સિંગાપોર કૃત્રિમ પર્ણ પ્રદૂષિત દરિયાઈ પાણીમાંથી હાઇડ્રોજન બનાવે છે

સિંગાપોરમાં નાન્યાંગ ટેકનોલોજીકલ યુનિવર્સિટી (NTU) ની એક ટીમે એક કૃત્રિમ પર્ણ રજૂ કર્યું છે જે ફક્ત સૂર્યપ્રકાશનો ઉપયોગ કરીને દરિયાઈ પાણીમાંથી હાઇડ્રોજન બનાવે છે. આ ઉપકરણ હાઇડ્રાઝિનનો પણ નાશ કરે છે, જે કેટલાક ઔદ્યોગિક ગંદા પાણીમાં જોવા મળતું એક અત્યંત ઝેરી રસાયણ છે. તેથી તે એક જ પગલામાં સ્વચ્છ ઇંધણ ઉત્પાદન અને પ્રદૂષણ શુદ્ધિકરણનો સામનો કરે છે.

સંશોધકોએ આ કાર્ય નેચર કોમ્યુનિકેશન્સમાં પ્રકાશિત કર્યું . NTU ના સ્કૂલ ઓફ મટિરિયલ્સ સાયન્સ એન્ડ એન્જિનિયરિંગના પ્રોફેસર લિડિયા એચ. વોંગે ટીમનું નેતૃત્વ કર્યું.

દરિયાનું પાણી કઠણ કેમ છે?

મોટાભાગના ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર તાજા, શુદ્ધ પાણીને વિભાજીત કરે છે. દરિયાઈ પાણી ઘણું વધારે છે, પરંતુ તેનું મીઠું મુશ્કેલી ઊભી કરે છે. જ્યારે તેમાંથી વિદ્યુત પ્રવાહ પસાર થાય છે, ત્યારે ક્લોરાઇડ આયનો ક્લોરિન સંયોજનો બનાવે છે જે કાટ લાગતા અને ઝેરી હોય છે.

તે સંયોજનો ઇલેક્ટ્રોડ્સને ખાઈ જાય છે અને પોતાની કચરાની સમસ્યા ઊભી કરે છે. પરિણામે, દરિયાઈ પાણીમાંથી હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટે સામાન્ય રીતે પહેલા મોંઘા ડિસેલિનેશનની જરૂર પડે છે, અથવા કાટનો પ્રતિકાર કરતા ઇલેક્ટ્રોડ્સની જરૂર પડે છે.

ઓસ્ટ્રેલિયા, મધ્ય પૂર્વ અને ઉત્તર આફ્રિકાના ભાગો સહિત શુષ્ક દરિયાકાંઠાના પ્રદેશોમાં આયોજિત હાઇડ્રોજન હબ માટે મીઠા પાણીનો પુરવઠો પહેલેથી જ ચિંતાનો વિષય છે. દરિયાઈ પાણીનો સીધો ઉપયોગ કરવાથી તે દબાણ ઓછું થશે. તે સિંગાપોર જેવા ટાપુ રાજ્યોને પણ અનુકૂળ રહેશે, જેની પાસે રાષ્ટ્રીય હાઇડ્રોજન વ્યૂહરચના છે પરંતુ મીઠા પાણી મર્યાદિત છે.

NTU ડિઝાઇન આમાંથી ઘણી બાબતોને અવગણે છે. ટીમે એનોડમાં એક ઉત્પ્રેરક ફીટ કર્યો જે હાઇડ્રેઝિનને હાઇડ્રોજન અને નાઇટ્રોજનમાં તોડી નાખે છે. તે જ સમયે, પ્રતિક્રિયા ક્લોરિન સંયોજનોની રચનાને દબાવી દે છે.

પેરોવસ્કાઇટ કેથોડ

ઉપકરણની બીજી બાજુ, સંશોધકોએ લીડ હેલાઇડ પેરોવસ્કાઇટ્સમાંથી કેથોડ બનાવ્યું. આ સ્ફટિકીય પદાર્થો પ્રકાશને સારી રીતે શોષી લે છે અને તેને સસ્તા ભાવે વીજળીમાં ફેરવે છે. છેલ્લા દાયકામાં તેઓએ સૌર સંશોધનમાં ભારે રસ દાખવ્યો છે. ઉત્પાદકો તેમને ઓછા તાપમાને દ્રાવણમાંથી પણ પ્રક્રિયા કરી શકે છે, જે ખર્ચ ઘટાડે છે.

