हाइड्रोजन ने कंटेनमेंट में प्रगति के माध्यम से ऊर्जा स्रोत के रूप में अधिक आकर्षक बन गया है

हाइड्रोजन, ब्रह्मांड का सबसे हल्का तत्व, प्रतीक H द्वारा दर्शाया जाता है। इसका परमाणु क्रमांक 1 है और यह सबसे अधिक पाया जाने वाला तत्व है। यह सबसे सरल रासायनिक तत्व है, जिसमें केवल एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन होते हैं, और यह रंगहीन, बिना स्वाद के और बिना गंध के होता है। 

रोचक बात यह है कि हाइड्रोजन ब्रह्मांड के द्रव्यमान का अनुमानित 75% योगदान देता है। हालांकि, यह पृथ्वी की पपड़ी के वजन का केवल लगभग 0.14% ही बनाता है। यह प्राकृतिक रूप से अन्य तत्वों के साथ यौगिक रूप में ठोस, तरल और गैस रूप में मौजूद होता है। और जब यह ऑक्सीजन के साथ मिलता है, तो यह ज्वलनशील पदार्थ पानी (H2O) बनाता है, तथा कार्बन के साथ मिलकर यह हाइड्रोकार्बन बनाता है, जो पेट्रोलियम और कोयले में पाया जाता है। इसलिए, हाइड्रोजन को कई संसाधनों से उत्पन्न किया जा सकता है, जिसमें सौर और पवन जैसी नवीकरणीय ऊर्जा, परमाणु ऊर्जा और प्राकृतिक गैस शामिल हैं। 

विशेष रूप से, कई खोजें की गई हैं कि ऑस्ट्रेलिया, न्यूज़ीलैंड, कनाडा, फ्रांस, जर्मनी, जापान और रूस जैसे देशों में स्वाभाविक रूप से हाइड्रोजन गैस के पॉकेट बनते हैं। वर्तमान में, वैज्ञानिक इन देशों में इन भंडारों की सीमा, उनके मूल और निकासी के मामले में आसपास के पर्यावरण पर संभावित प्रभावों की जांच कर रहे हैं।

ऊर्जा स्रोत के रूप में हाइड्रोजन

हाइड्रोजन ईंधन बनाने के सबसे सामान्य तरीके थर्मल, इलेक्ट्रोलिसिस, फोटोवोल्टाइक-चालित इलेक्ट्रोलिसिस, सौर-चालित, और जैविक प्रक्रियाएँ शामिल हैं। 

थर्मल

थर्मल प्रक्रिया में, भाप डीजल, प्राकृतिक गैस, गैसिफाइड कोयला, या गैसिफाइड बायोमास जैसे हाइड्रोकार्बन ईंधन के साथ प्रतिक्रिया करके H बनाता है। विशेष रूप से, सभी हाइड्रोजन का अधिकांश (लगभग 95%) प्राकृतिक गैस के स्टीम रीफ़ॉर्मिंग से उत्पन्न होता है। 

इलेक्ट्रोलिसिस

इलेक्ट्रोलिसिस, इस बीच, पानी को ऑक्सीजन और हाइड्रोजन में विभाजित करने को शामिल करता है। यह प्रक्रिया एक इलेक्ट्रोलाइज़र में होती है और पानी के अणुओं से हाइड्रोजन बनाती है।

Biological

जैविक प्रक्रियाएँ माइक्रोब्स का उपयोग करती हैं, जिन्हें नज़र से नहीं देखा जा सकता, जैसे बैक्टीरिया, हाइड्रोजन उत्पन्न करने के लिए। 

Solar

सौर-चालित प्रक्रिया, जैसा कि नाम से स्पष्ट है, प्रकाश का उपयोग करके विभिन्न तरीकों से H का उत्पादन करती है, जैसे फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल (विशेषीकृत अर्धचालकों का उपयोग करके पानी को H और O में विभाजित करता है), फोटोबायोलॉजिकल (बैक्टीरिया और हरे शैवाल की प्राकृतिक प्रकाशसंश्लेषणीय गतिविधि का उपयोग करता है), और सौर थर्मोकेमिकल (केंद्रीकृत सौर ऊर्जा का उपयोग करके जल विभाजन प्रतिक्रियाओं को चलाता है)।

