ईंधन सेल के लाभों के बारे में सब कुछ

आज, दुनिया संधारणीय ऊर्जा के भविष्य की ओर दौड़ रही है। हालांकि अंतिम विजेता अज्ञात है, हाइड्रोजन एक स्पष्ट अग्रणी के रूप में उभरा है, जो ऊर्जा उत्पादन, वितरण और अनुप्रयोग के लिए कई संभावनाएं प्रदान करता है। ईंधन सेल के लाभों के शीर्षक के रहस्य को सुलझाने के लिए आइए ईंधन सेल क्या है और उनके प्रकार से शुरू करते हैं और फिर हम उनके फायदे और नुकसान के बारे में सब कुछ जानेंगे।

ईंधन सेल 150 से ज़्यादा सालों से मौजूद हैं और ऊर्जा का अंतहीन, पर्यावरण के लिए सुरक्षित और लगातार उपलब्ध स्रोत हैं। तो, अभी तक उनका इस्तेमाल हर जगह क्यों नहीं किया जाता? हाल ही तक, इसकी वजह लागत थी। सेल का निर्माण करना बहुत महंगा था। लेकिन अब ऐसा नहीं है।

ईंधन सेल क्या है?

फ्यूल सेल एक विद्युत रासायनिक उपकरण है जो रासायनिक ऊर्जा को उपयोगी विद्युत धारा में परिवर्तित करता है । प्रत्येक फ्यूल सेल में दो इलेक्ट्रोड होते हैं जिन्हें एनोड और कैथोड कहा जाता है। इन इलेक्ट्रोडों पर ही वे अभिक्रियाएं होती हैं जिनसे विद्युत उत्पन्न होती है।

प्रत्येक ईंधन सेल में एक इलेक्ट्रोलाइट होता है, जो विद्युत आवेशित कणों को एक इलेक्ट्रोड से दूसरे इलेक्ट्रोड तक पहुंचाता है, साथ ही एक उत्प्रेरक भी होता है, जो इलेक्ट्रोड पर होने वाली प्रतिक्रियाओं को गति देता है। हालांकि हाइड्रोजन सबसे बुनियादी ईंधन है, ईंधन सेल को ऑक्सीजन की भी आवश्यकता होती है। ईंधन सेल की सबसे आकर्षक विशेषताओं में से एक यह है कि इनसे बहुत कम प्रदूषण होता है ; बिजली उत्पादन के लिए आवश्यक हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का अधिकांश भाग अंततः मिलकर एक हानिरहित उप-उत्पाद, मुख्य रूप से पानी बनाता है।

एक एकल ईंधन सेल प्रत्यक्ष धारा (डीसी) बिजली की नगण्य मात्रा का उत्पादन करता है। व्यवहार में, कई ईंधन सेल अक्सर एक साथ रखे जाते हैं। अवधारणाएँ एक ही हैं चाहे सेल में हों या स्टैक में। इसके बाद, आइए ईंधन सेल के फायदे और नुकसान के बारे में जानें।

4 ईंधन सेल के फायदे और नुकसान

वेल्स के न्यायाधीश, आविष्कारक और वैज्ञानिक सर विलियम रॉबर्ट ग्रोव ने 1839 में पहला ईंधन सेल का आविष्कार किया। उन्होंने इलेक्ट्रोलाइट की उपस्थिति में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को मिलाकर बिजली और पानी का सृजन किया। यह आविष्कार, जिसे बाद में ईंधन सेल के नाम से जाना गया, उपयोगी होने के लिए पर्याप्त बिजली उत्पन्न नहीं कर सका। तो आइए, ईंधन सेल के कुछ फायदे और नुकसानों पर एक नजर डालते हैं ।

फायदे

1. रिचार्ज की जरूरत नहीं

ईंधन सेल को रिचार्ज करने की आवश्यकता नहीं होती। ईंधन सेल तब तक ऊर्जा की प्रतिकृति बना सकता है जब तक उसे ईंधन की आपूर्ति न हो जाए।

2. कोई स्वास्थ्य समस्या नहीं

ईंधन सेल खतरनाक नहीं होते और इनसे स्वास्थ्य संबंधी समस्याएं नहीं होतीं, क्योंकि इनके संचालन के दौरान धुआं या धुंध उत्पन्न नहीं होती।