અહીં, પેરોવસ્કાઇટ ફોટોકેથોડ પ્રતિ ચોરસ સેન્ટીમીટર 25 મિલિએમ્પ્સની ફોટોકરન્ટ ઘનતા સુધી પહોંચ્યો. ફોટોકરન્ટ ઘનતા માપે છે કે ઉપકરણ પ્રતિ પ્રકાશિત વિસ્તાર કેટલો કરંટ ઉત્પન્ન કરે છે. ટીમ કહે છે કે આ આંકડો લીડ-આધારિત પેરોવસ્કાઇટ કેથોડ્સ માટે નોંધાયેલા સૌથી વધુ પૈકીનો એક છે.

આ ઉપકરણે સ્વચ્છ દિવસે સંપૂર્ણ સૂર્યપ્રકાશ જેટલા પ્રકાશમાં 72 કલાકથી વધુ સમય સુધી સ્થિર ઉત્પાદન જાળવી રાખ્યું. દરમિયાન, તેણે સમાન સૌર-સંચાલિત ઉપકરણોની તુલનામાં હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન કર્યું.

પાણીને કામ કરતી વખતે સાફ કરવું

કારણ કે પર્ણ બાહ્ય વોલ્ટેજ વિના ચાલે છે, તે સ્વ-સંચાલિત છે. સરળ શબ્દોમાં કહીએ તો, ફક્ત સૂર્યપ્રકાશ જ બંને પ્રતિક્રિયાઓ ચલાવે છે, ગ્રીડ અથવા બેટરીમાંથી વીજળી ખેંચાતી નથી. પરીક્ષણોમાં, તેણે લગભગ 30 કલાકની અંદર હાઇડ્રેઝિનને પ્રતિ બિલિયન એક ભાગથી નીચે ઘટાડી દીધું. હકીકતમાં, ઉપકરણે પરીક્ષણ દ્રાવણમાંથી લગભગ તમામ પ્રદૂષક દૂર કર્યા.

હાઇડ્રાઝીનનો ઉપયોગ ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓમાં થાય છે, જેમાં રાસાયણિક ઉત્પાદન અને રોકેટ પ્રોપેલન્ટનો સમાવેશ થાય છે. તે લોકો અને જળચર જીવો માટે ઝેરી છે, તેથી તેમાં રહેલા ગંદા પાણીની કાળજીપૂર્વક સારવાર કરવાની જરૂર છે. એક ઉપકરણ જે બળતણ બનાવતી વખતે તેને દૂર કરે છે તે નિકાલ ખર્ચને મૂલ્યના નાના સ્ત્રોતમાં ફેરવી શકે છે.

સ્કેલ-અપ પહેલાં અવરોધો

પરિણામો પ્રયોગશાળા-સ્તરના છે, અને ઘણા મોટા પ્રશ્નો ખુલ્લા રહે છે. પેરોવસ્કાઇટ્સમાં એક જાણીતી નબળાઈ છે: ભેજ, ગરમી અને લાંબા સમય સુધી પ્રકાશના સંપર્કમાં આવવાથી તેઓ ક્ષીણ થઈ જાય છે. આ વર્ગની સામગ્રી માટે ત્રણ દિવસનું સ્થિર સંચાલન એક મજબૂત પરિણામ છે, જોકે વ્યાપારી સિસ્ટમોને વર્ષો સુધી ચલાવવાની જરૂર છે.

સીસાનો ઉપયોગ પાણીમાં બેસવા માટે રચાયેલ કોઈપણ ઉપકરણ માટે પણ પ્રશ્નો ઉભા કરે છે. ઇજનેરોએ બતાવવું પડશે કે સામગ્રી લાંબા સમય સુધી સીલબંધ રહે છે. વધુમાં, નાના લેબ કોષોને મોટા પેનલમાં સ્કેલ કરવાથી સામાન્ય રીતે કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો થાય છે.

તેમ છતાં, આ કાર્ય સૌર હાઇડ્રોજન ઉત્પાદનને દિશામાન કરવાના અભિગમોના વધતા સમૂહમાં ઉમેરો કરે છે, જેમાં સ્તરવાળી સૌર સામગ્રીનો સમાવેશ થાય છે જે પાણીના વિભાજનને ઝડપી બનાવે છે . દરિયાકાંઠાના ઔદ્યોગિક સ્થળો માટે, પ્રદૂષિત પાણીને શુદ્ધ કરતી વખતે દરિયાઈ પાણીમાંથી હાઇડ્રોજન બનાવવું એ એક આકર્ષક સંયોજન છે. આગળનું પગલું એ સાબિત કરવાનું છે કે આ ખ્યાલ પ્રયોગશાળાની બહાર વાસ્તવિક પરિસ્થિતિઓમાં ટકી શકે છે.