سمندر کے پانی سے ہائیڈروجن کی پیداوار

سمندری پانی، جو زمین کے 95 فیصد سے زیادہ پانی پر مشتمل ہے، KAUST کی زیرقیادت ٹیم کے تیار کردہ پانی کو تقسیم کرنے والے اتپریرک کے استعمال کے ساتھ صاف ہائیڈروجن ایندھن کی پائیدار پیداوار میں کلیدی وسیلہ بن سکتا ہے۔

پانی کی تقسیم کاربن کی غیرجانبداری کے لیے ایک دلکش طریقہ پیش کر سکتی ہے، خاص طور پر جب قابل تجدید توانائی کے ذرائع جیسے شمسی اور ہوا کی طاقت کے ساتھ مل کر۔ پانی کی تقسیم میں کیتھوڈ پر ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے الیکٹرو کیمیکل سیل میں پانی کا ٹوٹ جانا شامل ہوتا ہے جبکہ لاگو وولٹیج کے تحت انوڈ پر آکسیجن پیدا کرتا ہے۔ اس کے باوجود، ہائیڈروجن اور آکسیجن ارتقاء کے عمل انگیز جو تازہ پانی میں اچھی کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہیں سمندری پانی میں کم موثر ہو جاتے ہیں کیونکہ وافر آئنوں کی وجہ سے جو ناپسندیدہ رد عمل اور زہر اتپریرک کو فروغ دے سکتے ہیں۔

سمندری پانی میں موجود انتہائی سنکنرن کلورائیڈ آئن پیچیدہ رد عمل سے گزرتے ہیں جو آکسیجن کے ارتقاء کے ساتھ مقابلہ کرتے ہیں اور نقصان دہ مرکبات جیسے ہائپوکلورائٹ پیدا کرتے ہیں۔ چونکہ ہائیڈروجن کی پیداوار دونوں الیکٹروڈز پر مستحکم اور موثر رد عمل پر منحصر ہے، یہ آئن سمندری پانی کی تقسیم کے لیے ایک بڑا چیلنج ہیں۔

کیمسٹ وضاحت کرتا ہے کہ ہائپوکلورائٹ کی تشکیل ہو سکتی ہے کیونکہ یہ آکسیجن ارتقاء کے رد عمل کے مقابلے میں صنعتی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے کم آپریشنل وولٹیج کا مطالبہ کرتا ہے۔

اس مسئلے سے نمٹنے کا ایک طریقہ یہ ہے کہ کم وولٹیج کے تقاضوں کے ساتھ سلیکٹیو اینوڈ کیٹیلسٹس کو ڈیزائن کیا جائے۔ ایک نکل – اریڈیم مونولیئرڈ انوڈ کیٹالسٹ نے اپنے دھاتی اجزاء کے درمیان ہم آہنگی کے اثرات کی بدولت سمندری پانی میں بہتر کارکردگی اور استحکام ظاہر کیا۔

ٹیم نے ایک ایسا نقطہ نظر وضع کیا جو سمندری پانی کی تقسیم کے لیے اعلیٰ کارکردگی اور مستحکم ہائیڈروجن ایوولوشن الیکٹروکیٹالیسٹ فراہم کرتا ہے۔ محققین نے چھوٹے کیوبک ری ایکٹر بنائے، جس میں اتپریرک کو molybdenum سلفائیڈ حفاظتی خول میں بند کیا گیا تھا۔ اتپریرک کور کاربن کی مدد سے چلنے والے مولیبڈینم پر مبنی ریڈوکس ایکٹیو کمپاؤنڈ پر مشتمل تھا اور اس میں زیولائٹ جیسا آرڈرڈ نینو پورس ڈھانچہ نمایاں تھا۔
دھاتی نامیاتی فریم ورک پر مبنی نقطہ نظر کا استعمال کرتے ہوئے، محققین نے زیولائٹ نما زنک – مولیبڈینم کیوبز پیدا کرنے کے لیے سرفیکٹنٹ کی موجودگی میں لنکر امیڈازول کے ساتھ دھاتی پیچیدہ پیشروؤں کو جوڑ دیا۔ انہوں نے نتیجے میں بننے والے ڈھانچے کو ریفلوکس کے نیچے ایتھنول میں تھیواسیٹامائڈ کے ساتھ ملایا تاکہ ایک پتلی زنک سلفائیڈ شیل میں بند کیوبک مولیبڈینم آکسائیڈ فیز بنایا جا سکے۔

