పంచుకోండి
వ్యూస్
  • స్థితి: సవరణ కు సిద్ధం

హైడ్రో ఎలక్ట్రిక్ సెల్

హైడ్రో ఎలక్ట్రిక్ సెల్ గురించి తెలుసుదుకుందాం.

hydroelectriccellరాను రాను శిలాజ ఇంధనాల నిల్వలు తగ్గిపోతున్నాయి. మరోవైపు హరితగృహ (గ్రీన్హౌస్) వాయువుల ఉదారం వల్ల వాతావరణ మార్పు కలవరపెడుతోంది. అందుచేతనే ప్రపంచ దేశాలన్నీ గ్రీన్ ఎనర్జీ (హరితశక్తి) వనరుల మీద దృష్టిపెట్టాయి. గత కొన్ని దశాబ్దాలుగా పునరుద్దరించదగిన (Renwable) శక్తి వనరులు పెద్దఎత్తున వినియోగంలోకి వచ్చాయి. సౌరశక్తి, పవనశక్తి, అణుశక్తి ఆధారంగా విద్యుదుత్పత్తి ప్రాధాన్యత పెరిగింది. మన దేశంలోనైతే, 2027 నాటికి సోలార్ విద్యుదుత్పత్తి థర్మల్ విద్యుదుత్పాదనను మించి పోతుందని అంచనా. కాని ఈ శక్తి వనరులతో కొన్ని ఇబ్బందులు లేకపోలేదు. పగటిపూట ప్రకాశించే సూర్యుడు రాత్రివేళల్లో కన్పించడు. అందుచేత నిరంతరాయంగా సౌరశక్తి లభించదు. ఇక అణుశక్తి ఉత్పాదనకు భారీ ఇంజనీరింగ్ అవసరం. పైగా రేడియేషన్ భయం పొంది ఉంటుంది.

భూమి మీద అపారంగా లభ్యమయ్యే నీటి నుంచి శక్తి ఉత్పాదనకు ప్రయత్నాలు చాలా కాలంగా జరుగుతున్నాయి. ప్రవహిస్తున్న నీరు, అలాగే జలపాతాలకు ఉండే శక్తితో టర్బైన్లను పనిచేయించి జలవిద్యుత్ ఉత్పాదన జరుగుతూనే ఉంది. కాని ఇది భారీ ఇంజనీరింగ్తో కూడుకుని ఉంది. అలా కాకుండా, నీటిని అయనీకరణం చెందించి హైడ్రోనియం, హైడ్రాక్సైడ్ (H3O2) అయాన్లు (OH-) గా విడగొట్టడం ద్వారా విద్యుచ్చక్తిని ఉత్పత్తి చేయడానికి శాస్రజ్ఞలు పరిశోధనలు చేసూనే ఉన్నారు. కాని నీటి అణువులను విచ్ఛేదన చేయడం అంత తేలికైనది కాదు. నీటిని విఘటనం చేయాలంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత లేదా ఎక్కువ విద్యుత్ పొటెన్షియల్ అవసరం. పైగా నీటి విద్యుత్ వాహకత చాలా స్వల్పం అందుచేత చర్య నెమ్మదిగా జరుగుతుంది. ప్రత్యేకమైన పరిస్థితులను ప్రయోగశాలలో ఏర్పరచుకోవడం ద్వారానే ఇది సాధ్యపడుతుంది. కాబట్టి ఇన్నాళ్ళుగా ఈ దిశగా శాస్రజల ప్రయత్నాలు ఫలించలేదు.

