কঠিন অক্সাইডের তড়িৎ বিশ্লেষণের মাধ্যমে হাইড্রোজেন উৎপাদনের অগ্রগতি ও অর্থনৈতিক বিশ্লেষণ

কঠিন অক্সাইডের তড়িৎ বিশ্লেষণের মাধ্যমে হাইড্রোজেন উৎপাদনের অগ্রগতি ও অর্থনৈতিক বিশ্লেষণ

সলিড অক্সাইড ইলেক্ট্রোলাইজার (SOE) তড়িৎ বিশ্লেষণের জন্য উচ্চ-তাপমাত্রার জলীয় বাষ্প (৬০০ ~ ৯০০°C) ব্যবহার করে, যা অ্যালকালাইন ইলেক্ট্রোলাইজার এবং পিইএম (PEM) ইলেক্ট্রোলাইজারের চেয়ে বেশি কার্যকর। ১৯৬০-এর দশকে, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র এবং জার্মানি উচ্চ-তাপমাত্রার জলীয় বাষ্প SOE নিয়ে গবেষণা শুরু করে। SOE ইলেক্ট্রোলাইজারের কার্যপ্রণালী চিত্র ৪-এ দেখানো হয়েছে। পুনর্ব্যবহৃত হাইড্রোজেন এবং জলীয় বাষ্প অ্যানোড থেকে বিক্রিয়া ব্যবস্থায় প্রবেশ করে। ক্যাথোডে জলীয় বাষ্প তড়িৎ বিশ্লেষিত হয়ে হাইড্রোজেনে পরিণত হয়। ক্যাথোড দ্বারা উৎপাদিত O2 কঠিন তড়িৎ বিশ্লেষ্যের মধ্য দিয়ে অ্যানোডের দিকে যায়, যেখানে এটি পুনরায় মিলিত হয়ে অক্সিজেন গঠন করে এবং ইলেকট্রন মুক্ত করে।

অ্যালকালাইন এবং প্রোটন এক্সচেঞ্জ মেমব্রেন ইলেকট্রোলাইটিক সেলের মতো নয়, SOE ইলেকট্রোড জলীয় বাষ্পের সংস্পর্শে এসে বিক্রিয়া করে এবং ইলেকট্রোড ও জলীয় বাষ্পের সংস্পর্শের মধ্যবর্তী ইন্টারফেস এলাকা সর্বাধিক করার চ্যালেঞ্জের সম্মুখীন হয়। তাই, SOE ইলেকট্রোডের সাধারণত একটি ছিদ্রযুক্ত কাঠামো থাকে। জলীয় বাষ্প ইলেকট্রোলাইসিসের উদ্দেশ্য হলো প্রচলিত তরল জল ইলেকট্রোলাইসিসের তুলনায় শক্তির তীব্রতা এবং পরিচালন ব্যয় হ্রাস করা। প্রকৃতপক্ষে, তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে জল বিয়োজন বিক্রিয়ার মোট শক্তির প্রয়োজনীয়তা সামান্য বাড়লেও, বৈদ্যুতিক শক্তির প্রয়োজনীয়তা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়। ইলেকট্রোলাইটিক তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে, প্রয়োজনীয় শক্তির একটি অংশ তাপ হিসাবে সরবরাহ করা হয়। SOE একটি উচ্চ-তাপমাত্রার তাপ উৎসের উপস্থিতিতে হাইড্রোজেন উৎপাদন করতে সক্ষম। যেহেতু উচ্চ-তাপমাত্রার গ্যাস-শীতল পারমাণবিক চুল্লি ৯৫০°C পর্যন্ত উত্তপ্ত করা যায়, তাই পারমাণবিক শক্তি SOE-এর জন্য শক্তির উৎস হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। একই সাথে, গবেষণায় দেখা গেছে যে ভূতাপীয় শক্তির মতো নবায়নযোগ্য শক্তিরও বাষ্প ইলেকট্রোলাইসিসের তাপ উৎস হিসাবে সম্ভাবনা রয়েছে। উচ্চ তাপমাত্রায় কাজ করলে ব্যাটারির ভোল্টেজ কমে এবং বিক্রিয়ার হার বাড়ে, কিন্তু এটি উপাদানের তাপীয় স্থিতিশীলতা এবং সিলিং-এর চ্যালেঞ্জেরও সম্মুখীন হয়। এছাড়াও, ক্যাথোড থেকে উৎপন্ন গ্যাসটি একটি হাইড্রোজেন মিশ্রণ, যাকে আরও পৃথক ও বিশুদ্ধ করার প্রয়োজন হয়, যা প্রচলিত তরল জল তড়িৎ বিশ্লেষণের তুলনায় খরচ বাড়িয়ে দেয়। স্ট্রনশিয়াম জিরকোনেটের মতো প্রোটন-পরিবাহী সিরামিকের ব্যবহার স্টিম তড়িৎ বিশ্লেষণের (SOE) খরচ কমিয়ে দেয়। স্ট্রনশিয়াম জিরকোনেট প্রায় ৭০০°C তাপমাত্রায় চমৎকার প্রোটন পরিবাহিতা দেখায় এবং এটি ক্যাথোডকে উচ্চ বিশুদ্ধতার হাইড্রোজেন উৎপাদনে সহায়তা করে, যা স্টিম তড়িৎ বিশ্লেষণ যন্ত্রের প্রক্রিয়াকে সরল করে তোলে।

ইয়ান এট আল. [6] রিপোর্ট করেছেন যে ক্যালসিয়াম অক্সাইড দ্বারা স্থিতিশীল জিরকোনিয়া সিরামিক টিউবকে সহায়ক কাঠামোর SOE হিসাবে ব্যবহার করা হয়েছিল, বাইরের পৃষ্ঠে অ্যানোড হিসাবে পাতলা (0.25 মিমি-এর কম) ছিদ্রযুক্ত ল্যান্থানাম পেরোভস্কাইট এবং ক্যাথোড হিসাবে Ni/Y2O3 স্থিতিশীল ক্যালসিয়াম অক্সাইড সারমেটের প্রলেপ দেওয়া হয়েছিল। 1000 °C, 0.4 A/cm² এবং 39.3 W ইনপুট পাওয়ারে, ইউনিটটির হাইড্রোজেন উৎপাদন ক্ষমতা 17.6 NL/h। SOE-এর অসুবিধা হল কোষগুলির মধ্যে আন্তঃসংযোগগুলিতে উচ্চ ওহম ক্ষতির কারণে সৃষ্ট ওভারভোল্টেজ এবং বাষ্প ব্যাপন পরিবহনের সীমাবদ্ধতার কারণে উচ্চ ওভারভোল্টেজ ঘনত্ব। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, প্ল্যানার ইলেক্ট্রোলাইটিক কোষগুলি অনেক মনোযোগ আকর্ষণ করেছে [7-8]। নলাকার কোষের বিপরীতে, সমতল কোষগুলি উৎপাদনকে আরও কমপ্যাক্ট করে এবং হাইড্রোজেন উৎপাদন দক্ষতা উন্নত করে [6]। বর্তমানে, SOE-এর শিল্প প্রয়োগের প্রধান বাধা হল ইলেক্ট্রোলাইটিক কোষের দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতা [8], এবং ইলেক্ট্রোডের বার্ধক্য এবং নিষ্ক্রিয়তার সমস্যা দেখা দিতে পারে।