सुरक्षित, कॉम्पैक्ट न्यूक्लियर बैटरी ऊर्जा भंडारण में क्रांति ला सकती है

सब कुछ में परमाणु ऊर्जा?

जब परमाणु ऊर्जा उत्पादन एक व्यावहारिक तकनीक बन गया, तो इसने आशा दी कि वह ऊर्जा, जो अब तक केवल विश्व-विनाशक बम बनाने में उपयोग हुई थी, वही सभ्यता को संसाधन क्षय से बचा सकती है।

जैसे-जैसे जलवायु परिवर्तन एक बढ़ती हुई चिंता बन रहा है, परमाणु ऊर्जा एक पुनर्जागरण से गुजर रही है, क्योंकि यह एक उपलब्ध, स्केलेबल और कम‑कार्बन ऊर्जा स्रोत है जो नवीकरणीय ऊर्जा और बैटरियों के फॉसिल ईंधन को प्रतिस्थापित करने के लिए तैयार होने तक अंतर को पाट सकता है। और नई परमाणु ऊर्जा संयंत्र डिज़ाइन आ रहे हैं जो इसे सस्ता, सुरक्षित और अधिक लचीला बना सकते हैं, जैसा कि हमने “SMRs (छोटे मॉड्यूलर रिएक्टर) पर अपडेट – अभी भी परमाणु ऊर्जा का भविष्य” और “परमाणु ऊर्जा की 4थी पीढ़ी: सस्ता, स्वच्छ, सुरक्षित” में बताया है।

हालाँकि ये बड़े पावर प्लांट वह नहीं हैं जैसा कि विज्ञान‑कथा लेखकों ने प्रारम्भ में परमाणु ऊर्जा की कल्पना की थी। इसाक असिमोव जैसे प्रमुख विचारकों ने अधिक महत्वाकांक्षी होकर छोटे‑छोटे परमाणु‑पावर जेनरेटर की कल्पना की, जो ट्रेनों, कारों और यहाँ तक कि छोटे उपकरणों में फिट हो सकें, जिससे उन्हें रिचार्ज या रीफ़्यूल करने की आवश्यकता मूलतः समाप्त हो जाती।

ऐसे दिशा में एक कदम इस प्रकार लिया गया है कि नैनो‑साइज़ के परमाणु बैटरियों को प्रस्तुत किया गया है, जो छोटे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को शक्ति प्रदान कर सकते हैं। और यह सुरक्षित रूप से किया जाएगा।

यह शोध कार्य अमेरिकी रसायन विज्ञान सोसायटी (ACS) की वसंत बैठक में Su-Il In, दाएगु ग्योंगबुक इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (दक्षिण कोरिया) के प्रोफेसर द्वारा “Next generation battery: Highly efficient and stable C14 dye-sensitized betavoltaic cell” शीर्षक के तहत प्रस्तुत किया गया।

स्रोत: Asia Research News

बैटरी की सीमा

आज के अधिकांश इलेक्ट्रॉनिक उपकरण अपनी क्षमता में बैटरी द्वारा सीमित होते हैं, जो आमतौर पर लिथियम‑आयन तकनीक का उपयोग करती है। यह स्मार्टफ़ोन, ड्रोन, सेंसर आदि के लिए सत्य है।

इसके अतिरिक्त, लिथियम का खनन पर्यावरणीय रूप से विनाशकारी प्रक्रिया है, और भविष्य में लिथियम एक प्रदूषक बन सकता है।

इसलिए वैज्ञानिकों ने दशकों या यहाँ तक कि हजारों सालों तक चलने वाली रेडियोएक्टिव क्षय प्रक्रिया को एक बेहतर विकल्प माना है, जिससे उपकरणों को पुनः लोड करने की आवश्यकता नहीं होगी।

हालांकि, ऐसे उपकरण रेडियोएक्टिव होंगे, इसलिए सबसे कड़े सुरक्षा मानकों को पूरा करना आवश्यक होगा।

बीटा-रेडियोएक्टिविटी

रेडियोएक्टिविटी के कई विभिन्न रूप होते हैं। इनमें से, गामा क्षय सबसे खतरनाक है, क्योंकि यह बहुत शक्तिशाली गामा किरणें उत्सर्जित करता है, जो कैंसर और अन्य क्षति का कारण बन सकती हैं।

स्रोत: Compound Chem

अल्फा और बीटा क्षय बहुत कम खतरनाक होते हैं, और रेडियोएक्टिव उत्सर्जन को एल्युमिनियम की पतली परत या यहाँ तक कि केवल कागज से रोका जा सकता है।

स्रोत: Western Oregon University

सही आयसोटोप चुनना

कौन सी रेडियोएक्टिव गतिविधि होती है, यह रेडियोएक्टिव तत्व और उसके आयसोटोप पर निर्भर करता है, इसलिए कुछ ऊर्जा स्रोत दूसरों की तुलना में बहुत सुरक्षित होते हैं। इस कारण, यूरेनियम जैसी सामग्री छोटे परमाणु बैटरियों के लिए उपयुक्त नहीं होगी।