3। कुशल

ईंधन सेल बेहद कुशल होते हैं क्योंकि वे रासायनिक ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में बदल सकते हैं। बाजार में उपलब्ध अन्य विकल्पों की तुलना में, ईंधन सेल 60% अधिक कुशल होते हैं।

4. प्रदूषण मुक्त

ईंधन सेल का वायु प्रदूषण पर कोई नकारात्मक प्रभाव नहीं पड़ता है। यह ईंधन सेल के अन्य लाभों में से सबसे उल्लेखनीय लाभों में से एक है। चूँकि ईंधन सेल में कोई यांत्रिक भाग नहीं होता है, इसलिए यह पूरी तरह से शांत होता है, इसलिए कोई ध्वनि प्रदूषण नहीं होता है।

यदि हाइड्रोजन को इनपुट ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है, तो केवल जल, ऊष्मा और बिजली ही उप-उत्पाद के रूप में दिखाई देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अधिकतम दक्षता प्राप्त होती है और कोई हानिकारक पदार्थ उत्सर्जित नहीं होता है।

नुकसान

1. महंगा और लंबे समय तक न चलने वाला

ईंधन सेल के फायदों की तरह, उनके नुकसान भी हैं। जैसे- वे काफी महंगे होते हैं। ईंधन सेल का जीवनकाल कम होता है।

2. भण्डारण करना कठिन

ईंधन कोशिकाओं को भण्डारित करना कठिन होता है, क्योंकि कोशिकाओं में प्रयुक्त ईंधन को एक विशिष्ट तापमान और दबाव स्तर पर रखना आवश्यक होता है।

3. असुरक्षित और खतरनाक

हाइड्रोजन एक बहुत ही ज्वलनशील ईंधन है, जो स्पष्ट सुरक्षा समस्याएँ पैदा करता है। हवा में, हाइड्रोजन गैस 4 से 75% तक की सांद्रता में जलती है।

4. निकालना कठिन

ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर तत्व होने के बावजूद, हाइड्रोजन अपने आप में मौजूद नहीं है, इसलिए इसे इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा पानी से एकत्र किया जाना चाहिए या कार्बन-आधारित जीवाश्म ईंधन से अलग किया जाना चाहिए। इन दोनों तरीकों को पूरा करने के लिए काफी मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

यह ऊर्जा हाइड्रोजन से प्राप्त ऊर्जा से भी अधिक महंगी हो सकती है। इसके अलावा, सीसीएस की अनुपस्थिति में, इस निष्कर्षण के लिए अक्सर जीवाश्म ईंधन का उपयोग करना आवश्यक हो जाता है, जिससे हाइड्रोजन की पारिस्थितिक साख कमज़ोर हो जाती है।

ईंधन कोशिकाओं के विभिन्न प्रकार क्या हैं?

फ्यूल सेल के फायदे और नुकसान जानने के बाद, आइए विभिन्न प्रकार के फ्यूल सेल के बारे में भी जानें। फ्यूल सेल के बीच मुख्य अंतर उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोलाइट के प्रकार पर आधारित होता है । यह वर्गीकरण निम्नलिखित प्रकारों को परिभाषित करता है:

• कोशिका में होने वाली विद्युत-रासायनिक प्रक्रियाएँ
• आवश्यक उत्प्रेरकों का प्रकार
• वह तापमान सीमा जिस पर सेल कार्य करता है
• आवश्यक ईंधन और अन्य मानदंड।

ये गुण, बदले में, उन अनुप्रयोगों को प्रभावित करते हैं जिनके लिए ये सेल सबसे उपयुक्त हैं। वर्तमान में ईंधन सेल की कई किस्में विकसित की जा रही हैं, जिनमें से प्रत्येक के अपने फायदे, सीमाएँ और संभावित अनुप्रयोग हैं। नीचे ईंधन सेल के प्रकारों के बारे में अधिक जानें।

1. इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली पॉलिमर ईंधन सेल 

पॉलीमर इलेक्ट्रोलाइट मेम्ब्रेन (पीईएम) ईंधन सेल, जिन्हें प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन ईंधन सेल भी कहा जाता है, पारंपरिक ईंधन सेल की तुलना में उच्च शक्ति घनत्व और कम वजन और आयतन वाले होते हैं। पीईएम ईंधन सेल का इलेक्ट्रोलाइट एक ठोस पॉलीमर होता है , और इलेक्ट्रोड छिद्रयुक्त कार्बन के बने होते हैं जिनमें प्लैटिनम या प्लैटिनम मिश्र धातु उत्प्रेरक होता है। इन्हें कार्य करने के लिए केवल हाइड्रोजन, हवा से ऑक्सीजन और पानी की आवश्यकता होती है। ये आमतौर पर भंडारण टैंकों या रिफॉर्मरों द्वारा प्रदान की गई शुद्ध हाइड्रोजन से संचालित होते हैं।

पीईएम ईंधन सेल कम तापमान पर काम करते हैं , आमतौर पर लगभग 80°C (176°F) पर। कम तापमान पर चलने से ये जल्दी चालू हो जाते हैं (वार्म-अप समय कम लगता है) और सिस्टम के घटकों पर घिसाव कम होता है, जिससे इनकी टिकाऊपन बढ़ जाती है। हालांकि, इसके लिए हाइड्रोजन के इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉनों को अलग करने के लिए एक उत्कृष्ट धातु उत्प्रेरक (आमतौर पर प्लैटिनम) का उपयोग आवश्यक होता है, जिससे सिस्टम की लागत बढ़ जाती है। चूंकि प्लैटिनम उत्प्रेरक कार्बन मोनोऑक्साइड विषाक्तता के प्रति विशेष रूप से संवेदनशील होता है, इसलिए यदि हाइड्रोजन का उत्पादन हाइड्रोकार्बन ईंधन से किया जाता है, तो ईंधन गैस में कार्बन मोनोऑक्साइड को हटाने के लिए एक अतिरिक्त रिएक्टर की आवश्यकता होती है। यह रिएक्टर भी महंगा होता है।

पीईएम ईंधन सेल मुख्य रूप से परिवहन और कुछ स्थिर अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं । पीईएम ईंधन सेल विशेष रूप से ऑटोमोबाइल, बसों और भारी-भरकम ट्रकों जैसे ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए उपयुक्त हैं।

2. प्रत्यक्ष मेथनॉल ईंधन के लिए सेल

अधिकांश ईंधन सेल हाइड्रोजन से संचालित होते हैं, जिसे सीधे सिस्टम में पहुंचाया जा सकता है या मेथनॉल, इथेनॉल और हाइड्रोकार्बन ईंधन जैसे हाइड्रोजन-समृद्ध ईंधनों को रूपांतरित करके सिस्टम के भीतर ही उत्पन्न किया जा सकता है। हालांकि, डायरेक्ट मेथनॉल ईंधन सेल (डीएमएफसी) शुद्ध मेथनॉल से संचालित होते हैं , जिसे आमतौर पर पानी के साथ मिलाकर सीधे ईंधन सेल के एनोड में पहुंचाया जाता है।

मेथनॉल की ऊर्जा घनत्व हाइड्रोजन से अधिक है, हालांकि गैसोलीन या डीजल से कम है। डायरेक्ट मेथनॉल फ्यूल सेल (डीएमएफसी) कई ऐसी ईंधन भंडारण समस्याओं से बचते हैं जो कुछ अन्य फ्यूल सेल सिस्टम में पाई जाती हैं। मेथनॉल गैसोलीन की तरह तरल अवस्था में होने के कारण, मौजूदा बुनियादी ढांचे का उपयोग करके इसे परिवहन करना और जनता तक पहुंचाना भी आसान है। डीएमएफसी का उपयोग अक्सर मोबाइल फोन और लैपटॉप कंप्यूटर जैसे पोर्टेबल फ्यूल सेल उपकरणों को चलाने के लिए किया जाता है।

3. क्षारीय ईंधन के लिए सेल 

क्षारीय ईंधन सेल (एएफसी) सबसे पहले आविष्कृत ईंधन सेल प्रौद्योगिकियों में से एक थे, और ये पहले ऐसे सेल थे जिनका व्यापक रूप से संयुक्त राज्य अमेरिका के अंतरिक्ष कार्यक्रम में अंतरिक्ष यान पर विद्युत ऊर्जा और पानी उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया गया था। इन ईंधन सेलों में इलेक्ट्रोलाइट पानी में पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड का घोल होता है , और एनोड और कैथोड कई गैर-कीमती धातुओं के हो सकते हैं।

