اگلی نسل کی توانائی ہائیڈروجن کے بارے میں

ہم "ہائیڈروجن" متعارف کرائیں گے، توانائی کی اگلی نسل جو کاربن نیوٹرل ہے۔ ہائیڈروجن کو تین اقسام میں تقسیم کیا گیا ہے: "گرین ہائیڈروجن"، "بلیو ہائیڈروجن" اور "گرے ہائیڈروجن"، جن میں سے ہر ایک کی پیداوار کا طریقہ مختلف ہے۔ ہم مینوفیکچرنگ کے ہر طریقہ، جسمانی خصوصیات بطور عناصر، اسٹوریج/ٹرانسپورٹیشن کے طریقے، اور استعمال کے طریقوں کی بھی وضاحت کریں گے۔ اور میں یہ بھی متعارف کرواؤں گا کہ یہ اگلی نسل کا غالب توانائی کا ذریعہ کیوں ہے۔

سبز ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے پانی کا الیکٹرولیسس

ہائیڈروجن کا استعمال کرتے وقت، بہر حال "ہائیڈروجن پیدا کرنا" ضروری ہے۔ سب سے آسان طریقہ "پانی کو الیکٹرولائز" کرنا ہے۔ ہوسکتا ہے کہ آپ نے گریڈ اسکول سائنس میں کیا ہو۔ بیکر کو پانی اور الیکٹروڈ سے پانی میں بھریں۔ جب بیٹری الیکٹروڈز سے منسلک ہوتی ہے اور انرجی ہوتی ہے، تو پانی اور ہر الیکٹروڈ میں درج ذیل رد عمل ظاہر ہوتے ہیں۔
کیتھوڈ پر، H+ اور الیکٹران مل کر ہائیڈروجن گیس پیدا کرتے ہیں، جبکہ انوڈ آکسیجن پیدا کرتا ہے۔ پھر بھی، اسکول کے سائنس کے تجربات کے لیے یہ نقطہ نظر ٹھیک ہے، لیکن صنعتی طور پر ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے، بڑے پیمانے پر پیداوار کے لیے موزوں میکانزم تیار کرنا ضروری ہے۔ وہ ہے "پولیمر الیکٹرولائٹ میمبرین (PEM) الیکٹرولیسس"۔
اس طریقہ میں، ایک پولیمر سیمیپرمی ایبل جھلی جو ہائیڈروجن آئنوں کے گزرنے کی اجازت دیتی ہے، ایک اینوڈ اور کیتھوڈ کے درمیان سینڈویچ کی جاتی ہے۔ جب آلے کے انوڈ میں پانی ڈالا جاتا ہے تو، الیکٹرولیسس کے ذریعے پیدا ہونے والے ہائیڈروجن آئن نیم پارمیبل جھلی کے ذریعے کیتھوڈ میں منتقل ہوتے ہیں، جہاں وہ سالماتی ہائیڈروجن بن جاتے ہیں۔ دوسری طرف، آکسیجن آئن نیم پارمیبل جھلی سے نہیں گزر سکتے اور انوڈ پر آکسیجن کے مالیکیول نہیں بن سکتے۔
الکلائن واٹر الیکٹرولیسس میں بھی، آپ انوڈ اور کیتھوڈ کو الگ کرنے والے کے ذریعے ہائیڈروجن اور آکسیجن بناتے ہیں جس سے صرف ہائیڈرو آکسائیڈ آئن گزر سکتے ہیں۔ اس کے علاوہ، اعلی درجہ حرارت بھاپ الیکٹرولیسس جیسے صنعتی طریقے موجود ہیں.
ان عمل کو بڑے پیمانے پر انجام دینے سے ہائیڈروجن کی بڑی مقدار حاصل کی جا سکتی ہے۔ اس عمل میں، آکسیجن کی ایک خاص مقدار بھی پیدا ہوتی ہے (ہائیڈروجن کی نصف مقدار پیدا ہوتی ہے)، تاکہ فضا میں چھوڑے جانے پر اس کا کوئی منفی ماحولیاتی اثر نہ ہو۔ تاہم، الیکٹرولیسس کے لیے بہت زیادہ بجلی کی ضرورت ہوتی ہے، اس لیے کاربن سے پاک ہائیڈروجن پیدا کی جا سکتی ہے اگر یہ ایسی بجلی کے ساتھ پیدا کی جائے جس میں فوسل فیول، جیسے ونڈ ٹربائنز اور سولر پینلز استعمال نہ ہوں۔
آپ صاف توانائی کا استعمال کرتے ہوئے پانی کو الیکٹرولائز کر کے "گرین ہائیڈروجن" حاصل کر سکتے ہیں۔

