ऊर्जा
अमोनिया उत्पादन पर्यावरण के लिए अत्यधिक हानिकारक है – इंजीनियरों ने अभी एक स्वच्छ विधि विकसित की
Securities.io को Google पर अपने पसंदीदा स्रोतों में जोड़ें
अमोनिया: प्रदूषक से हरे विकल्प तक
अमोनिया को शिपिंग, ट्रकिंग या दीर्घकालिक ऊर्जा भंडारण जैसी विद्युत्‑करण में कठिन अनुप्रयोगों के लिए जीवाश्म ईंधन के विकल्प के रूप में चर्चा की गई है। इसे हाइड्रोजन के सुरक्षित परिवहन के लिए एक मध्यवर्ती चरण के रूप में भी प्रस्तावित किया गया है, जिसे बाद में ईंधन कोशिकाओं में उपयोग किया जा सकता है।
आमतौर पर, अमोनिया का उत्पादन हाई प्रेशर और उच्च तापमान पर हाइड्रोजन को नाइट्रोजन गैस के साथ मिलाकर किया जाता है, जिसे हैबर‑बॉश प्रक्रिया कहा जाता है। दुर्भाग्यवश, यह विधि प्रदूषणकारी है और ऊर्जा दक्षता कम है।
स्रोत: Research Gate
इसके बजाय, शोधकर्ता इलिनोइस विश्वविद्यालय, टेक्सास टेक विश्वविद्यालय, और जनरल अमोनिया कंपनी ने एथेनॉल को एक चार्ज्ड लिथियम इलेक्ट्रोड के साथ उपयोग करके अमोनिया उत्पादन की नई विधि को अनुकूलित किया है।
यह उनका पहला突破 नहीं है, क्योंकि उन्होंने पहले भी अमोनिया उत्पादन के लिए इलेक्ट्रोकैटलिटिक स्क्रीन (तांबे की जाली) और “सौर‑से‑ईंधन“ अमोनिया जनरेटर पर काम किया है।
लिथियम “सिम्फनी” हरे अमोनिया उत्पादन के लिए
नई अमोनिया उत्पादन विधि नाइट्रोजन गैस को एथेनॉल जैसे हाइड्रोजन‑दान करने वाले द्रव के साथ एक चार्ज्ड लिथियम इलेक्ट्रोड के माध्यम से मिलाकर काम करती है।
यह “लिथियम‑मध्यस्थ अमोनिया संश्लेषण” (LiMAS) 3 क्रमिक चरणों में काम करता है:
- पहला, Li+ इलेक्ट्रोडिपोज़िशन कहलाने वाला चरण। यह करंट ऑसिलेशन के साथ किया जाता है ताकि उच्च‑गुणवत्ता वाला सॉलिड‑इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस (SEI) और वोल्टेज स्थिरता सुनिश्चित हो सके।
- दूसरा, नाइट्रोजन अणु लिथियम से जुड़ता है, जिसे Li नाइट्रिडेशन कहा जाता है।
- तीसरा, Li3N प्रोटोलिसिस हाइड्रोजन परमाणुओं को नाइट्रोजन में जोड़ता है, जिससे अमोनिया (NH3) बनता है।
स्रोत: ACS Publications
शोधकर्ता इस प्रक्रिया को “सिम्फनी” के रूप में वर्णित करते हैं, क्योंकि प्रत्येक चरण इस तरह नियंत्रित किया जाता है कि प्रक्रिया कुशल बनी रहे और सामग्री अगली रासायनिक प्रतिक्रिया चक्र के लिए पुनः चक्रित हो।
“इस प्रक्रिया में दो लूप होते हैं। पहला हाइड्रोजन स्रोत का पुनर्जनन है और दूसरा लिथियम का पुनर्जनन। इस प्रतिक्रिया में सिम्फनी है, क्योंकि यह चक्रीय प्रक्रिया है।
हमने यह किया कि इस सिम्फनी को बेहतर समझा और इसे बहुत कुशल तरीके से मॉड्यूलेट करने की कोशिश की, ताकि हम एक प्रतिध्वनि बना सकें और इसे तेज़ी से चलाने में सक्षम हों।” – सिंह, यूआईसी में रासायनिक अभियांत्रिकी के एसोसिएट प्रोफेसर।
इलेक्ट्रोडिपोज़िशन चरण इस शोध में सबसे महत्वपूर्ण नवाचार है, क्योंकि यह NH3 चयनशीलता को काफी बढ़ाता है।
उन्होंने दो अन्य कारकों को भी पाया जो अमोनिया उत्पादन की उत्पादकता को बढ़ाते हैं:
- नाइट्रोजन गैस का दबाव 20 बार तक बढ़ाना।
