صاف نقل و حمل کے لیے ہائیڈروجن فیول سیلز کے رجحانات اور امکانات
یہ مضمون ہائیڈروجن فیول سیلز، رجحانات اور ان کے استعمال کے امکانات پر توجہ مرکوز کرے گا۔ ہائیڈروجن پر مبنی ایندھن کے خلیات آج آٹوموٹو انڈسٹری میں بڑھتی ہوئی توجہ مبذول کر رہے ہیں، کیونکہ اگر 20ویں صدی اندرونی دہن کے انجن کی صدی تھی، تو 21ویں صدی آٹوموٹو انڈسٹری میں ہائیڈروجن توانائی کی صدی بن سکتی ہے۔ پہلے سے ہی آج، ہائیڈروجن خلیات کی بدولت، خلائی جہاز کام کر رہے ہیں، اور دنیا کے کچھ ممالک میں، ہائیڈروجن کو بجلی پیدا کرنے کے لیے 10 سال سے زیادہ عرصے سے استعمال کیا جا رہا ہے۔
ہائیڈروجن فیول سیل بیٹری کی طرح ایک الیکٹرو کیمیکل ڈیوائس ہے جو ہائیڈروجن اور آکسیجن کے درمیان کیمیائی عمل کے ذریعے بجلی پیدا کرتی ہے، اور کیمیائی رد عمل کی پیداوار خالص پانی ہے، جبکہ قدرتی گیس کو جلانے سے، مثال کے طور پر، ماحول کے لیے نقصان دہ کاربن ڈائی آکسائیڈ پیدا ہوتا ہے۔
اس کے علاوہ، ہائیڈروجن خلیات اعلی کارکردگی کے ساتھ کام کر سکتے ہیں، یہی وجہ ہے کہ وہ خاص طور پر امید افزا ہیں۔ موثر، ماحول دوست کار انجنوں کا تصور کریں۔لیکن فی الحال پورا انفراسٹرکچر پیٹرولیم مصنوعات کے لیے بنایا گیا ہے اور اسے خصوصی بنایا گیا ہے، اور آٹوموٹو انڈسٹری میں ہائیڈروجن سیلز کے بڑے پیمانے پر متعارف ہونے سے اس اور دیگر رکاوٹوں کا سامنا ہے۔
دریں اثنا، 1839 سے یہ معلوم ہوا ہے کہ ہائیڈروجن اور آکسیجن کیمیائی طور پر یکجا ہو سکتے ہیں اور اس سے برقی رو حاصل کر سکتے ہیں، یعنی پانی کے الیکٹرولائسز کا عمل الٹ سکتا ہے- یہ ایک تصدیق شدہ سائنسی حقیقت ہے۔ پہلے سے ہی 19 ویں صدی میں، ایندھن کے خلیوں کا مطالعہ شروع کیا گیا تھا، لیکن تیل کی پیداوار کی ترقی اور اندرونی دہن انجن کی تخلیق نے ہائیڈروجن توانائی کے ذرائع کو چھوڑ دیا اور وہ غیر ملکی، غیر منافع بخش اور مہنگی چیز بن گئے.
1950 کی دہائی میں، ناسا کو مجبور کیا گیا کہ وہ ہائیڈروجن فیول سیلز کا سہارا لے، اور پھر ضرورت سے باہر۔ انہیں اپنے خلائی جہاز کے لیے ایک کمپیکٹ اور موثر پاور جنریٹر کی ضرورت تھی۔ نتیجے کے طور پر، اپولو اور جیمنی نے ہائیڈروجن ایندھن کے خلیات پر خلا میں پرواز کی، جو بہترین حل نکلا.