اس سبز ہائیڈروجن کی بڑے پیمانے پر پیداوار کے لیے ایک ہائیڈروجن جنریٹر بھی ہے۔ الیکٹرولائزر سیکشن میں پی ای ایم کا استعمال کرتے ہوئے، ہائیڈروجن کو مسلسل پیدا کیا جا سکتا ہے۔

جیواشم ایندھن سے بنی بلیو ہائیڈروجن

تو، ہائیڈروجن بنانے کے دوسرے طریقے کیا ہیں؟ ہائیڈروجن فوسل ایندھن جیسے قدرتی گیس اور کوئلے میں پانی کے علاوہ دیگر مادوں کے طور پر موجود ہے۔ مثال کے طور پر، قدرتی گیس کا بنیادی جزو میتھین (CH4) پر غور کریں۔ یہاں چار ہائیڈروجن ایٹم ہیں۔ اس ہائیڈروجن کو نکال کر آپ ہائیڈروجن حاصل کر سکتے ہیں۔
ان میں سے ایک ایسا عمل ہے جسے "سٹیم میتھین ریفارمنگ" کہا جاتا ہے جو بھاپ کا استعمال کرتا ہے۔ اس طریقہ کار کا کیمیائی فارمولا درج ذیل ہے۔
جیسا کہ آپ دیکھ سکتے ہیں، کاربن مونو آکسائیڈ اور ہائیڈروجن کو ایک ہی میتھین مالیکیول سے نکالا جا سکتا ہے۔
اس طرح، ہائیڈروجن قدرتی گیس اور کوئلے کی "بھاپ کی اصلاح" اور "پائرولیسس" جیسے عمل کے ذریعے تیار کی جا سکتی ہے۔ "بلیو ہائیڈروجن" سے مراد اس طرح سے پیدا ہونے والی ہائیڈروجن ہے۔
تاہم، اس صورت میں، کاربن مونو آکسائیڈ اور کاربن ڈائی آکسائیڈ ضمنی مصنوعات کے طور پر تیار ہوتے ہیں۔ لہذا آپ کو انہیں ماحول میں چھوڑنے سے پہلے انہیں دوبارہ استعمال کرنا ہوگا۔ بائی پروڈکٹ کاربن ڈائی آکسائیڈ، اگر بازیافت نہ ہو تو، ہائیڈروجن گیس بن جاتی ہے، جسے "گرے ہائیڈروجن" کہا جاتا ہے۔

