الکلائن الیکٹرولائزر

توانائی کی منتقلی کے اخراجات کو کم کرنے کے لیے پانی کے الیکٹرولیسس سے پیدا ہونے والے سبز ہائیڈروجن کی لاگت میں کمی انتہائی مطلوب ہے۔ اس کے لیے نہ صرف کم لاگت والی سبز بجلی کی ضرورت ہوتی ہے بلکہ سرمایہ کاری کی لاگت بھی کم ہوتی ہے۔ مؤخر الذکر خاص طور پر اہم ہے، کیونکہ مستقبل کے الیکٹرولائسز پلانٹس (اضافی) متغیر قابل تجدید بجلی کی بنیاد پر چلائے جائیں گے جو آپریٹنگ اوقات کی تعداد کو محدود کرتے ہیں اور اس وجہ سے سرمائے کی لاگت میں نسبتاً شراکت میں اضافہ ہوتا ہے۔ سرمائے کے اخراجات کو کم کرنے کے تین طریقے ہیں: پیمانے کی معیشتیں، اعداد کی معیشتیں اور اختراع۔
"پیمانے کی معیشت" کا مطلب ہے کہ بڑے پودے نسبتاً سستے ہیں۔ کیمیائی صنعت میں یہ ایک عام بات ہے کہ ایک پلانٹ جو دس گنا بڑا ہے صرف پانچ گنا زیادہ مہنگا ہے، اس کا مطلب یہ ہے کہ پیدا ہونے والی مصنوعات کی فی یونٹ کیپیٹل لاگت ایک عنصر دو کم ہے۔ ایک سوال یہ ہے کہ کیا یہ پیمانہ الیکٹرولائسز پلانٹس پر بھی لاگو ہوگا، کیوں کہ الیکٹرولائزرز "اچھی طرح سے پیمانے" نہیں کرتے ہیں: حرارت کے انتظام میں محدودیت کی وجہ سے موجودہ الکلائن اسٹیک تقریباً 10 میگاواٹ سائز تک محدود ہیں اور اس تعداد میں زیادہ اضافے کی توقع نہیں ہے۔ مستقبل. اس کا مطلب یہ ہے کہ بڑے پودوں کے لیے الیکٹرولائزرز کو صرف "نمبر اپ" کرنے کی ضرورت ہوگی، جس کا مطلب یہ ہے کہ الیکٹرولائزرز کے محدود پیمانے پر فوائد ہیں۔ ایک ہی وقت میں، پودے کی کل لاگت کا صرف 10-20% حصہ ڈالتے ہیں اور دیگر 80-90% لاگت اچھی طرح سے۔ لہذا، ہم اب بھی پانی کے الیکٹرولیسس پلانٹس کے لیے اچھی معیشتوں کی توقع کرتے ہیں، حالانکہ وہ عام کیمیکل پلانٹس کے مقابلے میں قدرے کم سازگار ہو سکتے ہیں۔
"اعداد کی معیشت" کا مطلب ہے کہ جب ایک ہی پروڈکٹ کی زیادہ اکائیاں تیار کی جاتی ہیں، تو وہ خودکار مینوفیکچرنگ اور سپلائی چین کی دیگر اصلاحوں کی وجہ سے سستی ہو جاتی ہیں۔ سب سے مشہور مثال سولر پینلز ہیں جہاں اس طریقے سے لاگت میں بہت زیادہ کمی کی گئی ہے۔ اس کے علاوہ، الیکٹرولائزرز کے میدان میں "پیمانے کی معیشتوں" کی بہت زیادہ صلاحیت موجود ہے، کیونکہ فی الحال زیادہ تر الیکٹرولائزرز اب بھی بہت زیادہ محنت سے بنائے جاتے ہیں جس میں خلیات کو دستی طور پر اسٹیک میں جمع کیا جاتا ہے۔ الیکٹرولائزرز کی بڑھتی ہوئی مانگ کی وجہ سے ہم پہلے ہی دیکھتے ہیں کہ مینوفیکچررز خودکار پروڈکشن لائنز تیار کرنا شروع کر دیتے ہیں جس کی وجہ سے لاگت میں نمایاں کمی واقع ہوتی ہے۔
"پیمانے کی معیشتیں" اور "اعداد کی معیشتیں" دونوں لاگت میں کمی میں حصہ ڈالیں گی، لیکن ان کے درمیان تجارت بھی ہے: بڑے اسٹیک اور ماڈیولز (جن میں اے او پمپ، گیس مائع الگ کرنے والے، اور ہیٹ ایکسچینجرز شامل ہیں) کا مطلب ہے کہ اکائیوں کی تعداد کم ہوگی اور اس لیے "اعداد کی معیشتوں" کے فوائد کم ہوں گے۔ تاہم، واٹر الیکٹرولائزر مارکیٹ اتنی بڑی ہو گی کہ بڑے ڈھیروں اور ماڈیولز کے ساتھ بھی اب بھی اہم "اعداد کی معیشتیں" ہوں گی۔ اس سے پانی کی برقی تجزیہ کے لیے "پیمانے کی معیشتیں" اور "اعداد کی معیشتیں" تکمیلی ہو سکتی ہیں۔
لاگت میں کمی کا ایک اور بڑا محرک جدت طرازی ہوگی۔ اگرچہ الکلائن ٹیکنالوجی پہلے ہی 100 سالوں سے موجود ہے، لیکن تکنیکی اختراعات کے لیے ابھی بھی کافی گنجائش موجود ہے، خاص طور پر موجودہ کثافت کے حوالے سے جس پر ٹیکنالوجی چل رہی ہے۔ روایتی الکلائن الیکٹرولائسز ٹیکنالوجی کے مقابلے میں، ڈایافرام، الیکٹروڈ کوٹنگز اور سیل ڈیزائن میں اختراعات کے ذریعے موجودہ کثافت کو ایک فیکٹر پانچ سے زیادہ بڑھایا جا سکتا ہے۔ شکل 3 تصوراتی الکلائن الیکٹرولائسز اسٹیک کی اسکیمیٹک نمائندگی دکھاتی ہے جو 2030 میں مارکیٹ میں آسکتی ہے۔ الکلین الیکٹرولائزر اس سے پیدا شدہ ہائیڈروجن کی لاگت مؤثر طریقے سے کم ہوتی ہے، کیونکہ اسٹیک روایتی سے دس گنا زیادہ مہنگا نہیں ہوتا ہے۔