इस प्रकार के ईंधन सेल के लिए एक महत्वपूर्ण चुनौती कार्बन डाइऑक्साइड विषाक्तता (CO2) के प्रति इसकी संवेदनशीलता है । वास्तव में, हवा में CO2 की थोड़ी सी मात्रा भी कार्बोनेट उत्पादन के कारण सेल के प्रदर्शन और स्थायित्व पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकती है। तरल इलेक्ट्रोलाइट वाले क्षारीय सेल को पुनर्संचार मोड में चलाया जा सकता है, जो इलेक्ट्रोलाइट पुनर्जनन की अनुमति देता है और इलेक्ट्रोलाइट में कार्बोनेट उत्पादन के प्रभावों को कम करने में मदद करता है, लेकिन साथ ही साथ शंट करंट संबंधी समस्याएं भी उत्पन्न करता है।

तरल इलेक्ट्रोलाइट प्रणालियों के साथ अतिरिक्त समस्याओं में गीलापन, संक्षारण में वृद्धि और विभेदक दबावों को नियंत्रित करने में कठिनाई शामिल हैं। इन कठिनाइयों का समाधान क्षारीय झिल्ली ईंधन कोशिकाओं (एएमएफसी) द्वारा किया जाता है, जो तरल-इलेक्ट्रोलाइट एएफसी की तुलना में सीओ2 विषाक्तता के प्रति कम संवेदनशील होती हैं। हालांकि, सीओ2 का प्रदर्शन पर प्रभाव बना रहता है, और एएमएफसी का प्रदर्शन और स्थायित्व पीईएमएफसी की तुलना में कम होता है।

एएमएफसी का अध्ययन वाट से लेकर किलोवाट तक के अनुप्रयोगों के लिए किया जा रहा है । कार्बन डाइऑक्साइड के प्रति सहनशीलता, झिल्ली चालकता और स्थायित्व, उच्च तापमान पर संचालन, जल प्रबंधन, शक्ति घनत्व और एनोड इलेक्ट्रोकैटलिसिस, ये सभी एएमएफसी के लिए चुनौतियां हैं।

4. फॉस्फोरिक एसिड की कोशिकाएं

PAFC में इलेक्ट्रोलाइट के रूप में तरल फॉस्फोरिक एसिड का उपयोग किया जाता है (यह एसिड टेफ्लॉन-बंधित सिलिकॉन कार्बाइड मैट्रिक्स में मौजूद होता है) और प्लैटिनम उत्प्रेरक के साथ छिद्रित कार्बन इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जाता है। दाईं ओर दिया गया चित्र सेल में होने वाली विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं को दर्शाता है।

PAFC को आधुनिक ईंधन सेल की "पहली पीढ़ी" माना जाता है । यह सबसे विकसित ईंधन सेल प्रकारों में से एक है और व्यावसायिक रूप से उपलब्ध होने वाला पहला ईंधन सेल है। हालांकि इस प्रकार के ईंधन सेल का उपयोग आमतौर पर स्थिर बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, लेकिन कुछ PAFC का उपयोग शहरी बसों जैसे बड़े वाहनों को चलाने के लिए भी किया गया है।

पीएएफसी, रिफॉर्म किए गए जीवाश्म ईंधनों में मौजूद अशुद्धियों के प्रति पीईएम सेल की तुलना में अधिक प्रतिरोधी होते हैं । पीईएम सेल कार्बन मोनोऑक्साइड से आसानी से "दूषित" हो जाते हैं क्योंकि कार्बन मोनोऑक्साइड एनोड पर प्लैटिनम उत्प्रेरक से बंध जाता है, जिससे ईंधन सेल की दक्षता कम हो जाती है। बिजली और ऊष्मा दोनों उत्पन्न करने के लिए उपयोग किए जाने पर पीएएफसी 85% से अधिक कुशल होते हैं, लेकिन केवल बिजली उत्पन्न करने पर इनकी दक्षता कम (37%-42%) होती है।