ہائیڈروجن کس قسم کا عنصر ہے؟

ہائیڈروجن کا ایٹم نمبر 1 ہے اور یہ متواتر جدول کا پہلا عنصر ہے۔
ایٹموں کی تعداد کائنات میں سب سے زیادہ ہے، جو کائنات میں موجود تمام عناصر کا تقریباً 90 فیصد ہے۔ پروٹون اور الیکٹران پر مشتمل سب سے چھوٹا ایٹم ہائیڈروجن ایٹم ہے۔
ہائیڈروجن کے دو آاسوٹوپس ہوتے ہیں جن کے نیوٹران نیوکلئس سے منسلک ہوتے ہیں۔ ایک نیوٹران بانڈڈ "ڈیوٹیریم" اور دو نیوٹران بانڈڈ "ٹرائٹیم"۔ یہ فیوژن پاور جنریشن کے لیے بھی مواد ہیں۔
سورج جیسے ستارے کے اندر، ہائیڈروجن سے ہیلیم تک جوہری فیوژن ہو رہا ہے، جو ستارے کے چمکنے کے لیے توانائی کا ذریعہ ہے۔
تاہم، ہائیڈروجن زمین پر گیس کے طور پر شاذ و نادر ہی موجود ہے۔ ہائیڈروجن دوسرے عناصر جیسے پانی، میتھین، امونیا اور ایتھنول کے ساتھ مرکبات بناتا ہے۔ چونکہ ہائیڈروجن ایک ہلکا عنصر ہے، اس لیے جیسے جیسے درجہ حرارت بڑھتا ہے، ہائیڈروجن کے مالیکیولز کی حرکت کی رفتار بڑھ جاتی ہے، اور زمین کی کشش ثقل سے خارجی خلا کی طرف بھاگ جاتی ہے۔

ہائیڈروجن کا استعمال کیسے کریں؟ دہن کے ذریعہ استعمال کریں۔

پھر، "ہائیڈروجن"، جس نے اگلی نسل کے توانائی کے ذریعہ کے طور پر دنیا بھر کی توجہ مبذول کرائی ہے، کس طرح استعمال کیا جاتا ہے؟ اسے دو اہم طریقوں سے استعمال کیا جاتا ہے: "کمبشن" اور "فیول سیل"۔ آئیے "برن" کے استعمال سے شروع کریں۔
استعمال ہونے والے دہن کی دو اہم اقسام ہیں۔
پہلا راکٹ ایندھن کے طور پر ہے۔ جاپان کا H-IIA راکٹ ہائیڈروجن گیس "مائع ہائیڈروجن" اور "مائع آکسیجن" استعمال کرتا ہے جو ایندھن کے طور پر کرائیوجینک حالت میں بھی ہے۔ یہ دونوں مل کر ہیں، اور اس وقت پیدا ہونے والی حرارت کی توانائی خلا میں اڑتے ہوئے پیدا ہونے والے پانی کے مالیکیولز کے انجیکشن کو تیز کرتی ہے۔ تاہم، کیونکہ یہ تکنیکی طور پر مشکل انجن ہے، جاپان کے علاوہ، صرف امریکہ، یورپ، روس، چین اور بھارت نے اس ایندھن کو کامیابی سے ملایا ہے۔
دوسرا پاور جنریشن ہے۔ گیس ٹربائن پاور جنریشن بھی ہائیڈروجن اور آکسیجن کو ملا کر توانائی پیدا کرنے کا طریقہ استعمال کرتی ہے۔ دوسرے لفظوں میں، یہ ایک ایسا طریقہ ہے جو ہائیڈروجن کے ذریعے پیدا ہونے والی تھرمل توانائی کو دیکھتا ہے۔ تھرمل پاور پلانٹس میں کوئلہ، تیل اور قدرتی گیس جلانے سے گرمی بھاپ پیدا کرتی ہے جو ٹربائن چلاتی ہے۔ اگر ہائیڈروجن کو حرارت کے منبع کے طور پر استعمال کیا جائے تو پاور پلانٹ کاربن نیوٹرل ہوگا۔

ہائیڈروجن کا استعمال کیسے کریں؟ فیول سیل کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔

