سمندری پانی سے ہائیڈروجن کی پیداوار کیا ہے؟ اتنی توجہ کیوں؟ تکنیکی مشکلات کیا ہیں؟

سمندری پانی کے براہ راست برقی تجزیہ کے ذریعے ہائیڈروجن کی پیداوار کے پائلٹ ٹیسٹ کی کامیابی نے اتنی توجہ کیوں مبذول کرائی ہے؟ یہ کتنا مشکل ہے؟ سمندری پانی کے الیکٹرولیسس کے ذریعے ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے کونسی تکنیکی مشکلات کو دور کرنے کی ضرورت ہے؟

01

سمندری پانی سے ہائیڈروجن کی پیداوار

پانی کے الیکٹرولیسس کے ذریعے ہائیڈروجن کی پیداوار کو سبز ہائیڈروجن کی تیاری کی ایک بہت اہم ٹیکنالوجی سمجھا جاتا ہے۔ اس وقت کمرشلائزڈ واٹر الیکٹرولیسس ٹیکنالوجی تازہ پانی کو الیکٹرولائٹ کے طور پر استعمال کرتی ہے۔ جیسا کہ ہم سب جانتے ہیں، عالمی سطح پر تازہ پانی کے وسائل انتہائی محدود ہیں، ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے ہائیڈرو الیکٹرسٹی کے بڑے پیمانے پر استعمال سے، جو بلاشبہ تازہ پانی کے وسائل کی کمی کو بڑھاتا ہے۔ اس کے برعکس، سمندری پانی وسائل سے مالا مال ہے، جس سے "سمندری پانی ہائیڈروجن کی پیداوار" کا خیال جنم لیتا ہے۔

تازہ پانی کے برعکس، جو زمین کے کل پانی کے حجم کا 96.5 فیصد ہے، سمندری پانی کی ایک پیچیدہ ساخت ہے جس میں 90 سے زیادہ کیمیکلز اور عناصر شامل ہیں۔ سمندری پانی میں موجود آئنوں، مائکروجنزموں اور ذرات کی ایک بڑی تعداد ہائیڈروجن کی پیداوار کے دوران ضمنی رد عمل کا مقابلہ، اتپریرک غیر فعال ہونے اور ڈایافرام کی رکاوٹ جیسے مسائل کا باعث بن سکتی ہے۔

اس مقصد کے لیے، ہائیڈروجن پروڈکشن ٹیکنالوجی نے سمندری پانی کو خام مال کے طور پر استعمال کرتے ہوئے دو مختلف راستے بنائے ہیں۔ سب سے پہلے، سمندری پانی سے ہائیڈروجن کی براہ راست پیداوار، جو کہ قدرتی سمندری پانی پر مبنی ہے، بنیادی طور پر الیکٹرولیسس یا فوٹوولیسس کے ذریعے پیدا ہوتی ہے۔ دوسرا، سمندری پانی کی بالواسطہ ہائیڈروجن کی پیداوار سمندری پانی کو صاف کرنا اور اس سے نجاست کو دور کرنا ہے، سمندری پانی کو صاف کرنا ہے تاکہ پہلے اعلیٰ پاکیزہ تازہ پانی بنایا جا سکے، اور پھر ہائیڈروجن پیدا ہو۔

02

دو بڑے فائدے

آف شور ہائیڈروجن پروڈکشن پلیٹ فارمز کو توانائی کے طویل مدتی ذخیرہ کرنے یا ٹھیک کیمیکلز کے لیے پروڈکشن سائٹس کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے، جس سے سبز توانائی کو کیمیائی پیداوار کے نظام کے ساتھ قریب سے مربوط کیا جا سکتا ہے۔

آف شور ہائیڈروجن پروڈکشن پلیٹ فارم دور رس سمندری قابل تجدید بجلی کی کھپت کے مسئلے کو حل کر سکتا ہے، اور موقع پر ہی ہائیڈروجن اور گرین امونیا پیدا کرنے کے لیے قابل تجدید بجلی کا استعمال دور رس سمندری قابل تجدید توانائی کے استعمال کا بنیادی طریقہ بن سکتا ہے۔ مستقبل.

