ہائیڈروجن فیول سیل گاڑیاں – ہائیڈروجن اور ہوا سے بجلی پیدا کرنا | یہ کیسے کام کرتا ہے

 

(محمد احمد خان, MSc,B.Ed, حیدرآباد)

 

ہائیڈروجن فیول سیل ( ایندھن کے خلیے) بس کی نقاب کشائی:

مقامی طور پر تیار کردہ ہائیڈروجن فیول سیل بس کی نقاب کشائی اتوار 21 اگست 2022 کو پونے میں کی گئ۔ اس بس کو کونسل آف سائنٹیفک اینڈ انڈسٹریل ریسرچ (CSIR) اور نجی فرم KPIT لمیٹڈ نے تیار کیا ہے۔ ہائیڈروجن فیول سیل بس ہائیڈروجن اور ہوا سے چلتی ہے۔ اس بس کو نیشنل گرین ہائیڈروجن مشن کے مطابق تیار کیا گیا ہے۔ بس سے کوئی گیس خارج نہیں ہوتی بلکہ صرف پانی کا اخراج ہوتا ہے۔

اس وجہ سے یہ ممکنہ طور پر سب سے زیادہ ماحول دوست نقل و حمل کا ذریعہ ہے۔ فیول سیل ٹرکوں اور بسوں کے آپریشنل اخراجات روپے فی کلو میٹر، ڈیزل سے چلنے والی گاڑیوں سے کم ہیں، فیول سیل گاڑیوں کی اعلی کارکردگی اور ہائیڈروجن کی اعلی توانائی کی کثافت اسی بات کو یقینی بناتی ہے۔ فیول سیل گاڑیاں صفر گرین ہاؤس گیسس کا اخراج کرتی ہیں۔ ہائیڈروجن فیول سیل بس اس سیکٹر سے سڑک پر ہونے والے اخراج کو ختم کرنے کا ایک بہترین ذریعہ ہے۔ چونکہ ڈیزل سے چلنے والی بھاری کمرشیل گاڑیوں سے CO2 کا اخراج 12-14% ہوتا ہے۔اور ذرات کا اخراج ہوتا ہے۔ اس کو کم کرنا ایک چیلینج سے کم نہیں۔ یہ الیکٹریکل ، ہائیڈروجن فیول سیل اور متبادل ایندھن جیسے ایتھنول، میتھانول، بائیو ڈیزل، بائیو سی این جی، بائیو ایل این جی اور ہائیڈروجن کے استعمال سے ہی ممکن ہے۔

ہائیڈروجن فیول سیل سے چلنے والی بس سے نکلنے والے اخراج کا ذائقہ ڈسٹل واٹر جیسا ہوتا ہے۔ اس لیے کہ یہ پانی ہے۔ خالص ہائیڈروجن استعمال کرنے والے فیول سیل کوئی فضائی آلودگی یا گرین ہاؤس گیسیں خارج نہیں کرتے، صرف پانی کے بخارات خارج کرتے ہیں۔ ہائیڈروجن فیول سیل ہماری گاڑیوں، گھروں اور دفاتر کو زیادہ موثر طریقے سے بجلی فراہم کرنے کا وعدہ کرتے ہیں اور روایتی توانائی کے ذرائع کے مقابلے ماحول کے لیے کم نقصان دہ ہوں گے۔ اس ٹیکنالوجی کی موجودہ حالت کیا ہے اور اس صاف، قابل تجدید توانائی کے وسائل کو استعمال کرنے کے ہمارے راستے میں کیا رکاوٹ ہے، تفصیلی جائیزہ لیتے ہیں۔

ہائیڈروجن کیا ہے؟

ہائیڈروجن تمام کیمیائی عناصر میں سب سے آسان اور ہلکا ہے، یہ پانی اور نامیاتی مادے سمیت کئی جگہوں پر پایا جا سکتا ہے۔ اپنی عام گیسی حالت میں ہائیڈروجن بے رنگ، بو کے بغیر، بے ذائقہ اور غیر زہریلا ہوتا ہے۔ ہاییڈروجن پانی میں 11.11٪ اور ہوا میں 0.00005٪ پایا جاتا ہے۔

 

فیول سیل کیا ہے؟

فیول سیل ایک ایسا آلہ ہے جو ہائیڈروجن اور آکسیجن کو ایک خاص عمل میں ملا کر پیدا ہونے والی کیمیائی توانائی لیتا ہے اور اسے برقی رو میں بدل دیتا ہے۔ہر ایک فیول سیل سے پیدا ہونے والے چارج کی مقدار بہت ہی کم ہوتی ہے، لہذا فیول سیل چادروں میں بنائے جاتے ہیں اور ایک دوسرے کے ساتھ اسٹیک(ڈھیر میں منسلک) ہوتے ہیں تاکہ موٹر کو طاقت دینے کے لیے کافی برقی رو( بجلی) پیدا کیا جا سکے۔