ہائیڈروجن کو استعمال کرنے کا دوسرا طریقہ ایندھن کے سیل کے طور پر ہے، جو ہائیڈروجن کو براہ راست بجلی میں تبدیل کرتا ہے۔ خاص طور پر، ٹویوٹا نے اپنے گلوبل وارمنگ کے انسداد کے اقدامات کے ایک حصے کے طور پر گیسولین گاڑیوں کے متبادل کے طور پر الیکٹرک گاڑیوں (EVs) کے بجائے ہائیڈروجن ایندھن سے چلنے والی گاڑیوں کو جاپان میں توجہ مبذول کرائی ہے۔
خاص طور پر، جب ہم "گرین ہائیڈروجن" کا مینوفیکچرنگ طریقہ متعارف کراتے ہیں تو ہم الٹا طریقہ کار کر رہے ہیں۔ کیمیائی فارمولا مندرجہ ذیل ہے۔
ہائیڈروجن بجلی پیدا کرنے کے دوران پانی (گرم پانی یا بھاپ) پیدا کر سکتا ہے، اور اس کا اندازہ اس لیے لگایا جا سکتا ہے کہ یہ ماحول پر بوجھ نہیں ڈالتا۔ دوسری طرف، اس طریقہ کار میں 30-40% کی نسبتاً کم بجلی پیدا کرنے کی کارکردگی ہے، اور اس کے لیے پلاٹینم کی ایک اتپریرک کے طور پر ضرورت ہوتی ہے، اس طرح لاگت میں اضافہ کی ضرورت ہوتی ہے۔
فی الحال، ہم پولیمر الیکٹرولائٹ فیول سیلز (PEFC) اور فاسفورک ایسڈ فیول سیلز (PAFC) استعمال کر رہے ہیں۔ خاص طور پر، فیول سیل گاڑیاں PEFC استعمال کرتی ہیں، اس لیے مستقبل میں اس کے پھیلنے کی امید کی جا سکتی ہے۔