हालाँकि, कार्बन‑14, जो कार्बन का एक प्राकृतिक आयसोटोप है और अक्सर डेटिंग तकनीकों में उपयोग होता है, एक अच्छा विकल्प होगा।

एक अतिरिक्त लाभ यह है कि कार्बन‑14 मौजूदा परमाणु ऊर्जा संयंत्रों द्वारा पहले से ही उत्पन्न किया जाता है, जिससे यह सस्ता, आसानी से उपलब्ध और पुनर्चक्रण योग्य बनता है। अंत में,

“मैंने कार्बन का एक रेडियोएक्टिव आयसोटोप उपयोग करने का फैसला किया क्योंकि यह केवल बीटा किरणें उत्पन्न करता है। और क्योंकि रेडियोकार्बन बहुत धीरे‑धीरे क्षय करता है, एक रेडियोकार्बन‑संचालित बैटरी सैद्धांतिक रूप से सहस्राब्दियों तक चल सकती है।”

Pr. Su-Il In – Professor at Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology

बेटावोल्टाइक प्रौद्योगिकी

बेटा क्षय को शक्ति उत्पादन के लिए उपयोग करना कोई नया विचार नहीं है और इसे बेटावोल्टाइक कहा जाता है, जिसमें बीटा कण क्लासिक फोटोवोल्टाइक में उपयोग होने वाले फोटॉनों की जगह लेता है।

बेटावोल्टाइक में, एक इलेक्ट्रॉन फोटॉन के बजाय एक अर्धचालक पर टकराता है, जिससे बिजली उत्पन्न होती है।

यह अर्धचालक सामग्री मुख्य भाग है, क्योंकि इसकी दक्षता कुल ऊर्जा रूपांतरण दर को निर्धारित करेगी। अब तक, बेटावोल्टाइक अर्धचालकों की दक्षता बहुत कम रही है या वे परमाणु ईंधन जितनी देर तक टिकने के लिए बहुत नाज़ुक रहे हैं।

टाइटेनियम डाइऑक्साइड अर्धचालक

प्रो. इन और उनकी टीम ने सौर कोशिकाओं में सामान्यतः उपयोग होने वाले टाइटेनियम डाइऑक्साइड को एक रूथेनियम‑आधारित डाई के साथ मिलाया। डाई और अर्धचालक के बीच बंधन को पर्याप्त ठोस बनाने के लिए उन्होंने साइट्रिक एसिड उपचार का उपयोग किया।

रूथेनियम डाई, जब बीटा कण (एक शक्तिशाली इलेक्ट्रॉन) से टकराती है, तो इलेक्ट्रॉन ट्रांसफ़र प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला बनाती है, जिसे इलेक्ट्रॉन एवलांच कहा जाता है। टाइटेनियम डाइऑक्साइड फिर उत्पन्न इलेक्ट्रॉनों को एकत्र करता है और उन्हें उपयोगी बिजली में बदल देता है।

दोनों इलेक्ट्रोड्स का उपचार

शोधकर्ताओं ने पाया कि यदि रूथेनियम डाई को परमाणु बैटरी के दोनों कैथोड और एनोड पर लगाया जाए, तो प्रक्रिया की दक्षता में नाटकीय वृद्धि की जा सकती है।

पहले के डिज़ाइन की तुलना में, जिसमें केवल कैथोड पर रेडियोकार्बन लगाया गया था, यह ऊर्जा रूपांतरण दक्षता को 0.48% से बढ़ाकर 2.86% कर देता है।

अनुप्रयोग

क्योंकि यह प्रणाली अभी के लिए सामान्य बैटरी की तुलना में अधिक महंगी होने की संभावना है, इसलिए इसके पहले अनुप्रयोग वे होंगे जहाँ शक्ति स्रोत को बदलना या रीचार्ज करना सबसे उपयोगी नहीं है।

उदाहरण के लिए, पेसमेकर और अन्य चिकित्सा इम्प्लांट्स को इस प्रकार की बीटा‑वोल्टाइक बैटरियों से जीवन भर चलाया जा सकता है।

संवेदनशील या शत्रुतापूर्ण वातावरण में सेंसर, जैसे कि परमाणु रिएक्टर, कारखाने, गहरा समुद्र, या गहरा अंतरिक्ष, इस अवधारणा से बहुत लाभान्वित हो सकते हैं।

आगे सुधार

यह प्रौद्योगिकी और दक्षता में प्रभावशाली वृद्धि अन्य शोधों के साथ जुड़ती है जो रेडियोएक्टिव क्षय को परमाणु रिएक्टर के बिना ऊर्जा उत्पादन के लिए उपयोग करने की कोशिश कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, हमने हाल ही में परमाणु कचरे को उपयोग करके एक अन्य प्रकार की परमाणु बैटरी बनाने के विचार पर चर्चा की थी।