 

فیول سیل سے چلنے والی گاڑی کی ایک سادہ ترتیب ایک ٹینک سے شروع ہوتی ہے جس میں پریشرائزڈ ہائیڈروجن ایندھن ہوتا ہے، یہ ٹینک براہ راست فیول سیل سے جڑا ہوتا ہے۔ فیول سیل ہائیڈروجن کو برقی میں تبدیل کرتے ہیں۔ اور موٹر کو بجلی فراہم کرتے ہیں۔

 

کیا ہائیڈروجن فیول سیل نظام آسانی سے دستیاب ہو جائیں گے؟

ہائیڈروجن ایندھن کو حیاتیاتی ایندھن(Fossil Fuel) کی جگہ لینے سے پہلے بہت سی رکاوٹیں ہیں جن پر قابو پانا ضروری ہے۔ پانی جیسے وافر ذرائع سے ہائیڈروجن نکالنا مشکل اور مہنگا ہو سکتا ہے۔ ہائیڈروجن کو محفوظ طریقے سے اور مؤثر طریقے سے ذخیرہ کرنا ایک مسئلہ ہے اور صارفین کی متوقع قیمت اب بھی بہت زیادہ ہے۔ اب تک سب سے بڑی رکاوٹ موجودہ پٹرول کے بنیادی ڈھانچے (ایندھن اکٹھا کرنے، اسے گیس اسٹیشنوں اور پھر آپ کی گاڑی تک پہنچانے کا نظام) کو ہائیڈروجن انفراسٹرکچر میں تبدیل کرنا ہوگا۔

 

حکومتوں اور کاروباری اداروں کی تحقیق اور تعاون کی بدولت ہائیڈروجن فیول سیل ٹیکنالوجی تیزی سے ترقی کر رہی ہے۔ لیکن اس بڑی تبدیلی کے لیے پورے معاشرے کے تعاون کی ضرورت ہے۔ صاف ستھرے ماحول کے فوائد اور تیل (پٹرول /ڈیزل ) پر ہمارا انحصار کم کرنا دو اہم وجوہات اس نئ ٹیکنالوجی کو اپنانے میں مدد فراہم کر سکتی ہیں۔

 

الیکٹرک گاڑیوں سے ہائیڈروجن سے چلنے والی کاروں تک؟

اگلی نسل کی گاڑیاں جو کم نقصان دہ مادے اور کم شور پیدا کرتی ہیں،ایک عالمی اہداف ہیں، اور اس کے نتیجے میں پوری دنیا الیکٹرک گاڑیوں (EVs) کے ساتھ تجربات کر رہی ہے۔ الیکٹرو موبیلٹی سیکٹر سے الیکٹرک گاڑیوں کی ایک خرابی ان کا طویل چارجنگ وقت ہے۔ یہ ایک ایسا مسئلہ ہے جسے ہائیڈروجن فیولنگ سے حل کیا جاسکتا ہے، جسے سیل فیولنگ بھی کہا جاتا ہے۔ ہائیڈروجن سیل اسی توانائی کا استعمال کرتے ہیں جو خلائی جہاز زمین کے مدار تک پہنچنے کے لیے استعمال کرتے ہیں۔

ہائیڈروجن گاڑی کا ہارڈ ویئر

ہائیڈروجن گاڑیاں کیمیائی توانائی کو مکینکس (حرکی توانائی) میں تبدیل کرتی ہیں۔ ایک ہائیڈروجن انٹرنل کمبشن انجن وہیکل (HICEV) (ہاییڈروجن پر مبنی اندرونی احتراقی انجن گاڑی) روایتی احتراقی انجن کو استعمال کرتی ہیں جس میں ہائیڈروجن بطور ایندھن استعمال ہوتا ہے۔ اس کے برعکس ہائیڈروجن اور آکسیجن کا استعمال فیول سیل میں بھی کیا جا سکتا ہے، جس سے بجلی پیدا ہوتی ہے۔ اس قسم کی گاڑی کو فیول سیل الیکٹرک وہیکل (FCEV) کہا جاتا ہے، اور حالیہ برسوں میں کئی کمپنیاں اس طرف متوجہ ہوئی ہیں۔اور FCEVs پر تحقیق کر رہی ہیں۔ FCEVs میں ہائیڈروجن کی پیداوار اور اس کے انتظام کے لئے ایک آن بورڈ پاور پلانٹ ہوتا ہے، جس سے بر وقت ہائیڈروجن حاصل ہوتا ہے۔ ہائیڈروجن کی مدد سے بجلی پیدا ہوتی ہے۔اور الیکٹرک موٹر کے استعمال سے گاڑی حرکت کرتی ہے۔