کیا ہائیڈروجن کا ذخیرہ اور نقل و حمل محفوظ ہے؟

اب تک، ہمارا خیال ہے کہ آپ سمجھ گئے ہوں گے کہ ہائیڈروجن گیس کیسے بنائی اور استعمال کی جاتی ہے۔ تو آپ اس ہائیڈروجن کو کیسے ذخیرہ کرتے ہیں؟ جہاں آپ کو ضرورت ہے آپ اسے کیسے حاصل کریں گے؟ اس وقت سیکورٹی کے بارے میں کیا خیال ہے؟ ہم وضاحت کریں گے۔
درحقیقت ہائیڈروجن بھی ایک انتہائی خطرناک عنصر ہے۔ 20ویں صدی کے آغاز میں، ہم نے ہائیڈروجن کو گیس کے طور پر غباروں، غباروں اور ہوائی جہازوں کو آسمان میں تیرنے کے لیے استعمال کیا کیونکہ یہ بہت ہلکا تھا۔ تاہم، 6 مئی، 1937 کو، نیو جرسی، امریکہ میں، "ایئر شپ ہندنبرگ دھماکہ" ہوا۔
حادثے کے بعد سے یہ بات بڑے پیمانے پر تسلیم کی گئی ہے کہ ہائیڈروجن گیس خطرناک ہے۔ خاص طور پر جب یہ آگ پکڑتا ہے، تو یہ آکسیجن کے ساتھ پرتشدد طور پر پھٹ جائے گا۔ لہذا، "آکسیجن سے دور رکھیں" یا "گرمی سے دور رہیں" ضروری ہے۔
ان اقدامات کے بعد، ہم نے شپنگ کا طریقہ نکالا۔
ہائیڈروجن کمرے کے درجہ حرارت پر ایک گیس ہے، لہذا اگرچہ یہ اب بھی ایک گیس ہے، یہ بہت بڑی ہے۔ پہلا طریقہ کاربونیٹیڈ مشروبات بناتے وقت ہائی پریشر اور سلنڈر کی طرح کمپریس کرنا ہے۔ ایک خصوصی ہائی پریشر ٹینک تیار کریں اور اسے ہائی پریشر کی حالتوں میں ذخیرہ کریں جیسے 45Mpa۔
ٹویوٹا، جو فیول سیل گاڑیاں (FCV) تیار کرتا ہے، ایک رال ہائی پریشر ہائیڈروجن ٹینک تیار کر رہا ہے جو 70 MPa دباؤ کو برداشت کر سکتا ہے۔
دوسرا طریقہ یہ ہے کہ مائع ہائیڈروجن بنانے کے لیے -253 ° C تک ٹھنڈا کیا جائے، اور اسے خصوصی حرارت سے موصل ٹینکوں میں محفوظ اور منتقل کیا جائے۔ LNG (مائع قدرتی گیس) کی طرح جب قدرتی گیس بیرون ملک سے درآمد کی جاتی ہے، ہائیڈروجن کو نقل و حمل کے دوران مائع کیا جاتا ہے، جس سے اس کا حجم اس کی گیسی حالت کے 1/800 تک کم ہو جاتا ہے۔ 2020 میں، ہم نے دنیا کا پہلا مائع ہائیڈروجن کیریئر مکمل کیا۔ تاہم، یہ طریقہ فیول سیل گاڑیوں کے لیے موزوں نہیں ہے کیونکہ اسے ٹھنڈا ہونے کے لیے بہت زیادہ توانائی کی ضرورت ہوتی ہے۔
اس طرح کے ٹینکوں میں ذخیرہ کرنے اور بھیجنے کا ایک طریقہ ہے، لیکن ہم ہائیڈروجن ذخیرہ کرنے کے دوسرے طریقے بھی تیار کر رہے ہیں۔
اسٹوریج کا طریقہ ہائیڈروجن سٹوریج مرکب استعمال کرنا ہے. ہائیڈروجن میں دھاتوں میں گھسنے اور انہیں خراب کرنے کی خاصیت ہے۔ یہ ایک ترقیاتی ٹپ ہے جو 1960 کی دہائی میں ریاستہائے متحدہ میں تیار کیا گیا تھا۔ جے جے ریلی وغیرہ۔ تجربات سے ثابت ہوا ہے کہ ہائیڈروجن کو میگنیشیم اور وینیڈیم کے مرکب کا استعمال کرتے ہوئے ذخیرہ اور جاری کیا جا سکتا ہے۔
اس کے بعد، اس نے کامیابی سے پیلیڈیم جیسا مادہ تیار کیا، جو ہائیڈروجن کو اپنے حجم سے 935 گنا زیادہ جذب کر سکتا ہے۔
اس مرکب کو استعمال کرنے کا فائدہ یہ ہے کہ یہ ہائیڈروجن کے رساو کے حادثات (بنیادی طور پر دھماکے کے حادثات) کو روک سکتا ہے۔ لہذا، اسے محفوظ طریقے سے ذخیرہ اور نقل و حمل کیا جا سکتا ہے. تاہم، اگر آپ محتاط نہیں ہیں اور اسے غلط ماحول میں چھوڑ دیتے ہیں، تو ہائیڈروجن ذخیرہ کرنے والے مرکب وقت کے ساتھ ساتھ ہائیڈروجن گیس چھوڑ سکتے ہیں۔ ٹھیک ہے، ایک چھوٹی چنگاری بھی دھماکے کے حادثے کا سبب بن سکتی ہے، لہذا محتاط رہیں.
اس کا یہ نقصان بھی ہے کہ بار بار ہائیڈروجن جذب اور ڈیسورپشن جھنجھٹ کا باعث بنتا ہے اور ہائیڈروجن جذب کی شرح کو کم کرتا ہے۔
دوسرا پائپ استعمال کرنا ہے۔ اس میں شرط یہ ہے کہ پائپوں کی خرابی کو روکنے کے لیے یہ غیر کمپریسڈ اور کم دباؤ کا ہونا چاہیے، لیکن فائدہ یہ ہے کہ موجودہ گیس پائپ استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ ٹوکیو گیس نے Harumi FLAG پر تعمیراتی کام انجام دیا، سٹی گیس پائپ لائنوں کا استعمال کرتے ہوئے ایندھن کے خلیوں کو ہائیڈروجن کی فراہمی کی۔