آج، ایندھن کے خلیات مکمل طور پر تجرباتی ٹیکنالوجی سے باہر ہیں، اور پچھلے 20 سالوں میں ان کی وسیع تجارتی کاری میں اہم پیش رفت ہوئی ہے۔
یہ بیکار نہیں ہے کہ ہائیڈروجن ایندھن کے خلیات پر بہت زیادہ امیدیں رکھی جاتی ہیں۔ ان کے کام کے عمل میں، ماحولیاتی آلودگی کم سے کم ہے، تکنیکی فوائد اور حفاظت واضح ہیں، اس کے علاوہ، اس قسم کا ایندھن بنیادی طور پر خود مختار ہے اور بھاری اور مہنگی لتیم بیٹریاں تبدیل کرنے کے قابل ہے۔
ہائیڈروجن سیل کا ایندھن کیمیائی عمل کے دوران براہ راست توانائی میں تبدیل ہو جاتا ہے، اور یہاں روایتی دہن سے زیادہ توانائی حاصل کی جاتی ہے۔یہ کم ایندھن استعمال کرتا ہے اور کارکردگی جیواشم ایندھن استعمال کرنے والے اسی طرح کے آلے کے مقابلے میں تین گنا زیادہ ہے۔
کارکردگی جتنی زیادہ ہوگی، رد عمل کے دوران پیدا ہونے والے پانی اور حرارت کو استعمال کرنے کا طریقہ اتنا ہی بہتر ہوگا۔ نقصان دہ مادوں کا اخراج کم سے کم ہوتا ہے، کیونکہ صرف پانی، توانائی اور حرارت خارج ہوتی ہے، جب کہ روایتی ایندھن کو جلانے کے سب سے زیادہ کامیابی سے منظم عمل کے باوجود، نائٹروجن آکسائیڈ، سلفر، کاربن اور دیگر غیر ضروری دہن کی مصنوعات لامحالہ بنتی ہیں۔
اس کے علاوہ، روایتی ایندھن کی صنعتیں خود ماحول پر نقصان دہ اثر ڈالتی ہیں، اور ہائیڈروجن ایندھن کے خلیے ماحولیاتی نظام پر خطرناک حملے سے بچتے ہیں، کیونکہ ہائیڈروجن کی پیداوار مکمل طور پر قابل تجدید توانائی کے ذرائع سے ممکن ہے۔ یہاں تک کہ اس گیس کا اخراج بھی بے ضرر ہے، کیونکہ یہ فوری طور پر بخارات بن جاتی ہے۔
فیول سیل کو اس بات سے کوئی فرق نہیں پڑتا ہے کہ اس کے کام کے لیے ایندھن ہائیڈروجن کس سے حاصل کیا جاتا ہے۔ kWh/l میں توانائی کی کثافت ایک جیسی ہوگی، اور یہ اشارے ایندھن کے خلیات بنانے کے لیے ٹیکنالوجی کی بہتری کے ساتھ مسلسل بڑھ رہا ہے۔
ہائیڈروجن بذات خود کسی بھی آسان مقامی ذریعہ سے حاصل کی جا سکتی ہے، چاہے وہ قدرتی گیس ہو، کوئلہ ہو، بائیو ماس ہو یا الیکٹرولائسز (ہوا، شمسی توانائی وغیرہ کے ذریعے) علاقائی بجلی فراہم کرنے والوں پر انحصار ختم ہو جاتا ہے، نظام عام طور پر برقی نیٹ ورکس سے آزاد ہوتے ہیں۔
سیل کا آپریٹنگ درجہ حرارت کافی کم ہے اور عنصر کی قسم کے لحاظ سے 80 سے 1000 ° C تک مختلف ہو سکتا ہے، جبکہ روایتی جدید اندرونی دہن کے انجن میں درجہ حرارت 2300 ° C تک پہنچ جاتا ہے۔ایندھن کا سیل کمپیکٹ ہے، نسل کے دوران کم از کم شور خارج کرتا ہے، نقصان دہ مادوں کا کوئی اخراج نہیں ہوتا، اس لیے اسے سسٹم میں کسی بھی آسان جگہ پر رکھا جا سکتا ہے جس میں یہ کام کرتا ہے۔