ఆవిష్కరణ

agelectrodeకాని ఇటీవల భారతీయ శాస్రజ్ఞలు ఒక వునత సాధించారు. ఢిల్లీలోని నేషనల్ ఫిజికల్ లేబొరేటరీకి చెందిన డా. ఆర్. కె కొట్నాలా నేతృత్వంలోని బృందం కేవలం నీటిని ఉపయోగించి 82 mA కరెంట్ ను 920 mV వోల్టేజ్ తో 74 mW విద్యుత్ ఉత్పత్తిని చేసే హైడ్రోఎలక్టిక్ సెల్ (HEC) ని రూపొందించారు. ఇది గాల్వానిక్ ఘటపు (Cell) మరో అవతారం అనుకోవచ్చు అయితే దీనికి ఎలక్రోలైట్ గాని, బాహ్యశక్తి లేదా కాంతిగాని అవసరం లేదు. ఇదొక గ్రీన్ ఎలక్టికల్ ఎనర్జీసెల్ నానో రంధ్రాలున్న లిథియం ప్రతిక్షేపిత మెగ్నీషియం ఫెరైట్ (Mg0.8Li0.2Fe2O42) మీద ఆధారపడి ఈ ఘటం పనిచేస్తుంది. ఎంతో కీలకమైన ఫైర్రైట్ గుళికలను (Pellets) సంశ్లేషణ చేయడమే ఒక సవాలు. అదే శాస్రజ్ఞలు సాధించిన ఘనత అసంతృప్త ఉపరితల కేటయాన్లు, ఆక్సీజన్ ఖాళీలు, నానో రంధ్రాలు ఉండేలా ఈ గుళికలను తయారుచేయడం ఒక సవాలే! గది ఉష్ణోగ్రత దగ్గరే నీటి విఘటన వీటితోనే సాధ్యమయింది. వీటి తయారీకి ప్రత్యేక పద్దతిని ఉపయోగించారు. పరిశుద్ధమైన మెగ్నీషియం(MgCO3) లిథియం కార్బోనేట్ (Li2CO3), ఫెర్రిక్ ఆక్సైడ్ (Fe2O3) లను తగిన నిష్పత్తిలో (0.8: 0.1:1) తీసుకుని వాటి చూర్గాలను అంచెలంచెలుగా వివిధ ప్రక్రియలకు గురిచేసి చివరగా గుళికలు లేదా డిస్క్లను రూపొందించారు. వీటికి ఒక వైపున దువ్వెనలాగా పళ్ళన్న పల్చని సిల్వర్ ఎలక్రోడ్ ను, రెండోవైపున మరో పల్చని జింక్ ప్లేట్ను అమర్చారు. ఈ ఆవిష్కరణకు సంబంధించిన పరిశోధనా పత్రం ఇటీవల 'ఇంటర్నేషనల్ జర్నల్ ఆఫ్ ఎనర్జీ రిసెర్చి’ లో ప్రచురితమైంది.

మెగ్నీషియం ఫెర్రెట్ను ఆక్సిజన్ తో లోటు ఉన్న పదార్థాంగ తయారు చేయడం వల్ల దానిలో ఆక్సిజన్ ఖాళీలు (Vacancies) అసంఖ్యాకంగా ఉంటాయి. మెగ్నీషియం ఫెర్రెట్ చర్యాశీలతను మరింతగా పెంచేందుకు 20 శాతం మెగ్నీషియం స్థానంలో లిథియంను చేరుస్తారు. ఇది గది ఉష్ణోగ్రత దగ్గరే నీటిని విఘటనం చేసేందుకు తోడ్పడుతుంది.

ఎలా పని చేస్తుంది?

హైడ్రోఎలక్రిక్ సెల్లో సిల్వర్ ఎలక్రోడ్ కేథోడ్గాను, జింక్ ఎలక్రోడ్ ఆనోడ్గాను పనిచేస్తాయి. మెగ్నీషియంకు హైడ్రాక్సైడ్ పట్ల ఆపేక్ష(affinity) ఎక్కువ. అందుచేత అది నీటిని స్వచ్ఛందంగా హైడ్రోనియం అయాన్ (H33O+), హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్ (OH-) లుగా విఘటనం చెందిస్తుంది. హైడ్రోనియం అయాన్లు మెగ్నీషియం ఫెర్రెట్లోని నానో రంధ్రాల్లో చిక్కుకుని విద్యుత్క్షేత్రాన్ని ఏర్పరుస్తాయి. ఈ విద్యుత్క్షేత్రం నీటి విఘటనానికి తోడ్పడుతుంది. జింక్ ఎలక్రోడ్ వద్ద ఆక్సీకరణ చర్య జరిగి ఎలక్ట్రాన్ లవిడుదలవుతాయి. ఈ చర్యలో వోల్టేజి ఉద్భవిస్తుంది. (Zn+2OH- → Zn(OH)2+2e--) ఈ ఎలక్ట్రాన్ లను హైడ్రోనియం అయాన్ లు స్వీకరించి క్షయకరణం చెందుతాయి. ఈ చర్యలో హైడ్రోజన్ వాయువు విడుదలవుతుంది. 2H32O2+2e- →H2↑+2H22O ఎలక్ట్రాడ్ ల వద్ద జరిగే చర్యల్లో ఏర్పడే మొత్తం వోల్టేజి 0.98 వోల్ట్స్. ఈ వోల్టేజి H3O2+OH- అయాన్లను సంబంధిత ఎలక్రోడ్ల వైపుగా రవాణా చేసేందుకు తోడ్పడుతుంది.