इन सभी गुणों के अतिरिक्त, हाइड्रोजन एक स्वच्छ ईंधन भी है, जिसका अर्थ है कि जब इसे फ्यूल सेल में उपयोग किया जाता है तो यह केवल पानी, गर्मी और बिजली उत्पन्न करता है। यह इसे बिजली उत्पादन और परिवहन, जिसमें कारें और रॉकेट शामिल हैं, के लिए एक आकर्षक विकल्प बनाता है। यह ऊर्जा-घनत्व वाला और संग्रहीत किया जा सकने वाला पदार्थ, जो कोई ग्रीनहाउस गैस नहीं उत्पन्न करता, वास्तव में दो शताब्दियों से अधिक पहले आंतरिक दहन इंजन को चलाने के लिए उपयोग किया गया था। 

ये दर्शाते हैं कि हाइड्रोजन नवीकरणीय ऊर्जा को संग्रहीत करने के प्रमुख विकल्पों में से एक है और इसे कई उद्योगों में भी उपयोग किया जा रहा है। हालांकि, इसकी वास्तविक क्षमता अभी तक पूरी तरह से साकार नहीं हुई है। इसके लिए, हाइड्रोजन को आर्थिक रूप से बड़े पैमाने पर उत्पादन करना आवश्यक है। साथ ही, वर्तमान बुनियादी ढांचे को हाइड्रोजन के अनुकूल बनाना होगा, हालांकि इसे गैस पाइपलाइन के माध्यम से परिवहन किया जा सकता है।

हालांकि हमने हाइड्रोजन को ईंधन के रूप में उपयोग करने के चमत्कारों को पूरी तरह नहीं अपनाया है, हाइड्रोजन को ऊर्जा स्रोत के रूप में पूरी क्षमता का पता लगाने के लिए वैश्विक अनुसंधान और विकास खर्च वर्षों से बढ़ रहा है। वास्तव में, एक हालिया अध्ययन ने इस संबंध में एक बड़ी प्रगति की है, जिससे भविष्य के ऊर्जा प्रणालियों के लिए हाइड्रोजन का उच्च-घनत्व भंडारण संभव हुआ है।

घनी पैक्ड हाइड्रोजन को संग्रहीत करने के लिए फ्रेमवर्क

पिछले महीने नेचर केमिस्ट्री जर्नल में प्रकाशित, अध्ययन “छोटे-छिद्र वाले हाइड्रिडिक फ्रेमवर्क घनी पैक्ड हाइड्रोजन को संग्रहीत करते हैं”, को कोरिया की राष्ट्रीय अनुसंधान फाउंडेशन (NRF) और जर्मन रिसर्च फाउंडेशन (DFG) द्वारा आंशिक रूप से वित्तपोषित किया गया था।

जबकि नैनोपोरस सामग्री गैस भंडारण के लिए बहुत ध्यान आकर्षित कर रही हैं, अध्ययन ने नोट किया कि उच्च आयतन भंडारण क्षमता प्राप्त करना अभी भी एक चुनौती है। इसलिए, विभिन्न विश्वविद्यालयों के कई शोधकर्ताओं ने इस मुद्दे को हल करने के लिए साथ काम किया।

माइकल हिर्शर, जो टोहोकू विश्वविद्यालय के जापान के एडवांस्ड इंस्टीट्यूट फॉर मैटेरियल्स रिसर्च (WPI-AIMR) और जर्मनी के मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर इंटेलिजेंट सिस्टम्स से हैं, ने मूल विचारों को तैयार किया और परियोजना की निगरानी की। इस बीच, कोरिया के उलसान नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (UNIST) के ह्युनचुल ओह ने इस परियोजना का नेतृत्व किया।