ایسے بہت سے طریقے ہیں جن میں ہائیڈروجن پروڈکشن الیکٹرولیسس افراد کے ساتھ ساتھ کاروبار کو بھی فائدہ پہنچا سکتا ہے۔ شاید اس تکنیک کا بنیادی فائدہ نیلے ہائیڈروجن پر انحصار کرنے کے برخلاف سبز ہائیڈروجن کی پیداوار شامل ہے (ایک مصنوعات جو قدرتی گیس جیسے فوسل ایندھن کے روایتی ذرائع سے حاصل کی گئی ہے)۔ دوسرے الفاظ میں، ایک الیکٹرولائزر توانائی پیدا کرنے کے لیے قابل تجدید ذرائع پیش کرتا ہے۔

لہذا یہ دیکھنا واضح ہے کہ الیکٹرولائزر اکثر ہائیڈروجن فیول سیل انڈسٹری میں کیوں استعمال ہوتا ہے۔ اس گیس کو جمع اور ذخیرہ کیا جا سکتا ہے تاکہ خلیوں کے ختم ہو جانے کے بعد دوبارہ چارج کیا جا سکے۔ توانائی کے قابل اعتماد ذرائع کو یقینی بناتے ہوئے ڈرامائی طور پر ان کی عمر میں اضافہ کرنا۔

ایک اور دلچسپ ایپلی کیشن جس میں ہائیڈروجن اسٹوریج شامل ہے اس میں شامل ہے کہ اسے موجودہ گرین ٹیکنالوجیز میں کیسے ضم کیا جا سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، ایسے وقت ہو سکتے ہیں جب ونڈ ٹربائنز موسمی حالات کی وجہ سے کافی مقدار میں بجلی پیدا کرنے سے قاصر ہوں۔ سائٹ پر موجود الیکٹرولائزر کو بے کار نظام کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔

ایک اور مثال میں ایسے حالات شامل ہوتے ہیں جب مینز بجلی کی زیادہ مقدار پیدا ہوتی ہے۔ پیداوار کو کم کرنے کے برخلاف، اس طاقت کو الیکٹرولائزر پر ری ڈائریکٹ کیا جا سکتا ہے۔ جس کے نتیجے میں مستقبل میں استعمال کے لیے ہائیڈروجن کے زیادہ مناسب ذخیرے ہوتے ہیں۔[9]

پانی کا الکلائن الیکٹرولیسس اس کی غیر معمولی اسکیل ایبلٹی کے لیے نمایاں ہے، جو کہ مختلف ہائیڈروجن کی پیداواری ضروریات کو آسانی سے ڈھالتا ہے۔ یہ استرتا اسے معمولی پیمانے کے اقدامات سے لے کر وسیع صنعتی عمل تک مختلف منظرناموں پر لاگو کرتا ہے۔ مزید برآں، الکلائن الیکٹرولیسس کی توسیع شدہ آپریشنل عمر ایک طویل مدت میں مسلسل اور پائیدار ہائیڈروجن کی فراہمی کو یقینی بناتی ہے۔
الکلائن الیکٹرولیسس کی لاگت کی تاثیر ایک اور قابل ذکر فائدہ ہے، اس کے آلات کو ہائیڈروجن کی پیداوار کے متبادل طریقوں کے مقابلے میں کم مہنگے مواد کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ استطاعت اس کی رسائی کو وسیع کرتی ہے، اس کی اپیل کو متنوع صارف کی بنیاد تک بڑھاتا ہے، بشمول چھوٹے کاروباری اداروں اور تحقیقی اداروں تک۔

سادگی الکلائن الیکٹرولیسس سسٹم کی بحالی کی وضاحت کرتی ہے۔ ان کا سیدھا سادا ڈیزائن کم سے کم توجہ اور خدمت کا مطالبہ کرتا ہے، خصوصی مہارتوں یا مہنگے دیکھ بھال کے معمولات کی ضرورت کو ختم کرتے ہوئے، اسے ہائیڈروجن کی پیداوار کے لیے ایک آسان انتخاب کے طور پر قائم کرتا ہے۔

کم درجہ حرارت پر کام کرنا الکلائن الیکٹرولیسس کا ایک اہم فائدہ ہے، جس سے توانائی کی کھپت میں کمی اور مجموعی کارکردگی میں اضافہ ہوتا ہے۔ اس توانائی کے موثر عمل کے نتیجے میں لاگت کی بچت ہوتی ہے اور ماحولیاتی اثرات کم ہوتے ہیں۔
ہائیڈروجن ہائیڈروجن کی پیداوار الکلائن الیکٹرولیسس کا ایک اضافی میرٹ ہے، خاص طور پر ایندھن کے خلیوں اور کیمیکلز جیسی صنعتوں میں استعمال کے لیے بہت اہم ہے۔ ان شعبوں میں اعلی درجے کی کارکردگی اور وشوسنییتا کی یقین دہانی ہائیڈروجن کی پیداوار کے لیے ایک ترجیحی طریقہ کے طور پر الکلائن الیکٹرولیسس کو مستحکم کرتی ہے۔

آخر میں، الکلائن الیکٹرولیسس کی ماحول دوست صلاحیت قابل ذکر ہے۔ قابل تجدید توانائی کے ذرائع جیسے شمسی یا ہوا کی طاقت کو یکجا کرکے، یہ عمل کاربن کے اخراج کو نمایاں طور پر کم کرتا ہے اور فوسل ایندھن پر انحصار کو کم کرتا ہے، ایک پائیدار اور ماحولیاتی طور پر باشعور توانائی کے نظام کو فروغ دینے کے بڑے ہدف کے ساتھ ہم آہنگ ہوتا ہے۔

