जीरो-कार्बन डायरेक्ट कोल फ्यूल सेल तकनीक

जीरो-कार्बन डायरेक्ट कोल फ्यूल सेल तकनीक | Zero-carbon direct coal fuel cell technology

संदर्भ:

हाल ही में चीन के वैज्ञानिकों ने दुनिया की पहली ‘ज़ीरो-कार्बन कोल फ्यूल सेल’ (Zero-Carbon-Emission Direct Coal Fuel Cell – ZC-DCFC) तकनीक विकसित की है। भविष्य में यह तकनीक कोयले से बिजली बनाने के पारंपरिक और प्रदूषणकारी तरीकों को पूरी तरह से बदल सकती है।

जीरो-कार्बन डायरेक्ट कोल फ्यूल सेल तकनीक क्या हैं?

जीरो-कार्बन डायरेक्ट कोल फ्यूल सेल (Zero-Carbon-Emission Direct Coal Fuel Cell – ZC-DCFC) एक भविष्योन्मुखी तकनीक है जो कोयले को बिना जलाए सीधे बिजली में परिवर्तित करती है। 

• ऊर्जा परिवर्तन: ZC-DCFC एक ऐसा इलेक्ट्रोकेमिकल उपकरण है जो सूक्ष्म कोयले के पाउडर की रासायनिक ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में बदल देता है। इस तकनीक का विकास चीन के शेनझेन विश्वविद्यालय में झी हेपिंग (Xie Heping) के नेतृत्व वाली टीम ने किया है।
• प्रमुख सिद्धांत: यह प्रक्रिया दहन (Combustion) के बजाय इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण (Electrochemical Oxidation) पर आधारित है।
• अवयव: इसमें एक एनोड (Anode), एक कैथोड (Cathode) और एक ऑक्साइड झिल्ली (Oxide Membrane) होती है। इस तकनीक को ‘जीरो-कार्बन’ इसलिए कहा जाता है क्योंकि इसमें निकलने वाली कार्बन डाइऑक्साइड को वातावरण में छोड़ने के बजाय सीधे कैप्चर कर लिया जाता है।

कार्यप्रणाली:

• ईंधन की तैयारी: कोयले को पहले सुखाया, पीसा और शुद्ध किया जाता है।
• एनोड प्रतिक्रिया: सूक्ष्म कोयला पाउडर को सेल के एनोड चैंबर में भेजा जाता है, जहाँ इसका इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण होता है।
• बिजली उत्पादन: इस प्रक्रिया से इलेक्ट्रॉन निकलते हैं, जो सर्किट के माध्यम से बहते हुए बिजली पैदा करते हैं।
• बायप्रोडक्ट: इस प्रक्रिया के अंत में उच्च शुद्धता वाली कार्बन डाइऑक्साइड प्राप्त होती है। 

प्रमुख विशेषताएं:

• उच्च दक्षता: पारंपरिक संयंत्रों की दक्षता लगभग 40% तक सीमित होती है, जबकि ZC-DCFC की सैद्धांतिक दक्षता 80% तक हो सकती है।
• कार्नोट सीमा से बाहर: चूंकि इसमें दहन और मैकेनिकल टर्बाइन का उपयोग नहीं होता, इसलिए यह कार्नोट चक्र (Carnot Cycle) की दक्षता बाधाओं को पार कर लेता है।
• ध्वनि रहित संचालन: टर्बाइन और भारी मशीनों की अनुपस्थिति के कारण यह प्रक्रिया लगभग शांत होती है।

• इन-सिटू कैप्चर: एनोड के निकास पर $CO_2$ बहुत शुद्ध रूप में निकलती है, जिसे आसानी से संग्रहित किया जा सकता है।
• उपयोगी उत्पादों में रूपांतरण: इस कैप्चर की गई $CO_2$ को उत्प्रेरक (Catalysis) के माध्यम से सिंथेटिक गैस (Syngas) या सोडियम बाइकार्बोनेट (बेकिंग सोडा) जैसे औद्योगिक रसायनों में बदला जा सकता है। 

महत्व:

• ऊर्जा सुरक्षा: भारत और चीन जैसे कोयला-निर्भर देशों के लिए यह नेट-जीरो लक्ष्यों को प्राप्त करने का एक व्यवहार्य मार्ग हो सकता है।
• गहन खनन: यह तकनीक 2 किमी की गहराई पर स्थित कोयला भंडारों से सीधे बिजली बनाने की संभावना खोलती है।
• पर्यावरण संरक्षण: यह सल्फर और नाइट्रोजन ऑक्साइड जैसे अन्य प्रदूषकों के उत्सर्जन को भी कम करती है। 

चुनौतियां:

• सामग्री की लागत: सेल निर्माण में प्रयुक्त सामग्री वर्तमान में महंगी है।

• स्थायित्व: उच्च तापमान पर सेल के लंबे समय तक चलने और स्थायित्व को लेकर शोध जारी है।

वाणिज्यिक समयरेखा: विशेषज्ञों का अनुमान है कि बड़े पैमाने पर इसका उपयोग 2045 के बाद ही संभव हो पाएगा।