रोचक बात यह है कि 2022 में, मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर इंटेलिजेंट सिस्टम्स, डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी (DOE) के ओक रिज़ नेशनल लैबोरेटरी (ORNL), टेक्निशे यूनिवर्सिटेट ड्रेज़डेन, और फ्रेडरिच-एलेक्सांदर-यूनिवर्सिटेट एर्लेंगेन-न्यूरनबर्ग के वैज्ञानिकों की एक टीम ने दिखाया कि हाइड्रोजन बहुत कम तापमान पर, H2 के उबलने बिंदु के निकट, सतह पर संघनित हो जाता है। यह प्रक्रिया एक सुपर-घना मोनोलेयर बनाती है, जो तरल हाइड्रोजन की घनत्व से 3 गुना अधिक है, जिससे आयतन केवल 5 लीटर प्रति किलोग्राम H2 तक घट जाता है।

अब, वर्तमान अध्ययन ने न्यूट्रॉन पाउडर डिफ्रैक्शन, इनएलास्टिक न्यूट्रॉन स्कैटरिंग, आयतन गैस एडसॉर्प्शन, और प्रथम सिद्धांत गणनाओं का उपयोग करके मैग्नीशियम बोरोहाइड्राइड फ्रेमवर्क की जांच की। इस फ्रेमवर्क में छोटे छिद्र और हाइड्रोजन (H) और नाइट्रोजन (N) के अवशोषण के लिए आंशिक रूप से नकारात्मक रूप से चार्ज किया गया नॉन-फ़्लैट इंटीरियर है।

नाइट्रोजन और हाइड्रोजन दोनों पोर्स में स्पष्ट रूप से अलग-अलग एडसॉर्प्शन साइटों पर स्थित होते हैं। उनका सीमित क्षमता भी बहुत अलग है: Mg(BH4)2 प्रति 0.66 N2 और 2.33 H2। Mg(BH4)2, जिसे पहली बार 1950 में खोजा गया, एक उच्च-क्षमता वाले हाइड्रोजन भंडारण सामग्री के रूप में जाना जाता है, जो नैनोपोरस MOF-समतुल्य संरचनाओं वाले क्रिस्टलीय पॉलीमॉर्फ़ और अत्यधिक घनत्व वाले आयतनात्मक हाइड्रोजन घनत्व और उच्च ग्रैविमेट्रिक हाइड्रोजन क्षमता वाले बहुत घने पॉलीमॉर्फ़ दोनों के रूप में मौजूद है।

इसलिए, जब अणु हाइड्रोजन की बात आती है, तो यह अत्यधिक घनी पैक्ड होता है, जिसकी घनत्व तरल हाइड्रोजन से लगभग दो गुना अधिक होती है। 

टीम ने फिर न्यूट्रॉन पाउडर डिफ्रैक्शन (NPD) का उपयोग करके संरचना में हाइड्रोजन परमाणुओं की स्थिति और अणुओं की एडसॉर्प्शन साइटों का निर्धारण किया। 

अध्ययन ने नोट किया कि एक पेंटा-डिहाइड्रोजन क्लस्टर (डिहाइड्रोजन दो हाइड्रोजन के एकल बंध द्वारा जुड़े होते हैं) पाया गया जहाँ एक स्थिति में H2 अणुओं को घूर्णन स्वतंत्रता होती है। इसके विपरीत, दूसरी स्थिति में H2 अणुओं का स्पष्ट अभिविन्यास और फ्रेमवर्क के साथ दिशा-निर्देशित अंतःक्रिया होती है। यह दर्शाता है कि घनी पैक्ड हाइड्रोजन वास्तव में सामान्य वायुमंडलीय दबावों के तहत छोटे-छिद्र वाले पदार्थों में स्थिर किया जा सकता है।

इस खोज के साथ, टीम ने उन्नत उच्च-घनत्व एडसॉर्प्शन तकनीक का उपयोग करके सीमित हाइड्रोजन भंडारण क्षमता की चुनौती को सफलतापूर्वक हल किया है।