خلاصہ یہ کہ پانی کی الکلائن الیکٹرولیسس ہائیڈروجن کی پیداوار کے لیے کثیر جہتی فوائد فراہم کرتی ہے۔ اس کی اسکیل ایبلٹی، لاگت کی تاثیر، کم دیکھ بھال کے اوصاف، کم درجہ حرارت پر کام کرنے کی صلاحیت، ہائیڈروجن کی اعلیٰ پاکیزگی، اور ماحول دوست خصوصیات اسے مختلف ایپلی کیشنز میں ایک زبردست حل کے طور پر رکھتی ہیں۔ چاہے چھوٹے پیمانے کے منصوبوں یا بڑے پیمانے پر صنعتی ترتیبات میں تعینات کیا گیا ہو، پانی کی الکلائن الیکٹرولیسس ہائیڈروجن کے قابل اعتماد اور پائیدار ذریعہ کے طور پر ابھرتی ہے۔

ایک الکلائن الیکٹرولائزر ایک ایسا آلہ ہے جو الیکٹرولائٹ محلول، عام طور پر پوٹاشیم یا سوڈیم ہائیڈرو آکسائیڈ، پانی کے مالیکیولز کو ہائیڈروجن اور آکسیجن میں تقسیم کرنے کے لیے استعمال کرتا ہے جسے الیکٹرولیسس کہتے ہیں۔ الکلین الیکٹرولائزر کے پیچھے کیمیائی اصول الیکٹرو کیمسٹری کے اصولوں پر مبنی ہے۔ الیکٹرو کیمسٹری میں، کیمیائی ردعمل ایک مادہ سے دوسرے مادہ میں الیکٹرانوں کی منتقلی سے چلتے ہیں۔ جب الیکٹرولائٹ محلول پر برقی رو لگائی جاتی ہے، تو یہ الیکٹرولائٹ محلول کو الیکٹرولیسس نامی عمل سے گزرنے کا سبب بنتا ہے۔ اس عمل کے دوران، برقی رو پانی کے مالیکیولز کو ہائیڈروجن اور آکسیجن کے ان کے جزو ایٹموں میں تقسیم کرنے کا سبب بنتی ہے۔
الکلائن الیکٹرولائزر میں، یہ عمل الیکٹرولائٹ محلول کی موجودگی سے ممکن ہوتا ہے، جس میں ہائیڈرو آکسائیڈ آئنز (OH-) ہوتے ہیں جو الیکٹروڈز اور پانی کے مالیکیولز کے درمیان الیکٹران کی منتقلی کو آسان بناتے ہیں۔ ہائیڈرو آکسائیڈ آئن مثبت چارج شدہ انوڈ کی طرف متوجہ ہوتے ہیں (بجلی کے منبع کے مثبت ٹرمینل سے منسلک الیکٹروڈ) اور ہائیڈروجن آئنز (H+) منفی چارج شدہ کیتھوڈ کی طرف متوجہ ہوتے ہیں (بجلی کے منبع کے منفی ٹرمینل سے منسلک الیکٹروڈ) .
انوڈ پر، پانی کے مالیکیول آکسیجن گیس اور مثبت چارج شدہ ہائیڈروجن آئن بنانے کے لیے آکسائڈائز ہوتے ہیں: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e-
کیتھوڈ پر، ہائیڈروجن آئن کم ہو کر ہائیڈروجن گیس بنتے ہیں: 4H+ + 4e- → 2H2
مجموعی طور پر، ردعمل کا اظہار اس طرح کیا جا سکتا ہے: 2H2O → 2H2 + O2
الیکٹرولائٹ محلول الیکٹروڈز اور پانی کے مالیکیولز کے درمیان الیکٹران کے بہاؤ کے لیے ایک ترسیلی ذریعہ فراہم کرکے اس عمل میں اہم کردار ادا کرتا ہے۔ الیکٹرولائٹ محلول میں موجود ہائیڈرو آکسائیڈ آئن پی ایچ کی مستحکم سطح کو برقرار رکھنے میں بھی مدد کرتے ہیں، جو الیکٹرولائزر کے موثر کام کے لیے اہم ہے۔
خلاصہ طور پر، ایک الکلین الیکٹرولائزر الیکٹروڈ اور پانی کے مالیکیولز کے درمیان الیکٹران کی منتقلی کو آسان بنانے کے لیے الیکٹرولائٹ محلول کا استعمال کرتے ہوئے کام کرتا ہے، جس کے نتیجے میں ہائیڈروجن اور آکسیجن گیس کی پیداوار ہوتی ہے۔