- हाइड्रोजन स्रोत के रूप में अल्कोहल का उपयोग करना।
- 1-ब्यूटेनॉल एक हाइड्रोजन दाता के रूप में सबसे अधिक उपज प्राप्त करता है
- पानी एक बहुत कम कुशल हाइड्रोजन दाता है, जो अब तक वैज्ञानिक समुदाय की मान्यताओं के विपरीत है।
समग्र रूप से, ये अंतर्दृष्टियाँ हाई‑प्रेशर LiMAS (“लिथियम‑मध्यस्थ अमोनिया संश्लेषण”) को लो‑प्रेशर LiMAS और हैबर‑बॉश प्रक्रिया दोनों से अधिक उत्पादक बनाती हैं।
स्रोत: UIC Today
अमोनिया उत्पादन से उत्पन्न समस्याएँ
हरा अमोनिया
हमने उल्लेख किया कि अमोनिया उत्पादन संभवतः अर्थव्यवस्था के पूरे क्षेत्र को डिकार्बनाइज़ करने और हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था बनाने में एक महत्वपूर्ण कदम है। हमने इस पर अपने लेख “हरा अमोनिया के माध्यम से वैश्विक शिपिंग लेन को डिकार्बनाइज़ करना” में चर्चा की।
यह विशेष रूप से सत्य है यदि प्रक्रिया को हरे ऊर्जा (ग्रीन हाइड्रोजन सहित) से संचालित किया जाए, क्योंकि अन्य प्रकार के अमोनिया कम पर्यावरण‑अनुकूल होते हैं।
यह हरे अमोनिया को अन्य प्रकार के अमोनिया से अलग करता है:
- ग्रे/ब्राउन अमोनिया: जीवाश्म ईंधन से उत्पन्न।
- ब्लू अमोनिया: जीवाश्म ईंधन से उत्पन्न लेकिन कार्बन कैप्चर के साथ।
- पिंक अमोनिया (जिसे कभी‑कभी येलो अमोनिया भी कहा जाता है): परमाणु ऊर्जा से उत्पन्न।
- टर्क्वॉइज़ अमोनिया: मीथेन के पायरोलिसिस से उत्पन्न। यह मीथेन को हाइड्रोजन और ठोस कार्बन में विभाजित करता है, बाद में हाइड्रोजन को अमोनिया में बदलता है। ठोस कार्बन को संग्रहीत किया जा सकता है या कार्बन फाइबर जैसी अनुप्रयोगों में उपयोग किया जा सकता है।
आज, अधिकांश अमोनिया उर्वरक उत्पादन और रासायनिक उद्योग (रंग, विस्फोटक आदि) जैसे अनुप्रयोगों के लिए बनाया जाता है। यह मुख्यतः जीवाश्म ईंधन, विशेषकर प्राकृतिक गैस, का उपयोग करके निर्मित होता है।
परिणामस्वरूप, कार्बन उत्सर्जन के मामले में अमोनिया, सीमेंट के बाद दूसरा स्थान रखता है, जो कुल कार्बन उत्सर्जन का 1.5% बनाता है।
हैबर‑बॉश प्रक्रिया द्वारा आवश्यक उच्च तापमान अमोनिया उत्पादन की ऊर्जा लागत को घटाने में मदद नहीं करता, क्योंकि यह ऊर्जा अक्सर जीवाश्म ईंधन, जिसमें उच्च‑कार्बन उत्सर्जन वाला कोयला भी शामिल है, से आती है।
LiMAs का औद्योगीकरण
हालांकि लिथियम सबसे सस्ता पदार्थ नहीं है, यह अत्यधिक महँगा भी नहीं है और हाई‑प्रेशर LiMAS द्वारा अमोनिया उत्पादन में इसका उपभोग नहीं होता।
इसलिए, उच्च ऊर्जा दक्षता के साथ मिलाकर, यह विधि अमोनिया का कम‑लागत स्रोत है।
इलिनोइस विश्वविद्यालय के शोधकर्ता अनुमान लगाते हैं कि यदि इसे बड़े पैमाने पर लागू किया जाए तो यह आर्थिक रूप से व्यवहार्य होगा
“यह प्रक्रिया प्रति टन $456 में अमोनिया उत्पन्न करेगी, जो पूर्व लिथियम‑आधारित विधियों और अन्य प्रस्तावित हरे तरीकों से 60% सस्ती है।” सिंह, यूआईसी में रासायनिक अभियांत्रिकी के एसोसिएट प्रोफेसर।
यह उत्पादन विधि को अन्य विकसित हो रहे हरे विकल्पों की समान सीमा में रखेगा, जैसे कि फ़्यूल पॉज़िटिव की कंटेनराइज़्ड अमोनिया जनरेशन प्रणाली, जिसका लक्ष्य CA$560/टन है, या एम्मपावर की मॉड्यूलर अमोनिया प्रणाली, जिसकी केवल विद्युत लागत $360/टन है (रखरखाव और पूंजी खर्च को छोड़कर)।
