H2 اور O2 پیدا کرنے کے لیے پانی کا الیکٹرولیسس
ٹائٹینیم اینوڈس، الیکٹرولائٹک ہائیڈروجن اور آکسیجن آلات کے کلیدی حصے، مستحکم معیار کے حامل ہیں، ماحول دوست ہیں اور ان میں کوئی ثانوی آلودگی نہیں ہے، کم زیادہ صلاحیت، توانائی کی بچت کا اچھا اثر ہے، اور توانائی کا 15-20% بچا سکتے ہیں۔ پلیٹ، میش، ٹیوب کی شکلیں، اور خاص شکل والے حصے ہیں۔
1. پانی کے الیکٹرولائسز کے ذریعے ہائیڈروجن کی پیداوار پر تحقیقی پیشرفت پانی کے الیکٹرولیسس کے ذریعے ہائیڈروجن کی پیداوار H2 کی صنعتی اور کم لاگت کی تیاری کے حصول کا ایک اہم ذریعہ ہے، اور یہ 99% سے 99.9% کی پاکیزگی کے ساتھ مصنوعات تیار کر سکتا ہے۔ ہر سال، پانی کے برقی تجزیہ کے ذریعے ہائیڈروجن کی پیداوار کے لیے میرے ملک کی بجلی کی کھپت (1.5×107) kW·h سے زیادہ تک پہنچ جاتی ہے۔ جب کرنٹ الیکٹروڈ کے درمیان سے گزرتا ہے تو، کیتھوڈ پر ہائیڈروجن پیدا ہوتی ہے، انوڈ پر آکسیجن پیدا ہوتی ہے، اور پانی کو الیکٹرولائز کیا جاتا ہے [2]۔ پانی کے الیکٹرولیسس ہائیڈروجن پروڈکشن کا سامان کا بنیادی حصہ الیکٹرولائٹک سیل ہے، اور الیکٹروڈ میٹریل الیکٹرولیٹک سیل کی کلید ہے۔ الیکٹروڈ کی کارکردگی کا معیار بڑی حد تک سیل وولٹیج اور پانی کے الیکٹرولیسس کی توانائی کی کھپت کا تعین کرتا ہے، اور براہ راست لاگت کو متاثر کرتا ہے۔ ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے پانی کو گلنے کے لیے بجلی فراہم کرنے کی کارکردگی عام طور پر 75% سے 85% تک ہوتی ہے۔ یہ عمل آسان اور آلودگی سے پاک ہے، لیکن بجلی کی کھپت زیادہ ہے، اس لیے اس کا اطلاق کچھ پابندیوں سے مشروط ہے۔ پانی کا الیکٹرولیسس ایک الیکٹرولائٹک سیل میں کیا جاتا ہے، جو الیکٹرولائٹ سے بھرا ہوتا ہے اور ڈایافرام کے ذریعہ ایک اینوڈ چیمبر اور کیتھوڈ چیمبر میں تقسیم ہوتا ہے۔ ہر چیمبر میں الیکٹروڈ رکھے جاتے ہیں۔ چونکہ پانی میں بہت کم چالکتا ہے، اس لیے الیکٹرولائٹ کے ساتھ ایک آبی محلول (تقریباً 15% کا ارتکاز) استعمال کیا جاتا ہے۔ جب کرنٹ ایک مخصوص وولٹیج پر الیکٹروڈ کے درمیان گزرتا ہے، تو کیتھوڈ پر ہائیڈروجن پیدا ہوتی ہے اور آکسیجن انوڈ پر پیدا ہوتی ہے، اس طرح پانی کی برقی تجزیہ حاصل ہوتی ہے۔ نظریاتی طور پر، پلاٹینم دھاتیں پانی کے الیکٹرولیسس الیکٹروڈ کے لیے سب سے مثالی دھاتیں ہیں، لیکن عملی طور پر، نکل چڑھایا لوہے کے الیکٹروڈ اکثر سامان اور پیداواری لاگت کو کم کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ جب پانی کو الیکٹرولائز کیا جاتا ہے تو الیکٹروڈ ری ایکشن فارمولہ مندرجہ ذیل ہے [3]۔ تیزابی محلول میں، کیتھوڈ ری ایکشن: 4H++4e=2H2∏=0V انوڈ ری ایکشن: 2H2O =4H++O2+4e∏ =1.23V الکلائن محلول میں، کیتھوڈ ری ایکشن: 4H2O +4e=2H2+4OH∏=-0.828V انوڈ ری ایکشن: 4OH-=2 H2O+O2+4e∏=0.401V جیسا کہ مندرجہ بالا فارمولے سے دیکھا جا سکتا ہے، پانی کے الیکٹرولیسس کا مجموعی ردِ عمل مندرجہ ذیل ہے، خواہ تیزابی یا الکلین محلول میں ہو۔ 2H2O=2H2+O2 پانی کے نظریاتی سڑنے والی وولٹیج کا pH قدر سے کوئی تعلق نہیں ہے، اس لیے تیزابی یا الکلین محلول کو الیکٹرولائٹس کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، الیکٹرولائٹک سیل کی ساخت اور مواد کے انتخاب کے نقطہ نظر سے، تیزابی محلول کا استعمال مختلف خرابیوں کا شکار ہے۔ لہذا، الکلین حل اب صنعت میں استعمال کیا جاتا ہے.
(1) روایتی الکلائن الیکٹرولیسس ٹیکنالوجی الکلائن واٹر الیکٹرولیسس فی الحال ہائیڈروجن کی تیاری کے لیے ایک عام اور پختہ طریقہ ہے۔ اس طریقہ کار کو اعلی آلات کی ضرورت نہیں ہے، اور سرمایہ کاری بنیادی طور پر سازوسامان میں مرکوز ہے؛ پیدا ہونے والی ہائیڈروجن اعلی پاکیزگی کی ہے، لیکن کارکردگی بہت زیادہ نہیں ہے۔ یہ عمل نسبتاً ماحول دوست اور آلودگی سے پاک بھی ہے، لیکن اس میں بہت زیادہ بجلی خرچ ہوتی ہے اور اس لیے یہ کچھ حدود کے تابع ہے۔ صنعت میں پانی کے الیکٹرولیسس کا دباؤ عام طور پر 1.65 اور 2.2 V کے درمیان ہوتا ہے۔ الیکٹروڈ میٹریل کی سروس لائف اور پانی کے الیکٹرولیسس کی توانائی کی کھپت الکلائن واٹر الیکٹرولیسس الیکٹروڈ میٹریل کے معیار کا جائزہ لینے کے اہم عوامل ہیں۔ جب موجودہ کثافت بڑی نہیں ہوتی ہے تو، اہم اثر انگیز عنصر زیادہ پوٹینشل ہوتا ہے۔ جب موجودہ کثافت میں اضافہ ہوتا ہے، حد سے زیادہ صلاحیت اور مزاحمتی وولٹیج کی کمی توانائی کی کھپت کے اہم عوامل بن جاتی ہے۔ عملی استعمال میں، صنعتی الیکٹروڈ میں درج ذیل خصوصیات ہونی چاہئیں [3]: (1) اونچی سطح کا رقبہ؛ (2) اعلی چالکتا؛ (3) اچھی electrocatalytic سرگرمی؛ (4) طویل مدتی مکینیکل اور کیمیائی استحکام؛ (5) چھوٹے بلبلا ترسیب؛ (6) اعلی انتخاب؛ (7) حاصل کرنے میں آسان اور کم قیمت؛ (8) حفاظت۔ پانی کے برقی تجزیہ کے لیے اکثر کرنٹ کی بڑی کثافت (4000 A/m2 سے اوپر) کی ضرورت ہوتی ہے، اس لیے پوائنٹس 2 اور 4 زیادہ اہم ہیں۔ چونکہ اعلی چالکتا اومک پولرائزیشن کی وجہ سے ہونے والے توانائی کے نقصان کو کم کر سکتی ہے، اعلی استحکام الیکٹروڈ مواد کی طویل زندگی کو یقینی بناتا ہے۔ 1 اور 3 ہائیڈروجن اور آکسیجن کے ارتقاء کی زیادہ صلاحیت کو کم کرنے کے تقاضے ہیں، اور الیکٹروڈ کی کارکردگی کا جائزہ لینے کے لیے بھی اہم اشارے ہیں۔