అనువర్తనాలు

ఈ ఎలక్రోడ్ చర్యలో ఏర్పడే హైడ్రోజన్ వాయువు లేదా జింక్ హైడ్రాక్సైడ్ పర్యావరణ కాలుష్యాన్ని కలిగించేవి కావు. పైగా వీటిని ఎన్నో రకాలుగా ఉపయోగించుకోవచ్చు.

మెగ్నీషియం పెర్రెట్ పదార్థపు డిజైన్ను అభివృద్ధి చేసిన మీదట 2 అంగుళాల వ్యాసం ఉన్న పదార్థంతో 150 mA కరెంటు, 0.9 వోల్టేజి ఉత్పత్తి సాధ్యపడింది. ఇలాంటి ఘటాలు నాలుగింటిని ఒక శ్రేణిలో అమర్చితే వోల్టేజి 3.7V కి పెరుగుతుంది. దీనితో ఒక చిన్న ప్లాస్టిక్ ఫాన్ లేదా 1 వాట్ LED బల్స్ ను పనిచేయించవచ్చునని డా. కొట్నాలా చెప్పారు.

హైడ్రోఎలక్రిక్ సెల్ సురక్షితమైనదే కాకుండా ఖర్చు కూడా తక్కువని దీని ఆవిష్కర్తలు చెబుతున్నారు. కాని మున్నుందు ఈ సెల్స్ను నిత్యజీవిత అవసరాలకు వాడుకునేందుకు మరిన్ని పరిశోధనలు అవసరం. (ఫలిత చర్య  Zn+4H2O → Zn(OH)2+2H2O+H2 లేదా Zn+2H2O →  Zn(OH)2+H2 మరో మాటలో చెప్పాలంటే ఈ విద్యుద్దటన చర్యలో జింకులోహం జింకు హైడ్రాక్సైడుగా నీటి సమక్షంలో మారడమే తద్వారా హైడ్రోజన్ వాయువు ఉత్పత్తి కావడమే! Zn, రెండు నీటి అణువుల మిళిత రసాయనిక శక్తికన్న ఒక హైడ్రోజన్ అణువు, జింక్ హైడ్రాక్సైడ్ల మిళిత రసాయనిక శక్తి తక్కువ. అదనపు శక్తి విద్యుత్ శక్తిగా మారింది. మొత్తం మీద జింక్ ఖర్చయినట్లు అర్థం అంతే కానీ విద్యుత్ శూన్యం నుంచి ఉద్భవించినట్లు భావించకూడదు.

ప్రా. కొట్నాలా వాడిన లిథియం ప్రతిక్షేపిత మెగ్నీషియం పైర్రేట్ కేవలం ఉత్ర్పేరకంగా మాత్రమే ఉపకరించిందని అర్థం - సంపాదకులు)

రచన: -డా. ఇ.ఆర్.సుబ్రహ్మణ్యం, సెల్: 9848014486

3.00694444444
మీ సూచనను పోస్ట్ చేయండి

(ఈ పేజీ లో ఉన్న కంటెంట్ పై ఏమైన వ్యాఖ్యలు / సలహాలు ఉంటే, ఇక్కడ పోస్ట్ చేయండి)

Enter the word
నావిగేషన్
పైకి వెళ్ళుటకు