PAFC की दक्षता दहन -आधारित विद्युत संयंत्रों की तुलना में केवल थोड़ी ही अधिक होती है, जिनकी दक्षता सामान्यतः लगभग 33% होती है। समान भार और आयतन होने पर भी, PAFC अन्य ईंधन सेलों की तुलना में कम शक्तिशाली होते हैं। इसलिए, ये ईंधन सेल आमतौर पर बड़े और भारी होते हैं। PAFC महंगे भी होते हैं। इनमें अन्य प्रकार के ईंधन सेलों की तुलना में काफी अधिक प्लैटिनम उत्प्रेरक की आवश्यकता होती है, जिससे लागत बढ़ जाती है।

5. पिघले हुए कार्बोनेट के लिए ईंधन सेल

प्राकृतिक गैस और कोयले से चलने वाले विद्युत संयंत्रों के साथ-साथ विद्युत उपयोगिता, औद्योगिक और सैन्य उपयोगों के लिए पिघले हुए कार्बोनेट ईंधन सेल (एमसीएफसी) विकसित किए जा रहे हैं। एमसीएफसी उच्च तापमान वाले ईंधन सेल हैं जो एक छिद्रपूर्ण, रासायनिक रूप से निष्क्रिय सिरेमिक लिथियम एल्यूमीनियम ऑक्साइड मैट्रिक्स में तैरते हुए पिघले हुए कार्बोनेट लवणों से बने इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते हैं । चूंकि ये 650°C (लगभग 1,200°F) के उच्च तापमान पर कार्य करते हैं, इसलिए एनोड और कैथोड पर उत्प्रेरक के रूप में गैर-कीमती धातुओं का उपयोग किया जा सकता है।

फॉस्फोरिक एसिड फ्यूल सेल की तुलना में MCFC द्वारा लागत में महत्वपूर्ण बचत का एक अन्य कारण बेहतर दक्षता है । टरबाइन के साथ संयोजन करने पर, मोल्टेन कार्बोनेट फ्यूल सेल लगभग 65% की दक्षता प्राप्त कर सकते हैं, जो फॉस्फोरिक एसिड फ्यूल सेल के 37%-42% की दक्षता से काफी अधिक है। अपशिष्ट ऊष्मा को पुनर्प्राप्त और उपयोग करने पर समग्र ईंधन दक्षता 85% से अधिक हो सकती है।

एमसीएफसी को प्राकृतिक गैस और बायोगैस को हाइड्रोजन में परिवर्तित करने के लिए बाहरी रिफॉर्मर की आवश्यकता नहीं होती है । चूंकि एमसीएफसी उच्च तापमान पर काम करते हैं, इसलिए इन ईंधनों में मौजूद मीथेन और अन्य हल्के हाइड्रोकार्बन आंतरिक रिफॉर्मिंग नामक प्रक्रिया के माध्यम से ईंधन सेल के भीतर ही हाइड्रोजन में परिवर्तित हो जाते हैं, जिससे लागत की भी बचत होती है।

मौजूदा एमसीएफसी तकनीक की मूलभूत खामी इसकी कम जीवन अवधि है । इन सेलों का उच्च परिचालन तापमान, साथ ही इसमें प्रयुक्त संक्षारक इलेक्ट्रोलाइट, घटकों के टूटने और जंग लगने की प्रक्रिया को तेज कर देते हैं, जिससे सेल का जीवनकाल कम हो जाता है। वैज्ञानिक वर्तमान में घटकों के लिए जंग-रोधी सामग्रियों के साथ-साथ ऐसे ईंधन सेल डिजाइनों पर शोध कर रहे हैं जो प्रदर्शन में कोई कमी किए बिना सेल के जीवनकाल को वर्तमान 40,000 घंटे (पांच वर्ष) से ​​दोगुना कर सकें।

6. ठोस ऑक्साइड ईंधन के लिए सेल

सॉलिड ऑक्साइड फ्यूल सेल (SOFC) में, इलेक्ट्रोलाइट एक सघन, गैर-छिद्रपूर्ण सिरेमिक होता है । SOFC लगभग 60% दक्षता की दर से ईंधन को बिजली में परिवर्तित करते हैं। सिस्टम की अपशिष्ट ऊष्मा को एकत्रित और उपयोग करने (सह-उत्पादन) के लिए डिज़ाइन किए गए सिस्टम में समग्र ईंधन उपयोग दक्षता 85% से अधिक हो सकती है।