 

۔ FCEVs کی ایک خاص بات یہ ہے کہ یہ ماحول دوست ہوتی ہے۔ یہ آلودگی پھیلانے والے اخراج کو پیدا نہیں کرتی ہیں۔ گرین ہاؤس گیسوں اور باریک ذرات کے بجائے، وہ پانی کے بخارات خارج کرتے ہیں۔ تاہم ہائیڈروجن سے نقل و حرکت کا مجموعی ماحولیاتی اثر اس کی پیداوار کے لیے استعمال ہونے والے توانائی کے منبع پر منحصر ہے۔ ہائیڈروجن کائنات میں وافر مقدار میں پایا جانے والا کیمیائی عنصر ہے، لیکن قدرتی شکل میں نہیں یعنی یہ خالص نہیں ہوتی، اس کو مختلف طریقوں سے پیدا کرنا پڑتا ہے۔ اگر آپ ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے قابل تجدید توانائی کے ذرائع استعمال کرتے ہیں، تو ماحولیاتی اثرات کم سے کم ہوتے ہیں۔ اس کے برعکس، اگر حیاتیاتی (فوسل) ذرائع استعمال کیے جائیں تو ماحولیاتی اثرات بہت زیادہ ہوتے ہیں۔

 

ہائیڈروجن دو پیداواری عمل اور ٹیکنالوجیز کے ذریعے تیار کی جا سکتی ہے۔

1. ریفام۔ دوبارہ تشکیلی طریقہ(ہائیڈرو کاربن کی دوبارہ تشکیل)

2. الیکٹرولیسس۔(برق پاشی۔ برقی رو کے ذریعہ تحلیل کرنا)

دوبارہ تشکیلی طریقہ میں ماحولیاتی اثر زیادہ ہوتا ہے کیونکہ اس میں خام تیل نکالنا، نقل و حمل اور ریفائننگ شامل ہوتی ہے۔

الیکٹرولیسس (برق پاشی)طریقہ میںH₂O پانی کے سالمہ کو بجلی کے ذریعے پیدا ہونے والے کیمیائی رد عمل کے ذریعے تحلیل کیا جاتا ہے۔اور اس عمل میں ہائیڈروجن اور آکسیجن کے جوہر علیحدہ ہوتے ہیں۔الیکٹرولیسس عمل میں کم اولٹیج بجلی کو پانی میں گزارا جاتا ہے، جس سے ہائیڈروجن اور آکسیجن گیس کی شکل میں علیحدہ ہوتی ہے۔ یہ پیداواری عمل آلودگی پھیلانے والی گیسوں کا اخراج نہیں کرتا لیکن اس پورے عمل کے لۓ بڑی مقدار میں بجلی درکار ہوتی ہے۔

 

فیول سیل میں ہائیڈروجن اور آکسیجن بجلی پیدا کرتے ہیں، جو الیکٹرک موٹر اور بیٹری تک پہنچائی جاتی ہے۔ ہائیڈروجن کی خصوصیات میں سے ایک اس کی بہت زیادہ مخصوص توانائی کی کثافت، 40,000 Wh/kg، یا 236× لیتھیم آئن بیٹریوں کی مخصوص توانائی ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ ہائیڈروجن سے چلنے والی گاڑیاں بیٹری سے چلنے والی گاڑیوں سے ہلکی ہوتی ہیں اور ان کی حد زیادہ ہوتی ہے۔ اس کے علاوہ بیٹری سے چلنے والی کاروں کو ریچارج کرنے کے لیے کئی گھنٹے درکار ہوتے ہیں، لیکن ہائیڈروجن ایندھن بھرنے میں صرف چند منٹ لگتے ہیں۔

 

ہائیڈروجن فیول سیل کیسے کام کرتے ہیں

ہائیڈروجن فیول سیل گاڑیوں میں ریورس الیکٹرولیسس(معکوس برق پاشی) کا عمل ہوتا ہے۔ ہائیڈروجن ٹینک سے حاصل ہوتی ہے، ہوا (آکسیجن) ارد گرد کے ماحول سے ملتی ہے۔ جب ان دونوں کو فیول سیل سے گزارا جاتا ہے تو بجلی پیدا ہوتی ہے۔اور غیر تبدیل شدہ ہائیڈروجن اور آکسیجن سے فضلہ کے طور پر پانی کا اخراج ہوتا ہے۔

