ہائیڈروجن سیل ایک ایسا آلہ ہے جو پانی کے الیکٹرولیسس کے ذریعے ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ الیکٹرولائٹ کے لحاظ سے، الیکٹرولائٹک سیلز کو کئی اہم اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے، جن میں الکلائن الیکٹرولائٹک سیل، پروٹون ایکسچینج میمبرین (PEM) الیکٹرولائٹک سیل، اور ٹھوس آکسائیڈ الیکٹرولیٹک سیلز (SOEC) شامل ہیں۔ مندرجہ ذیل اہم اقسام کی تفصیلی وضاحت ہے:
1. الکلین الیکٹرولائزر
کام کرنے کے اصول
- الیکٹرولائٹ:عام طور پر پوٹاشیم ہائیڈرو آکسائیڈ (KOH) یا سوڈیم ہائیڈرو آکسائیڈ (NaOH) کا محلول الیکٹرولائٹ کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔
- انوڈ ردعمل:انوڈ پر، پانی کے مالیکیول آکسیجن، پروٹون اور الیکٹران میں آکسائڈائز ہوتے ہیں: 4OH−→2H2O+O2+4e−
- کیتھوڈ ردعمل:کیتھوڈ پر، پانی کے مالیکیول الیکٹرانوں کے ساتھ رد عمل کرتے ہوئے ہائیڈروجن اور ہائیڈرو آکسائیڈ آئن بناتے ہیں: 2H2O+2e−→H2+2اوہ−
فوائد
- بالغ ٹیکنالوجی:بالغ ٹیکنالوجی، وسیع پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے، صنعتی ایپلی کیشن کے کئی سالوں کا تجربہ ہے.
- کم قیمت:سامان اور دیکھ بھال کے اخراجات نسبتاً کم ہیں۔
2. پروٹون ایکسچینج میمبرین (PEM) الیکٹرولائزر
کام کرنے کا اصول
- الیکٹرولائٹ:الیکٹرولائٹ کے طور پر پروٹون ایکسچینج جھلی (جیسے نیفیون) کا استعمال کریں۔
- انوڈ ردعمل:انوڈ پر، پانی کے مالیکیول آکسیجن، پروٹون اور الیکٹران میں آکسائڈائز ہوتے ہیں: 2H2O→O2+4H++4e−
- کیتھوڈ ردعمل:کیتھوڈ پر، پروٹون جھلی سے گزرتے ہیں اور الیکٹران کے ساتھ مل کر ہائیڈروجن گیس بناتے ہیں: 4H++4e−→2H2
فوائد
- اعلی کارکردگی:الکلین الیکٹرولائزر سے زیادہ کارکردگی۔
- فوری جواب:وقفے وقفے سے قابل تجدید توانائی کے ساتھ مجموعہ کے لیے موزوں، تیزی سے شروع اور روک سکتا ہے۔
- کمپیکٹ ڈیزائن:ڈیوائس چھوٹی اور تقسیم شدہ ایپلیکیشنز کے لیے زیادہ کمپیکٹ ہے۔
نقصانات
-
مہنگا:جھلیوں اور اتپریرک کی اعلی قیمت (عام طور پر پلاٹینم یا اریڈیم)۔
-
اعلی پانی کے معیار کی ضروریات:جھلی کی آلودگی سے بچنے کے لیے اعلیٰ پاکیزہ پانی کی ضرورت ہے۔
3. سالڈ آکسائیڈ الیکٹرولائزر (SOEC)
کام کرنے کا اصول
- الیکٹرولائٹ:ٹھوس آکسائیڈز (مثلاً Yttrium oxide stabilized zirconia, YSZ) کو الیکٹرولائٹس کے طور پر استعمال کریں۔
- انوڈ ردعمل:انوڈ پر، آکسیجن آئنوں کو آکسیجن اور الیکٹران بنانے کے لیے آکسائڈائز کیا جاتا ہے: O2−→O2+4e−
- کیتھوڈ ردعمل:کیتھوڈ پر، پانی کے مالیکیول الیکٹرانوں کے ساتھ رد عمل کرتے ہوئے ہائیڈروجن اور آکسیجن آئن بناتے ہیں: 2H2O+4e−→2H2+2O2−
فوائد
- اعلی کارکردگی:زیادہ سے زیادہ نظریاتی کارکردگی، خاص طور پر اعلی درجہ حرارت پر (عام طور پر 700-1000 ڈگری)۔
- الٹنے کی صلاحیت:توانائی ذخیرہ کرنے کے لیے الیکٹرولیسس اور فیول سیل موڈز کے درمیان سوئچ کر سکتے ہیں۔
نقصانات
- اعلی درجہ حرارت آپریشن:اعلی درجہ حرارت کے آپریشن کی ضرورت ہے، مواد اور نظام کے ڈیزائن کے لئے اعلی ضروریات کے ساتھ.
- ٹیکنالوجی بالغ نہیں ہے:یہ ابھی تک تحقیق اور ترقی اور مظاہرے کے مرحلے میں ہے، اور ابھی تک بڑے پیمانے پر اس کی کمرشلائزیشن نہیں ہوئی ہے۔
درخواست کا میدان
1. صنعتی ہائیڈروجن کی پیداوار: یہ کیمیکل، تیل صاف کرنے، کھاد اور دیگر صنعتوں کی ہائیڈروجن کی طلب میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔
2. توانائی کا ذخیرہ: قابل تجدید توانائی کے ذرائع (جیسے شمسی اور ہوا) کو گرڈ بوجھ کو متوازن کرنے کے لیے ہائیڈروجن اسٹوریج میں تبدیل کرنا۔
3. ٹرانسپورٹیشن: ہائیڈروجن فیول سیل گاڑیوں (FCEVs) کے لیے ہائیڈروجن سپلائی کا بنیادی ڈھانچہ۔
2. توانائی کا ذخیرہ: قابل تجدید توانائی کے ذرائع (جیسے شمسی اور ہوا) کو گرڈ بوجھ کو متوازن کرنے کے لیے ہائیڈروجن اسٹوریج میں تبدیل کرنا۔
3. ٹرانسپورٹیشن: ہائیڈروجن فیول سیل گاڑیوں (FCEVs) کے لیے ہائیڈروجن سپلائی کا بنیادی ڈھانچہ۔
مستقبل کا نقطہ نظر
تکنیکی ترقی اور لاگت میں کمی کے ساتھ، ہائیڈروجن پروڈکشن ٹیکنالوجی صاف توانائی کی ترقی اور کاربن کے اخراج کو کم کرنے میں تیزی سے اہم کردار ادا کرے گی۔ محققین اور کمپنیاں الیکٹرولائزرز کی کارکردگی کو بہتر بنانے، لاگت کو کم کرنے اور اس شعبے کی ترقی کو بڑھانے کے لیے زیادہ پائیدار اور موثر مواد تیار کرنے کے لیے کام کر رہی ہیں۔