اس کے بعد، انہوں نے کیوبک فیز کو کیوبک فیز کو مطلوبہ مولبڈینم سلفائیڈ-انکیپسولیٹڈ ریڈوکس ایکٹو کمپاؤنڈ میں اعلی درجہ حرارت پر تبدیل کر دیا، اس سے پہلے کہ زنک سلفائیڈ کی بیرونی تہہ کو نینو ایکٹرز حاصل کرنے کے لیے منتخب کیا جائے۔

نینو ایکٹرز نے تازہ پانی اور سمندری پانی دونوں میں اعلی الیکٹروکیٹلیٹک سرگرمی اور استحکام کی نمائش کی۔ "قابل ذکر سرگرمی اور استحکام ان کی منفرد ساخت سے منسوب ہے۔"

کور نے متعدد فعال سائٹس کو ظاہر کیا جس نے ہائیڈروجن کی پیداوار کو بڑھایا اور شیل نے اپنی تہوں کے اندر کئی نقائص پیش کیے، خاص طور پر سبنومیٹر کے سائز کے سوراخ جو پانی کے مالیکیول کو داخل ہونے اور اندرونی فعال سائٹس تک رسائی دینے کی اجازت دیتے ہیں۔

ایک چین میل کے طور پر کام کرتے ہوئے، شیل نے بھی بلاک کر دیا اور نمکیات کو فعال سائٹس پر جمع ہونے سے روک دیا۔
نینو ری ایکٹر کا درجہ بندی کا فن تعمیر الیکٹرولیسس کو ضمنی رد عمل سے الگ کرتا ہے۔ "ایک سمارٹ ہاؤس کی طرح، مرکزی ردعمل کمروں میں ہوتا ہے جبکہ ضمنی ردعمل گھر کے پچھواڑے میں ہوتا ہے۔"

یقین کریں یا نہیں، سمندری پانی ایندھن کے لیے بہترین بنیاد بناتا ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ سمندری پانی میں ہائیڈروجن، آکسیجن، سوڈیم اور دیگر جیسے عناصر کا ایک کاک ٹیل ہوتا ہے، یہ سب زمین پر زندگی کے پھلنے پھولنے کے لیے ضروری ہیں۔ یہاں ایندھن کا حصہ سمندری پانی میں پائے جانے والے ہائیڈروجن سے آتا ہے۔ بدقسمتی سے، باقی عناصر سے ہائیڈروجن گیس کو نکالنا کم از کم اب تک کافی چیلنج رہا ہے۔

یہ آلہ سمندری پانی کے ایندھن کے برابر بناتا ہے جو سمندری پانی کو ایک فنل سسٹم میں داخل کر کے اسے ڈبل جھلی کے فلٹریشن سسٹم کے ذریعے چلاتا ہے۔ یہ نظام سمندری پانی سے ہائیڈروجن کو کامیابی سے کھینچنے کے لیے بھی بجلی کا استعمال کرتا ہے، اور اسے ہمارے سمندروں میں پائے جانے والے دیگر عناصر سے مؤثر طریقے سے الگ کرتا ہے۔ اس نئے مطالعہ کے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ یہ کم کاربن ایندھن پیدا کرنے کی نئی کوششوں کو آگے بڑھانے میں مدد کر سکتا ہے۔

یہاں بڑی جیت یہ تھی کہ سسٹم نے نقصان دہ ضمنی پروڈکٹس کا ایک گروپ نہیں بنایا، جو کہ وہ دوسرے سسٹمز میں دیکھ چکے ہیں۔ موجودہ پانی سے ہائیڈروجن کے زیادہ تر نظام واحد پرت کی جھلی کا استعمال کرتے ہیں۔ تاہم، اس بار محققین نے دو تہوں کو ایک ساتھ لایا، اور اس نے تجربے کے اندر سمندری پانی میں آئنوں کے منتقل ہونے کے طریقے کو کنٹرول کرنے کا ایک بہتر طریقہ دکھایا، جس نے اسے زیادہ موثر بنایا۔

