकसित केले आहे.   सौर ऊर्जेचा कार्यक्षम वापर करून स्वच्छ आणि हरित इंधन तयार करता येऊ शकत असल्याचा विश्वास संशोधकांना आहे.  
खनिज इंधनाचे साठे मर्यादीत असल्याने भविष्यामध्ये नव्या इंधनाचा शोध घेण्यात येत आहे. भविष्यातील इंधनामध्ये हायड्रोजन हे स्वच्छ आणि पर्यावरणाच्या दृष्टीने फायदेशीर इंधन ठरणार आहे. पृथ्वीवर पाण्याची साठा मुबलक असून, या पाण्याच्या रेणूमध्ये असलेल्या दोन हायड्रोजनच्या अणूंना वेगळे करण्यासाठी सातत्याने विविध पद्धतींचा वापर केला जातो. मात्र, या पारंपरिक पद्धती या अधिक ऊर्जा आणि वेळ खाणाऱ्या आहेत. त्यासाठी सातत्यपू्र्ण तापमान नियंत्रणाची आवश्यकता असते. यावर कोलोरॅडो बाऊल्डर विद्यापीठातील संशोधक वेईमर, चार्ल्स मुसग्रेव्ह, पी. एचडी चे ख्रिस्तोफर मुहिच, पोस्टडॉक्टरेट चे संशोधक जाना मार्टिनेक यांच्यासह कायला वेस्टोन, पॉल लिची, क्षिनहूआ लियांग आणि ब्रायन इव्हान्को यांनी उपाय शोधला आहे.

...अशी आहे प्रक्रिया
या तंत्राबाबत माहिती देताना संशोधक ऍलन वेईमर यांनी सांगितले, की सूर्यप्रकाशाचा वापर करण्यासाठी सौर उष्णता प्रणालीचा वापर केला आहे. त्यांनी काहीशे फूट उंच अशा टॉवर वर हजारो काचाद्वारे प्रकाश परावर्तित व केंद्रीत करून उष्णता निर्माण केली जाते. साधारणतः 2500 अंश फॅरनहीट (1350 अंश सेल्सिअस) इतकी उष्णता गोळा केली जाते. ही उष्णता धातूंच्या ऑक्साईड असलेल्या रिऍक्टरमधून सोडली जाते. त्यामुळे धातूंचे ऑक्साईड गरम होऊन त्यातून ऑक्सिजन अणू बाहेर पडतो. रासायनिक रचनेमध्ये बदल होतो. एक ऑक्सिजनचा अणू कमी झाल्याने नवे संयूग ऑक्सिजन अणूंचा शोध घेते.  या प्रणालीमध्ये सूर्यप्रकाशाच्या ऊर्जेने उकळलेल्या पाण्यातून बाहेर पडणारी वाफ सोडली जाते. या वाफेतील ऑक्सिजन धातूच्या ऑक्साईडच्या पृष्ठभागाकडे ओढले जातात. त्यामूळ हायड्रोजनचे दोन अणू वेगळे होतात. हे अणू हायड्रोजन वायूच्या स्वरुपामध्ये गोळा केले जातात.  हे संशोधन सायन्य या संशोधन पत्रिकेमध्ये प्रकाशित करण्यात आले आहे. या संशोधनासाठी अमेरिकेच्या राष्ट्रीय शास्त्र फाऊंडेशन आणि ऊर्जा विभागाने मदत केली आहे.
- शाश्वत हायड्रोजन इंधनाच्या उत्पादनासाठी पाणी या संयूगाचे विभाजन ही कल्पना म्हणून जुनी असली तरी हे रुपांतर ऊर्जेच्या दृष्टीने परिपुर्ण असण्याची आवश्यकता होती. ती सौर ऊर्जेच्या वापराने पूर्ण होत असल्याचे या तंत्रज्ञानामध्ये दिसून येते.
- कॉन्सट्रेटेड सोलर सिस्टिम मध्ये भिंगाच्या साह्याने कागद किंवा कापूस जाळताना ज्या प्रमाणे सूर्यप्रकाशाचे एकत्रिकरण केले जाते. तीच पद्धती अधिक भिंगाच्या साह्याने वापरली जाते. या प्रक्रियेमध्ये तापमान 1350 अंश सेल्सिअसपेक्षा अधिक मिळवता येते. उष्ण तापमानाला धातूंचे प्रसरण आणि आकुंचण या क्रिया सहजतेने होऊ शकतात. त्यातून धातूंच्या रासायनिक गुणधर्मामध्ये होऊ शकतात.

