अणु हायड्रोजन उत्पादन म्हणजे काय?

मोठ्या प्रमाणावर हायड्रोजन उत्पादनासाठी अणु हायड्रोजन उत्पादन ही एक पसंतीची पद्धत मानली जाते, परंतु त्याची प्रगती मंद गतीने होत असल्याचे दिसते. तर, अणु हायड्रोजन उत्पादन म्हणजे काय?

अणु हायड्रोजन उत्पादन, म्हणजेच, हायड्रोजनच्या मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादनासाठी प्रगत हायड्रोजन उत्पादन प्रक्रियेसह जोडलेली अणुभट्टी. अणुऊर्जेपासून हायड्रोजन उत्पादनाचे फायदे म्हणजे हरितगृह वायूंचे उत्सर्जन होत नाही, कच्चा माल म्हणून पाण्याचा वापर होतो, तसेच उच्च कार्यक्षमता आणि मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन शक्य होते. त्यामुळे भविष्यात मोठ्या प्रमाणावर हायड्रोजन पुरवठ्यासाठी हा एक महत्त्वाचा उपाय आहे. IAEA च्या अंदाजानुसार, एक लहान २५० मेगावॅट क्षमतेची अणुभट्टी उच्च तापमानाच्या अणुप्रक्रियांचा वापर करून दररोज ५० टन हायड्रोजनचे उत्पादन करू शकते.

अणुऊर्जेतील हायड्रोजन उत्पादनाचे तत्त्व म्हणजे अणुभट्टीमधून निर्माण होणाऱ्या उष्णतेचा ऊर्जा स्रोत म्हणून हायड्रोजन उत्पादनासाठी वापर करणे, आणि योग्य तंत्रज्ञानाची निवड करून कार्यक्षम व मोठ्या प्रमाणावर हायड्रोजन उत्पादन साध्य करणे. तसेच हरितगृह वायूंचे उत्सर्जन कमी करणे किंवा पूर्णपणे नाहीसे करणे. अणुऊर्जेपासून हायड्रोजन उत्पादनाची योजनाबद्ध आकृती चित्रात दाखवली आहे.

अणुऊर्जेचे हायड्रोजन ऊर्जेमध्ये रूपांतर करण्याचे अनेक मार्ग आहेत, ज्यात पाण्याचा कच्चा माल म्हणून वापर करून विद्युत अपघटन, थर्मोकेमिकल सायकल, उच्च तापमान वाफ विद्युत अपघटन हायड्रोजन उत्पादन, हायड्रोजन सल्फाइडचा कच्चा माल म्हणून वापर करून विघटन हायड्रोजन उत्पादन, नैसर्गिक वायू, कोळसा, बायोमास यांचा कच्चा माल म्हणून वापर करून पायरोलिसिस हायड्रोजन उत्पादन इत्यादींचा समावेश आहे. जेव्हा पाण्याचा कच्चा माल म्हणून वापर केला जातो, तेव्हा संपूर्ण हायड्रोजन उत्पादन प्रक्रियेत CO₂ चे उत्पादन होत नाही, ज्यामुळे हरितगृह वायूंचे उत्सर्जन मूलतः टाळता येते; इतर स्रोतांपासून हायड्रोजन उत्पादन केल्यास केवळ कार्बन उत्सर्जन कमी होते. याव्यतिरिक्त, अणुविद्युत अपघटन पाण्याचा वापर हा अणुऊर्जा निर्मिती आणि पारंपरिक विद्युत अपघटन यांचे केवळ एक साधे संयोजन आहे, जे अजूनही अणुऊर्जा निर्मितीच्या क्षेत्राशी संबंधित आहे आणि सामान्यतः याला खरे अणु-हायड्रोजन उत्पादन तंत्रज्ञान मानले जात नाही. त्यामुळे, पाण्याचा कच्चा माल म्हणून वापर करणारी थर्मोकेमिकल सायकल, अणुउष्णतेचा पूर्ण किंवा अंशतः वापर आणि उच्च तापमान वाफ विद्युत अपघटन ही अणु-हायड्रोजन उत्पादन तंत्रज्ञानाची भविष्यातील दिशा मानली जाते.

सध्या, अणुऊर्जेमध्ये हायड्रोजन उत्पादनाचे दोन मुख्य मार्ग आहेत: विद्युत अपघटनी जल हायड्रोजन उत्पादन आणि औष्णिक रासायनिक हायड्रोजन उत्पादन. अणुभट्ट्या हायड्रोजन उत्पादनाच्या वरील दोन मार्गांसाठी अनुक्रमे विद्युत ऊर्जा आणि उष्णता ऊर्जा पुरवतात.

पाण्याच्या इलेक्ट्रोलायसिसद्वारे हायड्रोजन तयार करणे म्हणजे अणुऊर्जेचा वापर करून वीज निर्माण करणे आणि नंतर वॉटर इलेक्ट्रोलायटिक उपकरणाद्वारे पाण्याचे विघटन करून हायड्रोजन मिळवणे. पाण्याच्या इलेक्ट्रोलायसिसद्वारे हायड्रोजन उत्पादन ही एक तुलनेने थेट पद्धत आहे, परंतु या पद्धतीची हायड्रोजन उत्पादन कार्यक्षमता (५५% ~ ६०%) कमी आहे. अमेरिकेत सर्वात प्रगत SPE वॉटर इलेक्ट्रोलायसिस तंत्रज्ञान वापरले तरी, इलेक्ट्रोलायसिसची कार्यक्षमता ९०% पर्यंत वाढते. परंतु सध्या बहुतेक अणुऊर्जा प्रकल्प केवळ ३५% कार्यक्षमतेने उष्णतेचे विजेमध्ये रूपांतर करत असल्यामुळे, अणुऊर्जेतील पाण्याच्या इलेक्ट्रोलायसिसद्वारे हायड्रोजन उत्पादनाची अंतिम एकूण कार्यक्षमता केवळ ३०% आहे.

औष्णिक-रासायनिक हायड्रोजन उत्पादन हे औष्णिक-रासायनिक चक्रावर आधारित आहे. यामध्ये अणुभट्टीला औष्णिक-रासायनिक चक्र हायड्रोजन उत्पादन उपकरणासोबत जोडले जाते. अणुभट्टीद्वारे प्रदान केलेल्या उच्च तापमानाचा उष्णता स्रोत म्हणून वापर केला जातो, ज्यामुळे ८००℃ ते १०००℃ तापमानात पाण्याच्या औष्णिक विघटनाला उत्प्रेरित करून हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन तयार केले जातात. विद्युत अपघटनी जल-हायड्रोजन उत्पादनाच्या तुलनेत, औष्णिक-रासायनिक हायड्रोजन उत्पादनाची कार्यक्षमता जास्त असते, एकूण कार्यक्षमता ५०% पेक्षा जास्त पोहोचण्याची अपेक्षा असते आणि खर्चही कमी असतो.