اصولی طور پر، نہ صرف بجلی، بلکہ کیمیائی عمل کے دوران خارج ہونے والی حرارت کو بھی مفید مقاصد کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، مثال کے طور پر پانی کو گرم کرنے، جگہ کو گرم کرنے یا ٹھنڈک کرنے کے لیے۔ 90%
خلیے بوجھ میں ہونے والی تبدیلیوں کے لیے حساس ہوتے ہیں، اس لیے جیسے جیسے بجلی کی کھپت بڑھ جاتی ہے، زیادہ ایندھن کی فراہمی ضروری ہے۔ یہ گیسولین انجن یا اندرونی دہن جنریٹر کے کام کرنے سے ملتا جلتا ہے۔ تکنیکی طور پر، فیول سیل کو کافی آسانی سے لاگو کیا جاتا ہے، چونکہ کوئی حرکت پذیر پرزہ نہیں ہے، اس لیے ڈیزائن سادہ اور قابل اعتماد ہے، اور ناکامی کا امکان بنیادی طور پر بہت کم ہے۔
ایک ہائیڈروجن آکسیجن فیول سیل جس میں پروٹون ایکسچینج جھلی ہے (مثال کے طور پر «پولیمر الیکٹرولائٹ کے ساتھ») ایک جھلی پر مشتمل ہوتی ہے جو پولیمر (Nafion، polybenzimidazole، وغیرہ) سے پروٹون چلاتی ہے، جو دو الیکٹروڈ کو الگ کرتی ہے - ایک انوڈ اور ایک کیتھوڈ۔ ہر الیکٹروڈ عام طور پر ایک کاربن پلیٹ (میٹرکس) ہوتا ہے جس میں ایک معاون اتپریرک - پلاٹینم یا پلاٹینائڈز اور دیگر مرکبات کا مرکب ہوتا ہے۔
انوڈ اتپریرک پر، سالماتی ہائیڈروجن الگ ہوجاتا ہے اور الیکٹران کھو دیتا ہے۔ ہائیڈروجن کیشنز کو جھلی کے پار کیتھوڈ تک پہنچایا جاتا ہے، لیکن الیکٹران بیرونی سرکٹ کو عطیہ کیے جاتے ہیں کیونکہ جھلی الیکٹرانوں کو وہاں سے گزرنے نہیں دیتی۔ کیتھوڈ اتپریرک پر، آکسیجن مالیکیول ایک الیکٹران (جو بیرونی مواصلات کے ذریعے فراہم کیا جاتا ہے) اور آنے والے پروٹون کے ساتھ مل کر پانی بناتا ہے، جو کہ ردعمل کی واحد پیداوار ہے (بھاپ اور/یا مائع کی شکل میں)۔
جی ہاں، آج برقی کاریں لیتھیم بیٹریوں پر چلتی ہیں۔ تاہم، ہائیڈروجن ایندھن کے خلیات ان کی جگہ لے سکتے ہیں۔ بیٹری کے بجائے، طاقت کا ذریعہ بہت کم وزن کی حمایت کرے گا. اس کے علاوہ، بیٹری سیلز کے اضافے کی وجہ سے وزن میں اضافے کی وجہ سے گاڑی کی طاقت بالکل نہیں بڑھائی جا سکتی ہے، بلکہ صرف سلنڈر میں رہتے ہوئے سسٹم میں ایندھن کی سپلائی کو ایڈجسٹ کر کے۔ لہذا، کار مینوفیکچررز ہائیڈروجن ایندھن کے خلیات کے لئے بہت زیادہ توقعات رکھتے ہیں.