नवे तंत्र आणि पूर्वीच्या पद्धती यातील फरक
-  ही प्रक्रिया अत्यंत सोपी असून, या पूर्वीच्या पद्धतीपेक्षा वेगळी आहे. या पद्धतीतील फरक स्पष्ट करताना संशोधक चार्ल्स मुसग्रेव्ह यांनी सांगितले, की पाण्यातील हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन अणूंचे विभाजन करण्याची दुहेरी रासायनित प्रक्रिया एकसमान तापमानावर होते. या आधी वापरण्यात आलेल्या पद्धतीमध्ये धातूंचे ऑक्साईड ऑक्सिजन अलग करण्यासाठी रिऍक्टरमध्ये गरम केले जाते. वेगळा झालेला ऑक्सिजन थंड करण्यात येतो. पुन्हा हायड्रोजन वेगळे करण्यासाठी वाफ सोडली जाते. यामध्ये ऊर्जेचा अपव्यय होतो.
- पारंपरिक पद्तीमध्ये तापमानावर सातत्याने नियंत्रण ठेवावे लागते. उष्ण आणि थंड वातावरणातील फऱक योग्य ठेवावा लागतो. मात्र नव्या तंत्रामध्ये दोन्ही क्रिया एकाच तापमानावर होत असल्याने प्रक्रियो सोपी व ऊर्जेच्या दृष्टीने कार्यक्षम होण्यास मदत झाली आहे. केवळ एका व्हॉल्ह च्या साह्याने संपूर्ण प्रक्रिया चालू किंवा बंद करता येते.
- पाण्याचे विभाजनाची दोन पायरीवर होणाऱ्या पारंपरिक पद्धतीमध्ये उष्णता आणि वेळ अधिक प्रमाणात वापरला जातो.


आता प्रवास संकल्पनेपासून प्रत्यक्षापर्यंत
नव्या कोलोरॅडो बाऊल्डर पद्धतीने लोह, कोबाल्ट, ऍल्युमिनिअम अशा विविध धातूंच्या ऑक्साईड पासून हायड्रोजन निर्मिती केली जाते. धातूंच्या प्रकारानुसार व वापरलेल्या वाफेच्या प्रमाणानुसार हायड्रोजन निर्मितीचे प्रमाण ठरते.
या प्रक्रियेसाठी सुमारे एक फूट व्यास आणि काही फूट लांबीचा रिऍक्टर तयार करण्यात आला आहे. या रिऍक्टरमध्ये धातूंचे ऑक्साईड भरून एकावर एक असे ठेवले जातात. अधिक हायड्रोजनच्या निर्मितीसाठी काही एकर क्षेत्रावरून सर्यप्रकाशाचे परावर्तन करून उष्णता मिळवावी लागते. असे अनेक टॉवर उभे करावे लागतात.
 - गेल्या दोन वर्षापासून या संकल्पनेवर कोलोरॅडो बाऊल्डर येथील संशोधकांच्या गटामध्ये काम सुरू होते.
संकल्पनेच्या पातळीवर हे संशोधन तयार झाल्यावर प्रत्यक्षामध्ये त्याची उभारणी करण्यामध्ये कोणत्या अडचणी येतात, हे पाहणे आवश्यक आहे. येत्या काही वर्षामध्ये या पद्धतीचे व्यावसायिक रुपांतर करण्यात येणार आहे. मात्र  हे इंधन स्वच्छ आणि हरित असल्याने पर्यावरणासाठी फायद्याचे ठरणार आहे.

Journal Reference:
C. L. Muhich, B. W. Evanko, K. C. Weston, P. Lichty, X. Liang, J. Martinek, C. B. Musgrave, A. W. Weimer. Efficient Generation of H2 by Splitting Water with an Isothermal Redox Cycle. Science, 2013; 341 (6145): 540 DOI: 10.1126/science.1239454

फोटो ः पाण्याच्या विभाजनातून हायड्रोजन इंधनाची निर्मिती व्यावसायिक दृष्टीने करण्यासाठी सौर ऊर्जा फायद्याची ठरणार आहे.  (कोलोरॅडो बाऊल्डर विद्यापीठातील कलाकाराने तयार केलेले संकल्पनात्मक चित्र.)