سمندری پانی کا استعمال کرتے ہوئے ہائیڈروجن ایندھن بنانے کے قابل ہونا مفید ثابت ہوگا کیونکہ یہ ایک کم کاربن ایندھن ہے، جو فی الحال فیول سیل الیکٹرک گاڑیاں چلانے کے لیے استعمال ہوتا ہے، اور یہاں تک کہ توانائی کے گرڈز کے لیے طویل مدتی ذخیرہ کرنے کے اختیار کے طور پر بھی کام کرتا ہے۔ ہائیڈروجن گیس بنانے کی پچھلی کوششوں میں تازہ یا صاف پانی کی ضرورت ہوتی ہے، اور جب کہ ہم نے پانی کو صاف کرنے کے کامیاب نظام دیکھے ہیں، یہ بہت زیادہ مہنگا اور توانائی والا ہے۔
اس کی وجہ یہ ہے کہ پانی کو استعمال کرنے سے پہلے اسے صاف کرنے کے لیے مہنگے نظام کے ساتھ ساتھ توانائی کی ضرورت ہوتی ہے اور ڈیوائس میں پیچیدگی بھی شامل ہوتی ہے، جب کہ ایک آلہ جو سمندری پانی کو ہائیڈروجن ایندھن بنانے کے لیے استعمال کر سکتا ہے اسے ان اضافی حصوں کی ضرورت نہیں ہوگی۔

سمندری پانی سے ہائیڈروجن پیدا کرنا ایک خواب کی طرح لگتا ہے!
یہ وافر، مفت اور آسان ہے۔
سمندری پانی خام مال کے تقریباً لامحدود ذریعہ کے طور پر آتا ہے، اور یہاں کوئی نہیں ہے کہ اس کی انوائس کرے۔ کوئی بھی اس سے بھری بالٹی مفت میں حاصل کرسکتا ہے۔
صنعت کے اہم کھلاڑی اس خیال سے پیار کرنے کے پابند ہیں۔
ہائیڈروجن نکالنے کا عمل آسان ہے۔ سمندری پانی میں تحلیل شدہ ہائیڈروجن گیس کی ایک بڑی مقدار ہوتی ہے۔ اسے نکالنے کے لیے ایک سادہ الیکٹرولیسس کی ضرورت ہوتی ہے – ہم نے فزکس کی کلاس میں نوعمروں کے طور پر بھی ایسا کیا!

یہاں یہ ہے کہ یہ کیسے کام کرتا ہے۔
یہ قدرتی، محفوظ اور محفوظ ہے۔
سمندری پانی کو قابل تجدید توانائی کا ذریعہ سمجھا جاتا ہے جو فوسل انرجی پر ہمارے انحصار کو کم کرنے میں مدد کر سکتا ہے۔ اور نکالنے کا عمل کاربن کا اخراج پیدا نہیں کرتا ہے۔

ہائیڈروجن کو ذخیرہ کیا جاسکتا ہے۔
ذخیرہ شدہ ہائیڈروجن کو ضرورت کے وقت بجلی یا پاور گاڑیاں بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
یہ دوسرے قابل تجدید ذرائع کے وقفے وقفے کے لیے بناتا ہے - بارش یا ہوا کے بغیر دن۔ یہ ان خطوں کے لیے بہترین ہے جہاں سمندری پانی کے بڑے ذخائر تک رسائی ہے لیکن توانائی کے چند روایتی وسائل ہیں۔
اس سے گلوبل وارمنگ کو کم کرنے، توانائی کی حفاظت کو یقینی بنانے اور ماحولیات کی حفاظت میں مدد مل سکتی ہے۔

آرام دہ اور پرسکون، واقعی
یہ عمل توانائی سے بھرپور ہے: سمندری پانی سے ہائیڈروجن نکالنے کے لیے بہت زیادہ توانائی کی ضرورت ہوتی ہے، اور مجموعی کارکردگی کافی کم ہے۔
پیداوار مہنگی ہے: بنیادی ڈھانچے کی تعمیر کے لیے بہت زیادہ ابتدائی سرمایہ کاری کی ضرورت ہوتی ہے۔ دیکھ بھال بھی بہت ضروری ہے، کیونکہ سمندری پانی میں نمک کی مقدار سنکنرن اور دیگر تکنیکی مسائل کا سبب بن سکتی ہے۔
مقامات نایاب ہیں: ان سائٹس کو پانی کی گہرائی اور معیار کے ساتھ ساتھ توانائی کے ذرائع سے قربت پر بھی غور کرنے کی ضرورت ہے۔ تمام علاقے سمندری پانی سے ہائیڈروجن کی پیداوار کے لیے موزوں نہیں ہیں!
اور آخر کار، یہ اتنا محفوظ نہیں ہے جتنا آپ سوچیں گے!