10 سال سے زیادہ پہلے، ہائیڈروجن کاروں کی تخلیق پر کام دنیا کے کئی ممالک میں شروع ہوا، خاص طور پر امریکہ اور یورپ میں۔ گاڑی میں موجود خصوصی فلٹرنگ کمپریسر یونٹ کا استعمال کرتے ہوئے آکسیجن کو براہ راست ماحول کی ہوا سے نکالا جا سکتا ہے۔ کمپریسڈ ہائیڈروجن کو ہیوی ڈیوٹی سلنڈر میں تقریباً 400 اے ٹی ایم کے دباؤ میں محفوظ کیا جاتا ہے۔ ایندھن بھرنے میں چند منٹ لگتے ہیں۔
ماحول دوست شہری نقل و حمل کا تصور یورپ میں 2000 کی دہائی کے وسط سے لاگو کیا گیا ہے: ایسی مسافر بسیں طویل عرصے سے ایمسٹرڈیم، ہیمبرگ، بارسلونا اور لندن میں پائی جاتی ہیں۔ ایک میٹروپولیس میں نقصان دہ اخراج کی عدم موجودگی اور شور میں کمی انتہائی اہم ہے۔ Coradia iLint، پہلی ہائیڈروجن سے چلنے والی ریلوے مسافر ٹرین، 2018 میں جرمنی میں شروع ہوئی۔ 2021 تک، ایسی 14 مزید ٹرینیں شروع کرنے کا منصوبہ ہے۔
اگلے 40 سالوں میں، کاروں کے لیے توانائی کے بنیادی ذریعہ کے طور پر ہائیڈروجن کی طرف منتقلی دنیا کی توانائی اور معیشت میں انقلاب برپا کر سکتی ہے۔ اگرچہ اب یہ واضح ہو گیا ہے کہ تیل اور گیس کم از کم مزید 10 سال تک ایندھن کی مرکزی منڈی رہے گی۔اس کے باوجود، کچھ ممالک پہلے ہی ہائیڈروجن فیول سیل کے ساتھ گاڑیاں بنانے میں سرمایہ کاری کر رہے ہیں، اس حقیقت کے باوجود کہ بہت سی تکنیکی اور اقتصادی رکاوٹوں کو دور کرنے کی ضرورت ہے۔
ہائیڈروجن انفراسٹرکچر، محفوظ گیس سٹیشنز بنانا بنیادی کام ہے، کیونکہ ہائیڈروجن ایک دھماکہ خیز گیس ہے۔ کسی بھی طرح سے، ہائیڈروجن کے ساتھ، گاڑیوں کے ایندھن اور دیکھ بھال کے اخراجات کو نمایاں طور پر کم کیا جا سکتا ہے اور وشوسنییتا میں اضافہ کیا جا سکتا ہے۔
بلومبرگ کی پیشن گوئی کے مطابق، 2040 تک کاریں موجودہ 13 ملین بیرل یومیہ کے بجائے 1,900 ٹیرا واٹ گھنٹے استعمال کریں گی، جو کہ بجلی کی طلب کا 8 فیصد ہوگا، جب کہ آج دنیا میں پیدا ہونے والے تیل کا 70 فیصد نقل و حمل کے ایندھن کی پیداوار پر جاتا ہے۔ . بلاشبہ، اس وقت، بیٹری الیکٹرک گاڑیوں کی مارکیٹ کے امکانات ہائیڈروجن فیول سیلز کے مقابلے میں بہت زیادہ واضح اور متاثر کن ہیں۔
2017 میں، الیکٹرک گاڑیوں کی مارکیٹ 17.4 بلین ڈالر تھی، جب کہ ہائیڈروجن کار مارکیٹ کی قیمت صرف 2 بلین ڈالر تھی۔ اس فرق کے باوجود، سرمایہ کار ہائیڈروجن توانائی میں دلچسپی رکھتے ہیں اور نئی پیشرفتوں کی مالی معاونت کرتے ہیں۔
اس طرح، 2017 میں، ہائیڈروجن کونسل بنائی گئی، جس میں 39 بڑی کار ساز کمپنیاں جیسے Audi، BMW، Honda، Toyota، Daimler، GM، Hyundai شامل ہیں۔ اس کا مقصد نئی ہائیڈروجن ٹیکنالوجیز اور ان کے نتیجے میں وسیع پیمانے پر تقسیم کی تحقیق اور ترقی کرنا ہے۔