एसओएफसी अत्यंत उच्च तापमान पर कार्य करते हैं , जो 1,000°C (1,830°F) तक हो सकता है। उच्च तापमान पर संचालन से कीमती धातु उत्प्रेरक की आवश्यकता समाप्त हो जाती है, जिससे लागत कम हो जाती है। यह एसओएफसी को ईंधन को आंतरिक रूप से रिफॉर्म करने में भी सक्षम बनाता है, जिससे वे ईंधन की एक विस्तृत श्रृंखला का उपयोग कर सकते हैं और सिस्टम में रिफॉर्मर जोड़ने का खर्च कम हो जाता है।

SOFCs सबसे अधिक सल्फर-प्रतिरोधी ईंधन सेल प्रकार भी हैं, जो अन्य सेल प्रकारों की तुलना में बहुत अधिक सल्फर का सामना करने में सक्षम हैं। इसके अलावा, वे कार्बन मोनोऑक्साइड से भी नुकसान नहीं पहुंचाते हैं, जिसका उपयोग ईंधन के रूप में भी किया जा सकता है। यह विशेषता SOFC को प्राकृतिक गैस, बायोगैस और कोयले से निकलने वाली गैसों का उपयोग करने में सक्षम बनाती है। उच्च तापमान पर संचालन करने में कुछ कमियाँ हैं।

इससे इंजन के चालू होने में देरी होती है और गर्मी बनाए रखने और कर्मचारियों की सुरक्षा के लिए व्यापक थर्मल शील्डिंग की आवश्यकता होती है, जो उपयोगिता के लिहाज से तो ठीक है, लेकिन परिवहन के लिए नहीं। उच्च परिचालन तापमान के कारण , सामग्रियों को कठोर टिकाऊपन मानकों को पूरा करना आवश्यक है। इस तकनीक की मुख्य तकनीकी चुनौती सेल के परिचालन तापमान पर उच्च सहनशीलता वाली कम लागत वाली सामग्रियों का विकास करना है।

वैज्ञानिक अब कम तापमान वाले SOFC बनाने की संभावना की जांच कर रहे हैं जो 700 डिग्री सेल्सियस या उससे कम तापमान पर काम करते हैं, जिनमें स्थायित्व संबंधी कम समस्याएं होती हैं और जो कम महंगे होते हैं। कम तापमान वाले SOFC अभी तक उच्च तापमान वाले सिस्टम के प्रदर्शन के बराबर नहीं हो पाए हैं, और इस कम तापमान रेंज के लिए स्टैक सामग्री अभी भी विकसित की जा रही है।

7. प्रतिवर्ती ईंधन सेल

पारंपरिक ईंधन सेल की तरह, प्रतिवर्ती ईंधन सेल भी हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से बिजली उत्पन्न करते हैं, साथ ही ऊष्मा और पानी को उप-उत्पाद के रूप में उत्पन्न करते हैं। दूसरी ओर, प्रतिवर्ती ईंधन सेल प्रणालियाँ सौर, पवन या अन्य स्रोतों से प्राप्त बिजली का उपयोग करके विद्युत अपघटन नामक प्रक्रिया के माध्यम से पानी को ऑक्सीजन और हाइड्रोजन ईंधन में विभाजित कर सकती हैं।

रिवर्सिबल फ्यूल सेल जरूरत पड़ने पर बिजली पैदा कर सकते हैं , लेकिन जब अन्य तकनीकों से उच्च विद्युत उत्पादन होता है (उदाहरण के लिए, जब तेज हवाओं के कारण पवन ऊर्जा अधिक मात्रा में उपलब्ध होती है), तो रिवर्सिबल फ्यूल सेल अतिरिक्त ऊर्जा को हाइड्रोजन के रूप में संग्रहित कर सकते हैं। ऊर्जा भंडारण की यह क्षमता रुक-रुक कर मिलने वाली नवीकरणीय ऊर्जा तकनीक के लिए क्रांतिकारी साबित हो सकती है। इसके बाद, आइए फ्यूल सेल के कार्य सिद्धांत के बारे में जानें।

यह भी देखें: भारत में शीर्ष 3 हरित ऊर्जा स्टॉक

ईंधन सेल का कार्य सिद्धांत क्या है?

