समुद्री जल से हाइड्रोजन उत्पादन क्या है? इतना ध्यान क्यों? तकनीकी कठिनाइयाँ क्या हैं?

समुद्री जल के प्रत्यक्ष इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन उत्पादन के पायलट परीक्षण की सफलता ने इतना ध्यान क्यों आकर्षित किया है? वह कितना कठिन है? समुद्री जल इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए किन तकनीकी कठिनाइयों को दूर करने की आवश्यकता है?

01

समुद्री जल से हाइड्रोजन का उत्पादन

जल इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन उत्पादन को एक बहुत ही महत्वपूर्ण हरित हाइड्रोजन तैयार करने वाली तकनीक माना जाता है। वर्तमान में, व्यावसायिक जल इलेक्ट्रोलिसिस तकनीक इलेक्ट्रोलाइट के रूप में ताजे पानी का उपयोग करती है। जैसा कि हम सभी जानते हैं, वैश्विक ताजे पानी के संसाधन बेहद सीमित हैं, हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए जलविद्युत के बड़े पैमाने पर उपयोग से निस्संदेह ताजे पानी के संसाधनों की कमी बढ़ जाती है। इसके विपरीत, समुद्री जल संसाधनों से समृद्ध है, जो "समुद्री जल हाइड्रोजन उत्पादन" के विचार को जन्म देता है।

ताजे पानी के विपरीत, जो पृथ्वी की कुल जल मात्रा का 96.5 प्रतिशत है, समुद्री जल की एक जटिल संरचना होती है जिसमें 90 से अधिक रसायन और तत्व शामिल होते हैं। समुद्री जल में बड़ी संख्या में मौजूद आयन, सूक्ष्मजीव और कण हाइड्रोजन उत्पादन के दौरान साइड रिएक्शन प्रतिस्पर्धा, उत्प्रेरक निष्क्रियता और डायाफ्राम रुकावट जैसी समस्याएं पैदा कर सकते हैं।

To this end, hydrogen production technology using seawater as raw materials has formed two different routes. First, the direct production of hydrogen from seawater, that is, based on natural seawater, is mainly produced by electrolysis or photolysis. Second, indirect hydrogen production of seawater is to desalinate and remove impurities from seawater, desalinate seawater to form high-purity fresh water first, and then produce hydrogen.

02

दो प्रमुख फायदे

अपतटीय हाइड्रोजन उत्पादन प्लेटफार्मों का उपयोग ऊर्जा के दीर्घकालिक भंडारण या बढ़िया रसायनों के उत्पादन स्थलों के रूप में किया जा सकता है, जिससे हरित ऊर्जा को रासायनिक उत्पादन प्रणालियों के साथ निकटता से एकीकृत किया जा सकता है।

अपतटीय हाइड्रोजन उत्पादन मंच दूरगामी समुद्री नवीकरणीय बिजली की खपत की समस्या को हल कर सकता है, और मौके पर ही हाइड्रोजन और हरित अमोनिया का उत्पादन करने के लिए नवीकरणीय बिजली का उपयोग दूरगामी समुद्री नवीकरणीय ऊर्जा का मुख्य अनुप्रयोग तरीका बन सकता है। भविष्य।

03

तकनीकी कठिनाई

तकनीकी कठिनाई 1: समुद्री जल में कई अशुद्धियाँ कैथोड हाइड्रोजन विकास की घटना को प्रभावित करती हैं

इलेक्ट्रोलाइटिक पानी की प्रक्रिया में, कैथोड से H2 अवक्षेपित होता है, कैथोड हाइड्रोजन विकास प्रतिक्रिया के लिए, सबसे चुनौतीपूर्ण समस्या यह है कि प्राकृतिक समुद्री जल में विभिन्न विघटित धनायन होते हैं, जैसे Na+, Mg2+, Ca2+, आदि, इसके अलावा, विभिन्न प्रकार के बैक्टीरिया, सूक्ष्मजीव और छोटे कण होते हैं।

ये अशुद्धियाँ समुद्री जल इलेक्ट्रोलिसिस की प्रगति के साथ इलेक्ट्रोड को अवरुद्ध कर देंगी, और फिर इलेक्ट्रोलाइटिक प्रणाली में इलेक्ट्रोड/उत्प्रेरक की उम्र बढ़ने को जहर या तेज कर देंगी, जिसके परिणामस्वरूप खराब स्थायित्व होगा।