مستقبل کی سوسائٹی ہائیڈروجن انرجی کے ذریعہ تخلیق کی گئی ہے۔

آخر میں، آئیے اس پر غور کریں کہ ہائیڈروجن معاشرے میں کیا کردار ادا کر سکتی ہے۔
زیادہ اہم بات یہ ہے کہ ہم کاربن سے پاک معاشرے کو فروغ دینا چاہتے ہیں، ہم ہائیڈروجن کو حرارتی توانائی کے بجائے بجلی پیدا کرنے کے لیے استعمال کرتے ہیں۔
بڑے تھرمل پاور پلانٹس کے بجائے، کچھ گھرانوں نے ENE-FARM جیسے نظام متعارف کرائے ہیں، جو قدرتی گیس میں اصلاحات کے ذریعے حاصل کردہ ہائیڈروجن کو مطلوبہ بجلی پیدا کرنے کے لیے استعمال کرتے ہیں۔ تاہم، یہ سوال باقی ہے کہ اصلاحی عمل کی ضمنی مصنوعات کا کیا کیا جائے۔

مستقبل میں، اگر خود ہائیڈروجن کی گردش بڑھ جاتی ہے، جیسے کہ ہائیڈروجن ایندھن بھرنے والے اسٹیشنوں کی تعداد میں اضافہ، تو کاربن ڈائی آکسائیڈ کے اخراج کے بغیر بجلی کا استعمال ممکن ہوگا۔ بجلی سبز ہائیڈروجن پیدا کرتی ہے، اس لیے یہ سورج کی روشنی یا ہوا سے پیدا ہونے والی بجلی کا استعمال کرتی ہے۔ الیکٹرولائسز کے لیے استعمال ہونے والی طاقت بجلی کی پیداوار کی مقدار کو دبانے یا ریچارج ایبل بیٹری کو چارج کرنے کی طاقت ہونی چاہیے جب قدرتی توانائی سے اضافی طاقت ہو۔ دوسرے الفاظ میں، ہائیڈروجن ریچارج ایبل بیٹری جیسی ہی پوزیشن میں ہے۔ اگر ایسا ہوتا ہے تو بالآخر تھرمل پاور کی پیداوار کو کم کرنا ممکن ہو جائے گا۔ وہ دن جب کاروں سے اندرونی دہن کا انجن غائب ہو جائے گا وہ دن تیزی سے قریب آ رہا ہے۔

ہائیڈروجن دوسرے راستے سے بھی حاصل کی جاسکتی ہے۔ درحقیقت، ہائیڈروجن اب بھی کاسٹک سوڈا کی پیداوار کی ضمنی پیداوار ہے۔ دیگر چیزوں کے علاوہ، یہ آئرن میکنگ میں کوک کی پیداوار کا ضمنی پروڈکٹ ہے۔ اگر آپ اس ہائیڈروجن کو تقسیم میں ڈالتے ہیں، تو آپ متعدد ذرائع حاصل کر سکیں گے۔ اس طرح سے پیدا ہونے والی ہائیڈروجن گیس بھی ہائیڈروجن سٹیشنوں سے فراہم کی جاتی ہے۔

آئیے مستقبل میں مزید دیکھتے ہیں۔ ضائع ہونے والی توانائی کی مقدار ٹرانسمیشن کے طریقہ کار کے ساتھ بھی ایک مسئلہ ہے جو بجلی کی فراہمی کے لیے تاروں کا استعمال کرتی ہے۔ لہذا، مستقبل میں، ہم پائپ لائنوں کے ذریعے فراہم کی جانے والی ہائیڈروجن کا استعمال کریں گے، بالکل اسی طرح جیسے کاربونک ایسڈ کے ٹینک کاربونیٹیڈ مشروبات بنانے میں استعمال ہوتے ہیں، اور ہر گھر کے لیے بجلی پیدا کرنے کے لیے گھر پر ایک ہائیڈروجن ٹینک خریدیں گے۔ ہائیڈروجن بیٹریوں پر چلنے والے موبائل آلات عام ہوتے جا رہے ہیں۔ ایسا مستقبل دیکھنا دلچسپ ہوگا۔