(हम इन 2 कंपनियों और अन्य पर अपने लेख “द अन्य हाइड्रोजन ईंधन – टॉप 5 हरे अमोनिया स्टॉक्स” में चर्चा करते हैं)
$456 प्रति टन विश्व के अधिकांश क्षेत्रीय अमोनिया मूल्यों के अनुरूप होगा, जो वर्तमान में जीवाश्म ईंधन‑आधारित उत्पादन द्वारा निर्धारित है।
अमोनिया की कीमतें प्राकृतिक गैस की कीमतों में उछाल के साथ अत्यधिक बदलती हैं, जैसे 2022 में यूक्रेन युद्ध की शुरुआत में।
[caption id="attachment_243915" align="aligncenter" width="750"]
वैज्ञानिक पहले से ही जनरल अमोनिया कंपनी के साथ साझेदारी कर रहे हैं ताकि उनके लिथियम‑मध्यस्थ अमोनिया संश्लेषण प्रक्रिया का पायलट और स्केल‑अप किया जा सके। शिकागो क्षेत्र में एक पायलट प्लांट बनाया जाएगा और इलिनोइस विश्वविद्यालय के ऑफिस ऑफ़ टेक्नोलॉजी मैनेजमेंट ने इस प्रक्रिया के लिए पेटेंट दाखिल किया है।
हरे अमोनिया कंपनियाँ
1. जनरल अमोनिया कंपनी
इलिनोइस विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं के साथ साझेदारी करने वाली कंपनी सार्वजनिक रूप से सूचीबद्ध नहीं है, लेकिन “सक्रिय रूप से निवेश की तलाश में” है।
प्रमाणित निवेशकों को सीधे उनसे संपर्क करने और कंपनी तथा उसके हाई‑प्रेशर LiMAS पायलट प्लांट में निवेश की संभावित शर्तों पर चर्चा करने में रुचि हो सकती है।
2. NitroVolt
NitroVolt एक अन्य कंपनी है जो LiMAS का उपयोग करके अमोनिया बनाने की तलाश में है, और लिथियम‑मध्यस्थ अमोनिया संश्लेषण प्रक्रिया के लिए पेटेंट लंबित है।
स्रोत: NitroVolt
डेनिश कंपनी LiMAS प्रक्रिया को अपनी स्वामित्व वाली फ्लो सेल प्रणाली के साथ जोड़ रही है, जिससे निरंतर, उच्च‑दक्षता वाली प्रतिक्रिया संभव हो रही है।
कंपनी के शोध को प्रतिष्ठित वैज्ञानिक प्रकाशनों में प्रकाशित किया गया है, विशेष रूप से:
- Science:
- Nature: मात्रात्मक आयसोफ़ोर्स माप के साथ एक कठोर इलेक्ट्रोकेमिकल अमोनिया संश्लेषण प्रोटोकॉल
स्रोत: NitroVolt
कंपनी ने 6 मार्च, 2024 को अपनी पहली निवेश VC फर्म BackingMinds से प्राप्त किया।
3. FuelPositive Corporation (NHHHF)
FuelPositive ने एक मॉड्यूलर/कंटेनराइज़्ड हरा अमोनिया जनरेशन सिस्टम बनाया है। इसका पहला लक्ष्य कृषि क्षेत्र है, जो स्थानीय रूप से उत्पन्न ऊर्जा के साथ साइट पर अमोनिया उत्पादन की अनुमति देता है। यह सिस्टम प्रति दिन 300 किग्रा, प्रति वर्ष 100 टन अमोनिया CA$950,000 में उत्पन्न कर सकता है।
[caption id="attachment_243914" align="aligncenter" width="747"]
यह सिस्टम 1,800 एकड़ तक के खेतों के लिए उपयुक्त बनाता है। केवल 1.5 एकड़ भूमि पर सोलर पैनल स्थापित करके, अमोनिया उत्पादन को चलाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त की जा सकती है।
[caption id="attachment_243913" align="aligncenter" width="487"]
FuelPositive दावा करता है कि उसका सिस्टम CA$560/टन के लिए अमोनिया उत्पन्न कर सकता है,