यह क्रांतिकारी विकास UNIST के रसायन विभाग के प्रोफेसर ओह द्वारा रिपोर्ट किया गया। यह नवाचारी शोध भविष्य की ऊर्जा प्रणालियों में एक महत्वपूर्ण प्रगति को चिह्नित करता है। 

बड़े पैमाने पर हाइड्रोजन भंडारण को सक्षम करना

परिवहन, स्थिर शक्ति, और पोर्टेबल पावर में हाइड्रोजन के उपयोग की बात आए तो, भंडारण एक प्रमुख भूमिका निभाता है। जबकि यह तत्व प्रति द्रव्यमान सबसे अधिक ऊर्जा रखता है, इसकी कम पर्यावरणीय तापमान घनत्व के कारण प्रति इकाई आयतन ऊर्जा कम होती है। इसलिए, उच्च ऊर्जा घनत्व प्राप्त करने के लिए उन्नत भंडारण विधियों की आवश्यकता है।

वर्तमान में, भंडारण तकनीक मुख्यतः अणु हाइड्रोजन को तरल या गैस रूप में संग्रहीत करने पर केंद्रित है। लेकिन, बेशक, इस वर्तमान तकनीक में आयतनात्मक और ग्रैविमेट्रिक (प्रति ग्राम या किलोग्राम कितनी ऊर्जा संग्रहीत की जा सकती है) भंडारण घनत्व के संदर्भ में सीमाएँ हैं।

हाइड्रोजन को गैस के रूप में संग्रहीत करने के लिए उच्च-दबाव टैंकों की आवश्यकता होती है, जबकि तरल रूप में इसे क्रायोजेनिक तापमान की जरूरत होती है। इसे सतह पर या ठोस में अवशोषण के माध्यम से भी संग्रहीत किया जा सकता है।

एक अणु के रूप में, हाइड्रोजन कमजोर वैन डेर वाल्स अंतःक्रियाओं (जो अपेक्षाकृत कमजोर और गैर-आयनिक होते हैं) के द्वारा छिद्र (रिक्त स्थान) वाले पदार्थ में भौतिक रूप से एडसॉर्ब हो सकता है, जिसे फिजियोसॉर्प्शन कहा जाता है। यह प्रक्रिया गैस अणुओं को ठोस सतह से जुड़ने को दर्शाती है। हालांकि, अत्यधिक छिद्रयुक्त पदार्थ उच्च ग्रैविमेट्रिक हाइड्रोजन अवशोषण प्रदान करते हैं, लेकिन आयतनात्मक भंडारण क्षमता में सुधार की आवश्यकता है।

यहाँ नैनोपोरस क्यूबिक मैग्नीशियम बोरोहाइड्राइड, γ-Mg(BH4)2, उत्कृष्ट परिणाम प्रदान करता है। इसकी घनत्व ρ = 0.550 g cm−3 और 33% मुक्त छिद्र आयतन है। लगभग 9 Å का छिद्र व्यास इस यौगिक को हाइड्रोजन या नाइट्रोजन जैसे छोटे अणुओं को एडसॉर्ब करने की अनुमति देता है। यह इस छिद्रयुक्त हाइड्राइड की आंशिक रूप से नकारात्मक चार्ज वाली आंतरिक सतह के माध्यम से है कि हाइड्रिडिक परमाणु छिद्रों के सामने आते हैं।

NFR और विज्ञान एवं सूचना एवं प्रौद्योगिकी मंत्रालय (MSIT) के मध्य-करियर रिसर्च प्रोग्राम के माध्यम से संभव हुआ, इस अध्ययन ने इस नैनोपोरस जटिल हाइड्राइड को संश्लेषित किया, जिसमें मैग्नीशियम कैशन (Mg+) और मैग्नीशियम हाइड्राइड, तथा ठोस बोरॉन हाइड्राइड (BH4)2 शामिल हैं।