प्रो. इन का सुझाव है कि बीटा‑रे इमिटर के आकार को अनुकूलित करने और अधिक कुशल बीटा‑रे एब्जॉर्बर विकसित करने के अतिरिक्त प्रयास बैटरी के प्रदर्शन को बढ़ा सकते हैं और शक्ति उत्पादन को बढ़ा सकते हैं।

समग्र रूप से, जैसे‑जैसे हमारे अर्धचालकों और दुर्लभ धातुओं की समझ विकसित होगी, यह प्रौद्योगिकी निरंतर सुधारती रहेगी।

परमाणु में निवेश

Cameco – Westinghouse Electric Company

2022 में, Cameco ने US में परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के प्रमुख निर्माता Westinghouse में 49% नियंत्रण अधिग्रहित करने का निर्णय लिया, एक बड़े निवेश फर्म Brookfield (51% नियंत्रण) के साथ मिलकर।

कंपनी के पास $19 बिलियन मूल्य की Brookfield Renewable Partners (BEP ) के रूप में एक विशाल नवीकरणीय/कम‑कार्बन पावर जेनरेशन डिवीजन है। Brookfield Corporation कुल मिलाकर लगभग एक ट्रिलियन डॉलर प्रबंधित करने वाली एक बड़ी एसेट मैनेजमेंट कंपनी है।

इसका अर्थ है कि Westinghouse अब बहुत गहरी पूँजी पूल तक पहुँच सकेगा, जो अक्सर परमाणु रिएक्टर निर्माताओं के लिए एक समस्या होती है, क्योंकि नए प्रोजेक्ट्स को राजस्व लाने से पहले कई वर्षों का निवेश चाहिए होता है।

हालाँकि राजस्व में परिलक्षित होने में अधिक समय लगता है, एक बार निर्माण में प्रवेश करने के बाद, नया रिएक्टर डिजाइन और इंजीनियरिंग अध्ययन के 6^th वर्ष से Westinghouse के लिए राजस्व उत्पन्न करता है और निर्माण परियोजना के पूरे अवधि के दौरान, जो 10 वर्षों से अधिक है, ऐसा करता रहेगा।

स्रोत: Cameco

Westinghouse की मुख्य शक्ति AP1000 रिएक्टर डिज़ाइन (6 संचालन में और 6 निर्माण में) है, जो कंपनी के CANDU मानक का उपयोग करता है, जो विश्व में सबसे सामान्य में से एक है।

यह AP300 छोटे मॉड्यूलर रिएक्टर पर भी काम कर रहा है, जिसे संभवतः स्लोवाकिया, फ़िनलैंड और स्वीडन में तैनात किया जाएगा, और microreactor e-Vinci, जो कंपनी की निरंतर नवाचारों और उद्योग के नवीनतम रुझानों के साथ तालमेल को दर्शाता है।

स्रोत: Westinghouse

Westinghouse परमाणु आपूर्ति श्रृंखला के बड़े हिस्से में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। कड़े नियमों के कारण, ऐसे भाग और उपकरण किसी भी नए पावर प्लांट, पारंपरिक या SMR, के लिए आवश्यक होंगे।

समग्र रूप से, भले ही यूरेनियम की आपूर्ति समस्या हल हो जाए और यूरेनियम की कीमतें गिर जाएँ, Westinghouse की स्वामित्व Cameco को कम से कम कई दशकों तक चलने वाले वर्तमान परमाणु पुनर्जागरण से लाभ उठाने की अनुमति देनी चाहिए।

Cameco कंपनी का बाकी हिस्सा एक यूरेनियम खनन कंपनी है, जो संभवतः परमाणु ऊर्जा के चल रहे पुनर्जागरण से भी लाभान्वित होगी। इसके मुख्य खनन संपत्तियां कनाडा और कज़ाखस्तान में स्थित हैं।

ऐतिहासिक रूप से, यूरेनियम और परमाणु रिएक्टर कंपनियों को परमाणु आपदा के डर और परमाणु कचरे की चिंताओं से जूझना पड़ा है।

जैसे-जैसे नई और सुरक्षित डिज़ाइन विकसित होते हैं, और जैसे ही परमाणु कचरा एक समस्या के बजाय एक मूल्यवान संसाधन बन जाता है, यह अब समस्या नहीं रहना चाहिए। इसमें बीटा‑वोल्टाइक के लिए कार्बन‑14 उत्पादन भी शामिल है, जो Westinghouse पावर प्लांटों की अतिरिक्त उत्पादन श्रृंखला बन सकता है।

इसके अलावा, अधिक कम‑कार्बन पावर स्रोतों की ओर धक्का, जबकि नवीकरणीय ऊर्जा अभी भी अंतराल उत्पादन की समस्या को पूरी तरह हल नहीं कर पाई है, विशेष रूप से सर्दियों में, परमाणु ऊर्जा को एक शक्तिशाली वापसी करने में मदद करनी चाहिए।

(यदि आप इस अध्ययन में उपयोग किए गए तत्वों की मांग की संभावनाओं में अधिक रुचि रखते हैं, तो आप हमारे टाइटेनियम में निवेश पर रिपोर्ट को भी देख सकते हैं)our report on investing in titanium)

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