ईंधन सेल के फायदों के बारे में जानने के बाद, आपको इसके कार्य सिद्धांत के बारे में भी जानना चाहिए। एक ईंधन सेल दो इलेक्ट्रोड, एक एनोड और एक कैथोड से बना होता है , जो एक इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली द्वारा अलग किए जाते हैं। हाइड्रोजन, मीथेन, इथेन, इथेनॉल और अन्य कार्बनिक ईंधनों का उपयोग ईंधन सेल में बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। इन ईंधनों का अपूर्ण दहन होता है और उप-उत्पाद के रूप में ऊष्मा उत्सर्जित होती है। इनमें से अधिकांश अभिक्रियाएं रेडॉक्स प्रकृति की होती हैं और उप-उत्पाद के रूप में जल और कार्बन डाइऑक्साइड का निर्माण करती हैं।

रेडॉक्स अभिक्रियाओं में इलेक्ट्रॉनों के परिवहन के परिणामस्वरूप रासायनिक ऊर्जा का विद्युत ऊर्जा में रूपांतरण होता है। इलेक्ट्रोड के बीच एक इलेक्ट्रोलाइट पदार्थ होता है। ईंधन को प्रत्येक इलेक्ट्रोड तक अलग से पहुँचाया जाता है। मान लें कि ईंधन सेल में, हाइड्रोजन को एनोड तक पहुँचाया जाता है, और हवा को कैथोड तक पहुँचाया जाता है। इस मामले में, सेल के एनोड की तरफ़ उत्प्रेरक हाइड्रोजन अणुओं को प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन जैसे छोटे कणों में तोड़ देता है।

दोनों तत्व अलग-अलग मार्गों से कैथोड की ओर यात्रा करने का प्रयास करते हैं। इलेक्ट्रॉन कैथोड तक एक बाहरी चैनल का अनुसरण करते हैं, जिससे करंट मिलता है, जबकि प्रोटॉन इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली से होकर कैथोड तक जाते हैं, जहाँ वे ऑक्सीजन अणुओं और इलेक्ट्रॉनों के साथ प्रतिक्रिया करके पानी और गर्मी को उप-उत्पाद के रूप में बनाते हैं।

यह भी पढ़ें: भारत की शीर्ष 30+ नवीकरणीय ऊर्जा कंपनियां

कुछ ईंधन सेल अनुप्रयोगों की सूची बनाएं

आइये हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं के दस उपयोगों पर नजर डालें, जिनमें से कुछ के बारे में शायद आप नहीं जानते होंगे!

1. गोदाम प्रबंधन: कई बड़े गोदाम और वितरण संगठन स्वच्छ ट्रकों, फोर्कलिफ्ट, पैलेट जैक और अन्य उपकरणों को चलाने के लिए हाइड्रोजन ईंधन सेल का उपयोग कर रहे हैं।

2. अंतर्राष्ट्रीय वितरण: ईंधन सेल लंबी दूरी की ढुलाई और स्थानीय वितरण के लिए आवश्यक क्षमता और शक्ति प्रदान करते हैं। निकोला, हुंडई, टोयोटा, केनवर्थ और यूपीएस पहले से ही हाइड्रोजन से चलने वाले सेमी-ट्रक और वैन का निर्माण कर रहे हैं।

3. बसें: हाइड्रोजन ईंधन सेल बसों सहित सार्वजनिक परिवहन के विभिन्न साधनों में हाइड्रोजन ऊर्जा के उपयोग का अध्ययन किया जा रहा है। शिकागो, वैंकूवर, लंदन और बीजिंग सहित कई बड़े शहरों ने हाइड्रोजन से चलने वाली बसों के साथ प्रयोग किए हैं।

4. ट्रेनें: हाइड्रोजन ईंधन सेल वाली ट्रेनें अब जर्मनी में आ चुकी हैं, और अगले पांच वर्षों में यूनाइटेड किंगडम, फ्रांस, इटली, जापान, दक्षिण कोरिया और संयुक्त राज्य अमेरिका में भी इस प्रकार की ट्रेनें आने की संभावना है।

5. व्यक्तिगत वाहन: नौ प्रमुख ऑटोमोबाइल निर्माता कंपनियां निजी उपयोग के लिए हाइड्रोजन फ्यूल सेल इलेक्ट्रिक वाहनों (HFCEVs) पर काम कर रही हैं। टोयोटा मिराई, होंडा क्लैरिटी, हुंडई नेक्सो और बीएमडब्ल्यू आई हाइड्रोजन नेक्स्ट इनमें से कुछ उल्लेखनीय मॉडल हैं।