الکلائن الیکٹرولائزرز عام طور پر ایسے مواد کا استعمال کرتے ہوئے بنائے جاتے ہیں جو سنکنرن کے خلاف مزاحم ہوتے ہیں اور الیکٹرولیسس کے عمل کے سخت حالات کا مقابلہ کر سکتے ہیں۔ الکلین الیکٹرولائزرز میں استعمال ہونے والے اہم مواد میں شامل ہیں:

الیکٹروڈز:الکلائن الیکٹرولائزرز میں الیکٹروڈز عام طور پر نکل، نکل چڑھایا سٹیل، یا ٹائٹینیم سے بنے ہوتے ہیں جو نکل پر مبنی مرکب کے ساتھ لیپت ہوتے ہیں۔ یہ مواد سنکنرن کے خلاف مزاحم ہیں اور الیکٹرولیسس کے عمل کے سخت حالات کا مقابلہ کر سکتے ہیں۔

جھلی:الکلائن الیکٹرولائزر ایک مائع KOH الیکٹرولائٹ استعمال کرتے ہیں، لہذا انہیں جھلی کی ضرورت نہیں ہوتی ہے۔

سیل کے اجزاء:الکلائن الیکٹرولائزرز میں سیل کے اجزاء، جیسے سیل فریم، الگ کرنے والے، اور پریشر برتن، عام طور پر سٹینلیس سٹیل، کاربن سٹیل، یا نکل مرکبات جیسے مواد سے بنے ہوتے ہیں۔ یہ مواد سنکنرن کے خلاف مزاحم ہیں اور الیکٹرولیسس کے عمل کے سخت حالات کا مقابلہ کر سکتے ہیں۔

الکلائن الیکٹرولائزر ہائیڈروجن کی پیداوار کے لیے ایک سرمایہ کاری مؤثر اور موثر آپشن ہیں۔ ان کے الیکٹرولائزرز کی دیگر اقسام کے مقابلے میں کئی فوائد ہیں، بشمول اعلی توانائی کی کارکردگی، کم قیمت، اعلی پاکیزگی ہائیڈروجن کی پیداوار، اور مکینیکل مضبوطی۔ الکلائن الیکٹرولائزرز ایسے مواد کا استعمال کرتے ہوئے بنائے جاتے ہیں جو سنکنرن کے خلاف مزاحم ہوتے ہیں اور برقی تجزیہ کے عمل کی سخت حالات کو برداشت کر سکتے ہیں، جیسے نکل، نکل چڑھایا ہوا سٹیل، ٹائٹینیم جو نکل پر مبنی مرکب کے ساتھ لیپت ہوتا ہے، سٹینلیس سٹیل، کاربن سٹیل، اور نکل مرکبات۔ الکلائن الیکٹرولائزرز کے استعمال سے، صنعتیں زیادہ موثر اور کم قیمت پر اعلیٰ پاکیزہ ہائیڈروجن پیدا کر سکتی ہیں، جو زیادہ پائیدار اور صاف توانائی کے مستقبل میں حصہ ڈال سکتی ہیں۔

مصنوعات چین کے تمام خطوں میں فروخت ہوتی ہیں اور دنیا بھر کے ممالک کو برآمد کی جاتی ہیں۔ وہ امریکہ، جرمنی، مراکش، کینیا، سعودی عرب، ویت نام، الجیریا، ہندوستان، تنزانیہ اور تائیوان سمیت 20 سے زیادہ ممالک اور خطوں میں فروخت کیے گئے ہیں۔ چائنا ایرو اسپیس، پیٹرو چائنا، چائنا نیوکلیئر گروپ، بی وائی ڈی، جیولی اسپیشلٹی، ٹونی الیکٹرانکس، زینگ انرجی گروپ اور دیگر معروف انٹرپرائزز کو کامیابی کے ساتھ فراہم کیا۔ بہت سے سبز ہائیڈروجن ہائیڈروجن ہائیڈروجنیشن اسٹیشن ہیں جیسے وولانچابو، ہائیکو، ہینان، ہینان ہائیکو، یونن کنمنگ، وغیرہ سبز اور ہائیڈروجن بنانے کے منصوبے فراہم کرتے ہیں۔