(2) ٹھوس پولیمر الیکٹرولائٹ ایس پی ای واٹر الیکٹرولیسس ٹیکنالوجی چونکہ مائع کے ساتھ الیکٹرولائزر کی کارکردگی کم ہوتی ہے، اسے منتقل کرنے میں تکلیف ہوتی ہے، اور اکثر دیکھ بھال کی ضرورت ہوتی ہے، لوگ فعال طور پر نئے الیکٹرولائٹس کی تلاش میں رہتے ہیں، جس نے ٹھوس پولیمر کی ترقی اور درخواست کی تحقیق کو فروغ دیا ہے۔ الیکٹرولائٹ (SPE)، جسے پروٹون ایکسچینج میمبرین (PEM) بھی کہا جاتا ہے۔ فی الحال، الیکٹرولائزر ٹھوس Nafion perfluorosulfonic ایسڈ جھلی کو الیکٹرولائٹ کے طور پر استعمال کرتا ہے۔ الیکٹروڈ قیمتی دھاتوں یا ان کے آکسائیڈز کو اعلیٰ اتپریرک کارکردگی کے ساتھ استعمال کرتا ہے، جو بڑے مخصوص سطح کے رقبے کے ساتھ پاؤڈر کی شکل میں بنائے جاتے ہیں، اور جھلی اور الیکٹروڈ کا ایک مستحکم امتزاج بنانے کے لیے Teflon کا استعمال کرتے ہوئے Nafion جھلی کے دونوں طرف بندھے اور دبائے جاتے ہیں۔
(3) اعلی درجہ حرارت بھاپ کے برقی تجزیہ کا عمل پانی کے برقی تجزیہ کے ذریعے ہائیڈروجن پیدا کرنے کا ایک اور طریقہ اعلی درجہ حرارت بھاپ الیکٹرولیسس ہے۔ یہ ٹھوس آکسائیڈ ایندھن کے خلیوں سے اخذ کردہ طریقہ ہے۔ الیکٹرولائسز چیمبر عام طور پر Y2O3-مستحکم ZrO2 کو الیکٹرولائٹ کے طور پر استعمال کرتا ہے۔ درجہ حرارت جتنا زیادہ ہوگا، مزاحمت اتنی ہی کم ہوگی۔ تاہم، مواد کی گرمی کی مزاحمت کے نقطہ نظر سے، اوپری درجہ حرارت کی حد ترجیحاً 1000 ڈگری ہے۔ عام طور پر، نکل اور سیرامک کا ایک ملا ہوا sintered جسم کیتھوڈ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، اور ایک conductive کیلشیم ٹائٹینیم جامع آکسائیڈ کو انوڈ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔
2. حیاتیاتی ہائیڈروجن کی پیداوار کی ترقی ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے مائکروجنزموں کے استعمال کے موضوع کا کئی دہائیوں سے مطالعہ کیا جا رہا ہے۔ 1930 کی دہائی میں، ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے بیکٹیریا کے تاریک ابال کی پہلی رپورٹ سامنے آئی۔ اس کے بعد، 1942 میں، گیفرون اور روبن نے اطلاع دی کہ سبز طحالب نے ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے ہلکی توانائی کا استعمال کیا، اور 1949 میں، گیسٹ اور کامن نے فوٹوٹروفک ہائیڈروجن پیدا کرنے والے بیکٹیریا کو دریافت کیا۔ اسپروٹ نے 1958 میں اس بات کی تصدیق کی کہ طحالب کاربن ڈائی آکسائیڈ کے تعین کی ضرورت کے بغیر براہ راست فوٹوولیسس کے ذریعے ہائیڈروجن پیدا کر سکتا ہے۔ ہیلی (1970) کی تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ جب روشنی کی شدت بہت زیادہ ہوتی ہے تو آکسیجن کی پیداوار کی وجہ سے کلیمیڈوموناس میوسوئی کے ہائیڈروجن کی پیداوار کا عمل روکا جاتا ہے۔ 1970 کی دہائی میں توانائی کے بحران کے دوران دنیا بھر میں بائیو ہائیڈروجن کی پیداوار پر کافی تحقیق کی گئی۔ تھاؤر نے 1976 میں نشاندہی کی کہ سیاہ ابال کو حقیقی پیداوار میں لاگو کرنا مشکل تھا کیونکہ یہ زیادہ سے زیادہ گلوکوز کے 1 مول سے صرف 4 مول ہائیڈروجن اور 2 مول ایسٹک ایسڈ پیدا کر سکتا ہے۔ فوٹوٹروفک بیکٹیریا مکمل طور پر سبسٹریٹس جیسے نامیاتی تیزاب کو ہائیڈروجن میں تبدیل کر سکتے ہیں، اس لیے تب سے بائیو ہائیڈروجن کی پیداوار پر تحقیق نے بنیادی طور پر فوٹوفرمینٹیشن پر توجہ مرکوز کی ہے۔ 1980 کی دہائی کے اوائل میں، دنیا بھر میں تحقیق اور ترقی کے پروگراموں (R&D) میں قابل تجدید توانائی کی حمایت میں بتدریج کمی آتی گئی۔ 1990 کی دہائی کے اوائل تک، ماحولیاتی مسائل تیزی سے سنگین ہوتے جا رہے تھے، اور لوگوں کی توجہ متبادل توانائی پر مرکوز تھی۔ جرمنی، جاپان اور ریاستہائے متحدہ میں بائیو ہائیڈروجن کی پیداوار R&D کے تعاون سے، پانی سے ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے ہلکی توانائی کا استعمال کرتے ہوئے طحالب کے میدان کا وسیع پیمانے پر مطالعہ کیا گیا ہے۔ تاہم، اس عمل میں مجموعی طور پر شمسی توانائی کی تبدیلی کی کارکردگی اب بھی بہت کم ہے۔ دوسری طرف، سیاہ ابال اور فوٹوٹروفک بیکٹیریا کم لاگت والے ذیلی ذخیرے یا نامیاتی فضلہ سے ہائیڈروجن پیدا کر سکتے ہیں۔ چونکہ یہ صاف توانائی پیدا کرسکتا ہے اور نامیاتی فضلہ کا علاج بھی کرسکتا ہے، اس لیے امریکی اور جاپانی حکومتوں نے کئی طویل مدتی تحقیقی پروگراموں کی حمایت کی ہے۔ توقع ہے کہ بائیو ہائیڈروجن پروڈکشن ٹیکنالوجی کا عملی اطلاق 21ویں صدی کے وسط میں ہو جائے گا۔ مائکروبیل ہائیڈروجن کی پیداوار کی دریافت کو نصف صدی سے زیادہ کا عرصہ گزر چکا ہے، لیکن عملی طور پر بائیو ہائیڈروجن کی پیداوار کا اطلاق نہیں ہو سکا ہے۔ بہت سے تکنیکی مسائل، جیسے مائکروجنزموں کی اسکریننگ، ری ایکٹر کا ڈیزائن، اور آپریٹنگ حالات کی اصلاح، حل ہونا باقی ہے، اور اس ٹیکنالوجی کی لاگت پر بھی توجہ دی گئی ہے۔ معاشی طور پر دیکھا جائے تو بائیو ہائیڈروجن پروڈکشن ٹیکنالوجی مستقبل قریب میں روایتی کیمیائی ہائیڈروجن پروڈکشن ٹیکنالوجی کا مقابلہ نہیں کر سکتی۔ تاہم، ماحولیاتی تحفظ کے نقطہ نظر سے، بائیو ہائیڈروجن کی پیداوار کے امکانات بہت وسیع ہوں گے۔ بایو ہائیڈروجن کی پیداوار میں شامل ہیں: فوٹو سنتھیٹک بائیو ہائیڈروجن پروڈکشن سسٹم (جسے ڈائریکٹ بائیو فوٹولیسس ہائیڈروجن پروڈکشن سسٹم بھی کہا جاتا ہے)؛ فوٹولیسس بائیو ہائیڈروجن پروڈکشن سسٹم (جسے بالواسطہ بائیوفوٹولیسس ہائیڈروجن پروڈکشن سسٹم بھی کہا جاتا ہے)؛ فوتوسنتھیٹک ہیٹروٹروفک بیکٹیریا پانی گیس کی تبدیلی کا رد عمل ہائیڈروجن پیداواری نظام؛ photofermentation biohydrogen پیداوار کے نظام؛ انیروبک ابال بائیو ہائیڈروجن پروڈکشن سسٹم (جسے ڈارک فرمینٹیشن بائیو ہائیڈروجن پروڈکشن سسٹم بھی کہا جاتا ہے)؛ فتوسنتھیس ابال ہائبرڈ بائیو ہائیڈروجن پروڈکشن سسٹم؛ ان وٹرو ہائیڈروجنیز بائیو ہائیڈروجن پروڈکشن سسٹم وغیرہ۔ ہائیڈروجن انرجی ایک صاف اور اعلی کیلوری والی توانائی کا ذریعہ ہے۔ ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے فطرت میں قابل تجدید آبی وسائل کا استعمال بلاشبہ مستقبل میں بنی نوع انسان کے لیے ترجیحی طریقہ ہے۔
نصف صدی سے زیادہ کی تحقیق کے بعد، اگرچہ پانی کے الیکٹرولائسز ہائیڈروجن پروڈکشن اور بائیو ہائیڈروجن پروڈکشن ٹیکنالوجی نے بہت ترقی کی ہے، لیکن وہ اب بھی بنیادی طور پر ترقی کے مرحلے میں ہیں اور ابھی تک عملی استعمال میں نہیں آئے ہیں۔ مختلف پابندی والے عوامل جیسے شمسی توانائی کی تبدیلی کی کم کارکردگی، پانی کے الیکٹرولائسز ہائیڈروجن کی پیداوار میں زیادہ توانائی کی کھپت، مصنوعات کی روک تھام، آپریٹنگ حالات وغیرہ، موجودہ ہائیڈروجن پروڈکشن سسٹم کی ہائیڈروجن کی پیداوار کی شرح کو کافی زیادہ یا اقتصادی نہیں بناتے ہیں، اور بہت سی دوسری رکاوٹوں کی ضرورت ہے۔ کے ذریعے مزید توڑا جائے گا. پیداواری لاگت کو مزید کم کرنے اور پیداواری کارکردگی کو بڑھانے کے لیے، ہم مستقبل کے تجارتی آپریشنز کے لیے تیاری کریں گے۔
کمپنی: Baoji Dynamic Trading Co., Ltd
ملک: چین
شامل کریں: باوٹی روڈ، جینتائی، باوجی شہر، شانسی، چین
سیل:+86 18391894207(WHATSAPP)
Gmail٪3aalisa@jmyunti.com
ویب سائٹ: www.jm-titanium.com