परिणामी सामग्री पाँच हाइड्रोजन अणुओं को 3D व्यवस्था में संग्रहीत करने में सक्षम बनाती है, जिससे उल्लेखनीय उच्च-घनत्व हाइड्रोजन भंडारण प्राप्त होता है। यह छिद्र आयतन प्रति 144 g/L की हाइड्रोजन भंडारण क्षमता भी दर्शाता है, जो पारंपरिक विधियों से बहुत अधिक है। प्रभावशाली रूप से, सामग्री के भीतर हाइड्रोजन अणुओं की घनत्व ठोस अवस्था की घनत्व से भी अधिक है।

हाइड्रोजन भंडारण की दुनिया में इस सामग्री को “पराडाइम शिफ्ट” के रूप में वर्णित करते हुए, प्रोफेसर ओह ने कहा कि यह “पारंपरिक दृष्टिकोणों के लिए एक आकर्षक विकल्प” प्रदान करती है।

यह विकास हाइड्रोजन को ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग करने की उत्पादकता और आर्थिक दक्षता को काफी सुधारता है। यह सार्वजनिक और व्यक्तिगत परिवहन अनुप्रयोगों में व्यापक उपयोग के लिए बड़े पैमाने पर हाइड्रोजन भंडारण की चुनौतियों को भी संबोधित करता है।

इस विकास से लाभान्वित होने वाली कंपनियां 

यदि हम उन उद्योगों की बात करें जो इस प्रकार के शोध से लाभ उठा सकते हैं, जो हाइड्रोजन भंडारण को बदल रहा है, तो कई क्षेत्रों का उल्लेख किया जा सकता है, जिसमें रसायन, ऊर्जा, ऑटोमोबाइल, इंजीनियरिंग और निर्माण शामिल हैं। तो, आइए देखें कि किन कंपनियों को इससे लाभ हो सकता है: 

#1. Honda Motor Co., Ltd.

जापान स्थित यह ऑटोमोबाइल कंपनी ने अपने CO2 उत्सर्जन को कम करने का वादा किया है और दावा किया है कि वह हाइड्रोजन ऊर्जा की संभावनाओं पर ध्यान केंद्रित करने वाली पहली कंपनियों में से एक है। 

इन लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए, होंडा मोटर कंपनी ने 1980 के दशक से विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए फ्यूल सेल तकनीकों पर शोध किया है। 

इस वर्ष की शुरुआत में, कंपनी ने घोषणा की कि उसने जनरल मोटर्स (GM) के साथ सहयोग में विभिन्न उत्पाद अनुप्रयोगों के लिए हाइड्रोजन फ्यूल सेल पावर समाधान का उत्पादन शुरू कर दिया है और इसे “हाइड्रोजन युग की शुरुआत” कहा है।

64.85 बिलियन डॉलर के मार्केट कैप के साथ, कंपनी के शेयर $36.93 पर ट्रेड हो रहे हैं, जो वर्ष-से-तारीख (YTD) में 19.22% बढ़े हैं। होंडा मोटर ने $128.49 बिलियन का राजस्व (TTM) दर्ज किया है और EPS (TTM) 7.73 तथा P/E (TTM) 4.77 है। कंपनी 2.77% का डिविडेंड यील्ड भी देती है।

#2. Dow Chemical Company

डॉव केमिकल कंपनी विभिन्न क्षेत्रों में शामिल है, जिसमें हाइड्रोकार्बन और ऊर्जा शामिल हैं। हाल ही में, इसने लिंडे (NYSE: LIN) के साथ साझेदारी की है ताकि कनाडा में अपने शून्य-कार्बन उत्सर्जन वाले एकीकृत एथिलीन क्रैकर और डेरिवेटिव साइट के लिए स्वच्छ हाइड्रोजन और नाइट्रोजन प्रदान किया जा सके। यह समझौता पिछले वर्ष के अंत में $6.5 बिलियन के प्रोजेक्ट के लिए अंतिम रूप दिया गया। इस समझौते के हिस्से के रूप में, यह लिंडे की एयर सेपरेशन और ऑटो-थर्मल रीफ़ॉर्मर तकनीक को लागू करेगा ताकि साइट के क्रैकर ऑफ-गैस को हाइड्रोजन में परिवर्तित किया जा सके।