तकनीकी कठिनाई 2: क्लोराइड आयन एनोडिक क्षरण का कारण बनते हैं और एनोडिक ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया को प्रभावित करते हैं

पानी के इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया में, O2 आमतौर पर एनोड से अवक्षेपित होता है। हालाँकि, समुद्री जल में बड़ी संख्या में क्लोराइड आयनों (Cl-) की उपस्थिति एनोड सामग्री के गंभीर क्षरण का कारण बनेगी, जिससे इलेक्ट्रोड क्षति और उच्च वोल्टेज हो जाएगा, जिससे कुशल ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया समाप्त हो जाएगी। इसके अलावा, एनोड क्लोरीन ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया में क्लोराइड आयनों की उच्च सांद्रता भी उत्प्रेरक की सक्रिय साइट पर कब्जा कर लेगी, जिससे एनोड ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया की दक्षता कम हो जाएगी।

तकनीकी कठिनाई 3: एनोडिक ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया और ऑक्सीजन क्लोरीनीकरण प्रतिक्रिया के बीच प्रतिस्पर्धा

समुद्री जल इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया में, एनोड दो प्रतिक्रियाओं से गुजरेगा, अर्थात्: ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया (ओईआर) और ऑक्सीजन क्लोरीनीकरण प्रतिक्रिया (सीएलओआर)। ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया: 4OH-→O2+H2O+4e-; E0=1.23V (बनाम RHE)

क्लोरीन ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया: Cl-+2OH-→OCl-+H2O+2e-; E0=1.71V (बनाम RHE)

यह देखा जा सकता है कि दोनों का E0 समान है, जो एक प्रतिस्पर्धी संबंध उत्पन्न करेगा, जो इलेक्ट्रोलाइज़र के कार्यशील वोल्टेज को बहुत सीमित कर देता है। इसके अलावा, सीएलओआर प्रतिक्रिया और हाइपोक्लोराइट गठन दोनों दो-इलेक्ट्रॉन प्रतिक्रियाएं हैं, और सीएलओआर प्रतिक्रिया ओईआर चार-इलेक्ट्रॉन प्रतिक्रिया की तुलना में गतिज रूप से निष्पादित करना आसान है, इसलिए ओईआर अतिक्षमता आमतौर पर सीएलओआर की तुलना में अधिक देखी जाती है।

04

अनुसंधान की स्थिति

वर्तमान में, समुद्री जल से हाइड्रोजन का उत्पादन अभी भी अनुसंधान और परीक्षण के प्रारंभिक चरण में है, और अभी भी कई चुनौतियों का सामना करना पड़ रहा है, लेकिन समुद्री जल इलेक्ट्रोलिसिस से हाइड्रोजन उत्पादन के अनुसंधान और विकास ने कुछ प्रगति की है। 2022 में, शिक्षाविद झी हेपिंग की टीम ने समुद्री जल से प्रत्यक्ष हाइड्रोजन उत्पादन के क्षेत्र में एक बड़ी मौलिक सफलता हासिल की, और चरण संक्रमण और प्रवासन द्वारा संचालित अलवणीकरण के बिना समुद्री जल से प्रत्यक्ष हाइड्रोजन उत्पादन का एक नया सिद्धांत और प्रौद्योगिकी स्थापित की। देश और विदेश में समुद्री जल हाइड्रोजन उत्पादन की कई प्रदर्शन परियोजनाएं हैं, लेकिन वे अभी भी छोटे पैमाने पर पायलट हैं, और उनमें से अधिकतर निर्माणाधीन या प्रस्तावित हैं।

हालाँकि समुद्री जल इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन उत्पादन को छोटे और पायलट परीक्षणों से लेकर अंतिम औद्योगिक व्यापक अनुप्रयोग तक एक लंबा रास्ता तय करना है। हालाँकि, हमारा मानना ​​है कि हाइड्रोजन ऊर्जा के ट्रिलियन-स्तरीय ट्रैक में, यदि इस तकनीक को अंततः लागू किया जाता है, तो यह "डीकार्बोनाइजेशन" की राह पर सबसे गहरी स्याही छोड़ देगी!