یہ عمل کلورین گیس کو آزاد کرتا ہے۔
یہ گیس دیگر قدرتی عناصر کے ساتھ مل کر ڈائی آکسینز بناتی ہے جو پانی کو آلودہ کرتی ہے، مچھلیوں کو آلودہ کرتی ہے اور انسانوں اور بڑے جانوروں میں منتقل ہوتی ہے جو مچھلی کھاتے ہیں۔

کیا آپ کچھ ایسی مثالیں چاہتے ہیں جو اس کے ساتھ مل جائے۔
Water =>ہائڈروکلورک ایسڈ، زندگی کی تمام شکلوں پر شدید زہریلا اثر۔
Hydrogen =>ہائیڈروجن کلورائد گیس، انتہائی دھماکہ خیز مرکب
Acetylene، ایک گیس جو کچھ سمندری جانداروں جیسے کہ بیکٹیریا اور طحالب کی کچھ انواع کے ذریعے پیدا کی جا سکتی ہے۔ یہ ایک انتہائی دھماکہ خیز مرکب dichloroethane میں مل جاتا ہے۔

ایتھر، طحالب کی مخصوص انواع میں مقدار کا پتہ لگاتا ہے۔ یہ chloroacetaldehyde، ایک انتہائی زہریلا، carcinogenic مرکب میں مل جاتا ہے۔
امونیا، عام طور پر سمندری حیاتیات کے ذریعہ تیار کیا جاتا ہے۔ یہ کلورامائنز میں مل جاتا ہے، ایک انتہائی زہریلا سانس کی جلن۔
صاف توانائی کے شعبے میں انقلاب لانے کی صلاحیت کے ساتھ ایک امید افزا اختراع
سمندری پانی سے ہائیڈروجن کی پیداوار میں زبردست فرق پڑ سکتا ہے اور گلوبل وارمنگ کو زیادہ پائیدار طریقے سے حل کرنے میں مدد مل سکتی ہے۔
اس میں جیواشم ایندھن پر ہمارا انحصار کم کرنے اور صاف ستھرے اور زیادہ پائیدار اور سستی مستقبل کی طرف بڑھنے کی صلاحیت بھی ہے۔
یہ وعدے اس میں شامل بہت سے چیلنجوں اور خطرات کو نظر انداز کرنا بہت آسان بناتے ہیں۔
اقتصادی اور توانائی کے اہم کھلاڑیوں سے یہ میری التجا ہے: براہ کرم ایک گہرا سانس لیں، آرام سے بیٹھیں اور ایک لمحے کے لیے اس کے بارے میں سوچیں۔

محققین نے پریس ریلیز میں کہا کہ سمندری پانی کے ساتھ کام کرنا ایک زیادہ اقتصادی آپشن ہو گا، کیونکہ پانی کو صاف کرنا مہنگا، توانائی سے بھرپور، اور آلات میں پیچیدگی کا اضافہ کرتا ہے۔ مزید برآں، قدرتی میٹھے پانی میں ایسی نجاستیں ہوتی ہیں جو کرہ ارض پر ایک محدود وسائل ہونے کے علاوہ جدید ٹیکنالوجی کے لیے پریشانی کا باعث ہیں۔
سمندری پانی سے ہائیڈروجن جھلی کے نظام کو تیار کرنے کے علاوہ، ٹیم نے نوٹ کیا کہ اس مطالعہ نے ایک بہتر مجموعی تفہیم فراہم کی ہے کہ سمندری پانی کے آئن جھلیوں کے ذریعے کیسے حرکت کرتے ہیں۔ اس علم کو دوسرے شعبوں پر لاگو کیا جا سکتا ہے، جیسے آکسیجن گیس پیدا کرنا۔
مزید برآں، انہوں نے کہا کہ بائی پولر جھلی کے نظام میں آئن کے بہاؤ اور تبدیلی کو سمجھنا الیکٹرولائسز کے ذریعے آکسیجن پیدا کرنے کی کوشش کے لیے ضروری ہے، اور ٹیم نے دکھایا کہ بائی پولر جھلی اپنے تجربے میں ہائیڈروجن پیدا کرنے کے ساتھ ساتھ آکسیجن گیس بھی پیدا کر سکتی ہے۔
ٹیم کا مقصد زیادہ آسانی سے دستیاب اور آسانی سے نکالے جانے والے مواد کا استعمال کرتے ہوئے الیکٹروڈز اور جھلیوں کو بہتر بنانا ہے۔ ڈیزائن میں یہ اضافہ الیکٹرولیسس سسٹم کو اس سائز تک بڑھا سکتا ہے جو توانائی سے بھرپور سرگرمیوں جیسے کہ نقل و حمل کے لیے ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے ضروری ہے۔

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۔