39.9 बिलियन डॉलर से अधिक के मार्केट कैप के साथ, डॉव केमिकल के शेयर $56.76 पर ट्रेड हो रहे हैं, जो YTD में 3.5% बढ़े हैं। डॉव केमिकल ने $44.62 बिलियन का राजस्व (TTM) दर्ज किया है, EPS (TTM) 0.81 और P/E (TTM) 69.67 है। कंपनी 4.93% का डिविडेंड यील्ड भी देती है।

#3. McPhy Energy SA

फ्रांस स्थित यह कंपनी हाइड्रोजन उत्पादन और भंडारण समाधान विकसित करती है। पिछले वर्ष, मैकफ़ी ने चार्ट इंडस्ट्रीज़, इंक. (NYSE: GTLS) के साथ अपने व्यावसायिक समझौते का विस्तार किया, जिसके तहत बाद वाला हाइड्रोजन संपीड़न और हाइड्रोजन लिक्विफिकेशन के लिए हाइड्रोजन-संबंधित प्रक्रियाएँ और उपकरण प्रदान करेगा। 

हाल ही में, प्रमुख इलेक्ट्रोलाइज़र तकनीक और निर्माण कंपनी ने स्वीडन की AAK AB से एक अनुबंध जीता है, जिसमें 4 मेगावाट क्षमता वाले 800-30 इलेक्ट्रोलाइज़र और संबंधित स्पेयर पार्ट्स की आपूर्ति शामिल है, जिससे स्वीडिश कंपनी कम-कार्बन हाइड्रोजन को प्रक्रिया गैस के रूप में उपयोग कर सकेगी।

47.18 बिलियन के मार्केट कैप के साथ, कंपनी (MCPHY-FR: Euronext Paris) के शेयर EUR 1.69 पर ट्रेड हो रहे हैं, जो YTD में 49.97% गिरावट दर्शाते हैं। इसका EPS (TTM) -0.69 और P/E (TTM) -1 है। पिछले महीने, मैकफ़ी ने 2023 वित्तीय वर्ष के परिणामों की रिपोर्ट की, जिसमें वार्षिक राजस्व वृद्धि +17% होकर €18.8 मिलियन हुई और इलेक्ट्रोलाइज़र व्यवसाय में +25% की और अधिक वृद्धि देखी गई। इसने दिसंबर के अंत में लगभग €62 मिलियन की नकदी स्थिति भी रिपोर्ट की।

निष्कर्ष 

ग्लोबल मार्केट इनसाइट्स के अनुसार, हाइड्रोजन ऊर्जा भंडारण बाजार तेज़ी से वृद्धि के लिए तैयार है, और अगले आठ वर्षों में $17.6 बिलियन के मूल्यांकन को पार करने का अनुमान है, क्योंकि सरकारें हाइड्रोजन-आधारित बुनियादी ढांचे में भारी निवेश कर रही हैं। विशेष रूप से, परिवहन खंड को महत्वपूर्ण वृद्धि चलाने की उम्मीद है, जिसमें अनुमानित 10% CAGR है, जो उद्योग में कार्बन उत्सर्जन को काफी कम करने में हाइड्रोजन की भूमिका से प्रेरित है।

हाइड्रोजन की एक स्वच्छ और अधिक कुशल ऊर्जा स्रोत के रूप में संभावनाओं को देखते हुए, यह न केवल परिवहन में बल्कि अन्य उद्योगों में भी अपनाया जाता रहेगा। निरंतर अनुसंधान और नई खोजों के साथ, हम अंततः इसे व्यापक रूप से अपनाते देख पाएंगे, जिससे शून्य-शुद्ध कार्बन उत्सर्जन हासिल करने में मदद मिलेगी।

शीर्ष पाँच हरे अमोनिया स्टॉक्स (दूसरा हाइड्रोजन) की सूची के लिए यहाँ क्लिक करें।