6. हवाई जहाज: पाथफाइंडर और हेलिओस प्रोटोटाइप सहित कई प्रायोगिक परियोजनाओं ने अंतरिक्ष में हाइड्रोजन ईंधन सेल के उपयोग की जांच की है। इन लंबी दूरी के मानवरहित वाहनों ने हाइड्रोजन ईंधन सेल वाली एक हाइब्रिड प्रणाली का उपयोग किया, जो सौर पैनलों द्वारा संचालित थी, जिससे सैद्धांतिक रूप से असीमित दिन-रात निरंतर उड़ान संभव हो सकी।

7. बैकअप पावर का उत्पादन: निर्बाध विद्युत आपूर्ति (यूपीएस) प्रणालियों में स्थिर ईंधन सेल का उपयोग किया जाता है, जहां निरंतर संचालन महत्वपूर्ण होता है। अस्पताल और डेटा सेंटर निर्बाध विद्युत आपूर्ति के लिए तेजी से हाइड्रोजन का उपयोग कर रहे हैं। माइक्रोसॉफ्ट ने हाल ही में अपने नए हाइड्रोजन बैकअप जनरेटर के सफल परीक्षण के लिए सुर्खियां बटोरीं, जिससे एक डेटा सेंटर का सर्वर दो दिनों तक केवल हाइड्रोजन पर ही चल सका।

8. मोबाइल पावर का उत्पादन: हाइड्रोजन मोबाइल पावर उत्पादन के लिए कई विकल्प प्रदान करता है। वास्तव में, नासा ने अंतरिक्ष में रॉकेट और स्पेस शटल को शक्ति प्रदान करने के लिए पहले हाइड्रोजन ईंधन सेल का उत्पादन किया था।

9. मानवरहित हवाई वाहन (यूएवी): यूएवी (यानी ड्रोन) के कई नवोन्मेषी अनुप्रयोग, पैकेज डिलीवरी से लेकर खोज और बचाव अभियानों तक, मानक बैटरियों द्वारा प्रदान की जाने वाली शक्ति और सीमा के कारण गंभीर रूप से बाधित होते हैं। सेना और निजी व्यवसाय दोनों ही हाइड्रोजन ईंधन सेल के माध्यम से इन समस्याओं का समाधान करने का इरादा रखते हैं, जिनकी सीमा बैटरी-चालित उपकरणों की तुलना में तीन गुना तक होती है। ईंधन सेल ऊर्जा-से-द्रव्यमान अनुपात में बेहतर होते हैं और कुछ ही मिनटों में रिचार्ज हो सकते हैं।

10. नौकाएँ और पनडुब्बियाँ: हाइड्रोजन ईंधन सेल का उपयोग विभिन्न समुद्री अनुप्रयोगों में किया जा रहा है। कुछ नौकाएँ, जैसे कि एनर्जी ऑब्जर्वर, अपने सौर पैनलों और पवन टर्बाइनों का उपयोग करके ईंधन सेल प्रणाली के लिए स्वयं हाइड्रोजन का उत्पादन करती हैं। हाइड्रोजन ईंधन सेल जर्मन टाइप 212 जैसी सैन्य गुप्त पनडुब्बियों के लिए परमाणु ऊर्जा का एक विकल्प प्रदान करते हैं , जो उत्कृष्ट रेंज, शांत संचालन और कम उत्सर्जन वाली ऊष्मा प्रदान करते हैं।

ईंधन सेल आज के ऑटोमोबाइल ईंधन के लिए एक आशाजनक प्रतिस्थापन हैं। हालाँकि प्रौद्योगिकी के कुछ हिस्सों, जैसे कि प्रभावी ऑनबोर्ड स्टोरेज, को और अधिक विकास की आवश्यकता है, लेकिन ऐसा कोई कारण नहीं है कि ईंधन सेल आज डीजल या गैसोलीन की तरह सुविधाजनक और आकर्षक परिवहन ईंधन न बन सकें। मुझे उम्मीद है कि इस लेख के माध्यम से ईंधन सेल के फायदे और नुकसान को समझना आसान रहा होगा। कृपया अपने प्रश्न टिप्पणी अनुभाग में साझा करें।

सुझाव: ज्वारीय ऊर्जा के लाभ और हानियाँ