स्टार्ट‑अप अभी प्रारंभिक चरण में है, पूर्ण‑स्तर उत्पादन 2025 के लिए निर्धारित है, और अब तक 30 ऑर्डर पुष्टि हो चुके हैं, पहली डिलीवरी मार्च 2024 के लिए निर्धारित है।
FuelPositive की मुख्य ताकत उसकी तकनीक की मॉड्यूलरिटी है, जो अधिक वितरित दृष्टिकोण और उसके अमोनिया जनरेशन मॉड्यूल की मानकीकृत बड़े पैमाने पर उत्पादन की अनुमति देती है।
कंपनी Cipher Neutron के साथ साझेदारी बना रही है, जो प्लैटिनम समूह के किसी भी धातु के बिना हाइड्रोजन उत्पन्न कर सकता है।
अमोनिया उत्पादन के लिए LiMAS विधि को उपयोग/लाइसेंस करने हेतु समान साझेदारी स्थापित की जा सकती है, क्योंकि कंपनी की ताकत उसके मॉड्यूलर डिजाइन में है, न कि किसी स्वामित्व वाली अमोनिया जनरेशन तकनीक में।
हालांकि प्राथमिक फोकस उर्वरक उत्पादन पर है, अमोनिया को साइट पर उत्पन्न ऊर्जा के साथ कृषि इंजनों को चलाने के लिए उपयोग किया जा सकता है, यह इस पर निर्भर करता है कि अमोनिया/हाइड्रोजन‑संचालित कृषि उपकरणों को अपनाने की गति कितनी है।
FuelPositive सिस्टम की विकेंद्रीकृत और मॉड्यूलर प्रकृति उन्हें भविष्य की अमोनिया अर्थव्यवस्था का एक प्रमुख तत्व बना सकती है। उर्वरक बाजार कंपनी को बढ़ने के लिए अंतर प्रदान कर सकता है, जब तक कि हाइड्रोजन और अमोनिया का उपयोग अधिक व्यापक न हो जाए।
4. AmmPower Corp. (AMMPF)
AmmPower FuelPositive के समान है क्योंकि यह मॉड्यूलर अमोनिया जनरेशन सिस्टम प्रदान करता है, लेकिन बड़े पैमाने पर, जहाँ इसका बेस मॉड्यूल 4 टन/दिन उत्पादन कर सकता है। यह कंपनी को बहुत बड़े खेतों (10,000+ एकड़) या वस्त्र, रेफ्रिजरेशन, खनन, फार्मास्यूटिकल्स, या सेमिकंडक्टर्स जैसी औद्योगिक संचालन के क्षेत्र में रखता है।
[caption id="attachment_243916" align="aligncenter" width="749"]
कंपनी अपने ऑर्डर बुक को बनाने की प्रक्रिया में है, जहाँ निकट‑भविष्य में बुकिंग क्षमता का अनुमान $30M है, और 52 देशों से 690 इकाइयों की बिक्री संभावनाएँ हैं।
कंपनी का अनुमान है कि विद्युत लागत लगभग $360/टन अमोनिया होगी।
सिस्टम की मॉड्यूलरिटी तेज़ टर्नअराउंड और डिलीवरी की अनुमति देती है, जो मॉड्यूलर दृष्टिकोण के बिना समान परियोजनाओं के 3-4 वर्षों की तुलना में एक वर्ष से कम समय लेती है।
यह CTEC Energy Sales USA के साथ एक संयुक्त उद्यम में कचरे को अमोनिया में बदलने की तकनीक पर भी काम कर रहा है।
यहाँ भी, LiMAS अमोनिया प्रक्रिया को मॉड्यूलर डिजाइन में एकीकृत करने के लिए अन्य साझेदारियाँ स्थापित की जा सकती हैं।
अमोनिया को हाइड्रोजन‑अमोनिया अर्थव्यवस्था में आगे बढ़ाने के लिए, यह अमोनिया को हाइड्रोजन में क्रैक करने के लिए एक समर्पित सहायक कंपनी बना रहा है, जो अलग से अतिरिक्त फंडिंग की तलाश करेगी।
सबसे अधिक औद्योगिक उपयोग और बहुत बड़े खेतों के लिए उपयुक्त स्केल हासिल करके, AmmPower उन ग्राहकों और कंपनियों को लक्षित कर रहा है जिनके पास अधिकांश से अधिक पूँजी तक पहुंच है।
अमोनिया क्रैकिंग तकनीक के साथ मिलाकर, यह नीतियों के बाद तेज़ी से स्केल‑अप कर सकता है जो हाइड्रोजन को ऊर्जा वाहक के रूप में विकसित करने को बढ़ावा देती हैं।