03

تکنیکی دشواری

تکنیکی مشکل 1: سمندری پانی میں بہت سی نجاستیں کیتھوڈ ہائیڈروجن کے ارتقاء کو متاثر کرتی ہیں۔

الیکٹرولائٹک پانی کے عمل میں، کیتھوڈ سے H2 کا اخراج ہوتا ہے، کیتھوڈ ہائیڈروجن ارتقاء کے رد عمل کے لیے، سب سے مشکل مسئلہ یہ ہے کہ قدرتی سمندری پانی میں مختلف تحلیل شدہ کیشنز ہوتے ہیں، جیسے Na+, Mg2+, Ca2+، وغیرہ، اس کے علاوہ، مختلف قسم کے بیکٹیریا، مائکروجنزم اور چھوٹے ذرات ہیں۔

یہ نجاست الیکٹروڈ کو سمندری پانی کے الیکٹرولیسس کی پیشرفت کے ساتھ روک دیں گے، اور پھر الیکٹرولائٹک نظام میں الیکٹروڈ/کیٹالسٹ کی عمر کو زہر یا تیز کر دیں گے، جس کے نتیجے میں پائیداری خراب ہو گی۔

تکنیکی مشکل 2: کلورائیڈ آئن انوڈک سنکنرن کا سبب بنتے ہیں اور انوڈک آکسیجن کے ارتقاء کے رد عمل کو متاثر کرتے ہیں۔

پانی کے برقی تجزیہ کے عمل میں، O2 عام طور پر انوڈ سے خارج ہوتا ہے۔ تاہم، سمندری پانی میں کلورائیڈ آئنوں (Cl-) کی ایک بڑی تعداد کی موجودگی انوڈ مواد کے سنگین سنکنرن کا سبب بنے گی، جو الیکٹروڈ کو نقصان اور ہائی وولٹیج کا باعث بنے گی، اس طرح مؤثر آکسیجن ارتقاء کا رد عمل ختم ہو جائے گا۔ اس کے علاوہ، انوڈ کلورین آکسیڈیشن ری ایکشن میں کلورائڈ آئنوں کی زیادہ ارتکاز بھی واقع ہو گی، اتپریرک کی فعال جگہ پر قبضہ کرے گی، اس طرح انوڈ آکسیجن ارتقائی رد عمل کی کارکردگی کو کم کرے گا۔

تکنیکی مشکل 3: انوڈک آکسیجن ارتقائی رد عمل اور آکسیجن کلورینیشن رد عمل کے درمیان مقابلہ

سمندری پانی کے الیکٹرولیسس کے عمل میں، انوڈ دو رد عمل سے گزرے گا، یعنی: آکسیجن ایوولوشن ری ایکشن (OER) اور آکسیجن کلورینیشن ری ایکشن (ClOR)۔ آکسیجن ارتقاء کا رد عمل: 4OH-→O2+H2O+4e-; E0=1.23V (بمقابلہ RHE)

کلورین آکسیکرن ردعمل: Cl-+2OH-→OCl-+H2O+2e-; E0=1.71V (بمقابلہ RHE)

یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ دونوں میں سے E0 ایک جیسا ہے، جو ایک مسابقتی رشتہ پیدا کرے گا، جو الیکٹرولائزر کے کام کرنے والے وولٹیج کو بہت حد تک محدود کر دیتا ہے۔ اس کے علاوہ، ClOR ردعمل اور ہائپوکلورائٹ کی تشکیل دونوں دو الیکٹران رد عمل ہیں، اور ClOR رد عمل OER چار الیکٹران ردعمل کے مقابلے میں حرکیاتی طور پر انجام دینا آسان ہے، لہذا OER اوور پوٹینشل عام طور پر ClOR سے زیادہ دیکھا جاتا ہے۔

04

تحقیق کی حیثیت

At present, hydrogen production from seawater is still in the early stage of research and testing, and still faces many challenges, but the research and development of hydrogen production from seawater electrolysis has made some progress. In 2022, Academician Xie Heping's team made a major original breakthrough in the field of direct hydrogen production from seawater, and innovatively established a new principle and technology of direct hydrogen production from seawater without desalination driven by phase transition and migration. There are many demonstration projects of seawater hydrogen production at home and abroad, but they are still small-scale pilots, and most of them are under construction or proposed.

اگرچہ سمندری پانی کے الیکٹرولیسس کے ذریعے ہائیڈروجن کی پیداوار کو چھوٹے اور پائلٹ ٹیسٹوں سے لے کر حتمی صنعتی وسیع استعمال تک بہت طویل سفر طے کرنا ہے۔ تاہم، ہم سمجھتے ہیں کہ ہائیڈروجن توانائی کے ٹریلین سطح کے ٹریک میں، اگر اس ٹیکنالوجی کو بالآخر لاگو کیا جاتا ہے، تو یہ "ڈی کاربنائزیشن" کے راستے پر سب سے گہری سیاہی چھوڑ دے گی!