 

فیول سیل بیٹریوں کی طرح کام کرتے ہیں، لیکن وہ ختم نہیں ہوتے اور نہ ہی انہیں دوبارہ چارج کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ جب تک ایندھن(ہاییڈروجن) کی فراہمی ہوتی ہے وہ بجلی اور حرارت پیدا کرتے ہیں۔ ایک فیول سیل دو الیکٹروڈ (برقیرہ ) پر مشتمل ہوتا ہے — ایک منفی الیکٹروڈ (یا اینوڈ) اور ایک مثبت الیکٹروڈ (یا کیتھوڈ) —اس کو ایک الیکٹرولائٹ کے گرد سینڈوچ کیا جاتا ہے۔ ایک ایندھن جیسے ہائیڈروجن، اینوڈ سے گزارا جاتا ہے، اور ہوا کو کیتھوڈ سے گزارا جاتا ہے۔ ہائیڈروجن فیول سیل کے اینوڈ میں ایک Catalyst(عامل غیر مبدل) ہوتا ہے جو ہائیڈروجن سالمہ سے پروٹان اور الیکٹران کو علیحدہ کرتا ہے۔ الیکٹران ایک بیرونی سرکٹ سے گزرتا ہے اور بجلی کا بہاؤ پیدا کرتا ہے۔ اسی طرح پروٹان الیکٹرولایٹ سے گزرتے ہوۓ کیتھوڈ تک پہنچتے ہیں۔ جہاں پر وہ آکسیجن کے ساتھ مل کر حرارت اور پانی خارج کرتے ہیں۔

 

فیول سیلز میں پولیمر الیکٹرولائٹ میمبرین (PEM) پر تحقیق مرکوز کی گئ ہے۔ PEM فیول سیلز مختلف اشیاء سے کئی پرتوں میں بنائے جاتے ہیں۔ PEM فیول سیل کے اہم حصے ذیل میں بیان کیے گئے ہیں۔PEM فیول سیل کا دل میمبرین الیکٹروڈ اسمبلی (MEA) ہوتا ہے، جس میں جھلی(میمبرین)، Catalyst کی پرتیں، اور گیس کے پھیلاؤ کی پرتیں (GDLs) شامل ہیں۔MEA فیول سیل کے اجزاء میں گیسکیٹ شامل ہیں، جو گیسوں کے رساؤ کو روکنے کے لیے MEA کے ارد گرد ایک مہر (Seal) فراہم کرتے ہیں۔ ہر ایک MEA سے صرف 1V بجلی پیدا ہوتی ہے، زیادہ بجلی حاصل کرنے کے لۓ کئ MEA کو سلسلہ وار ایک دوسرے کے اوپر رکھ کر جوڑا جاتا ہے۔ اور ان کے درمیان بائی پولر پلیٹیں(دو قطبی پلیٹس)کو رکھ کر سینڈوچ کیا جاتا ہے،تاکہ اسے پڑوسی سیلز سے علیحدہ کیا جاسکے، بائی پولر پلیٹیں ایندھن اور ہوا کو گزرنے کے لۓ چینلز فراہم کرتی ہیں۔ اور سیلز کے درمیان برقی ترسیل کرنے کے ساتھ ساتھ اسٹیک کو مضبوطی فراہم کرتے ہیں۔

پولیمر الیکٹرولائٹ میمبرین یا PEM (جسے پروٹون تبادلہ میمبرین بھی کہا جاتا ہے) — ایک خاص مٹیریل سے تیار شدہ میمبرین ہوتا ہے، جو صرف پروٹانس یا مثبت چارج شدہ آئنوں کو گزرنے دیتا ہے اور الیکٹرانوں کو روکتا ہے۔ PEM فیول سیل ٹیکنالوجی کی کلید ہے۔ یہ میمبرین بہت پتلا ہوتا ہے جو 20 میکرون سے کم ہوتا ہے یہ اینوڈ اور کیتھوڈ کے درمیان صرف ضروری مثبت چارج شدہ آئنوں کو گزرنے دیتا ہے۔

 

فیول سیل میں پیدا ہونے والی بجلی براہ راست گاڑی کو طاقت دے سکتی ہے یا ایک بیٹری (روایتی بیٹری سے چھوٹی) کو چارج کر سکتی ہے، جو ایک درمیانی برقی جمع کرنے والے کے طور پر کام کرتی ہے۔ بیٹری سے بجلی برقی موٹر کو پہنچتی ہے جس سے گاڑی حرکت کرتی ہے۔ دوسری ہائبرڈ گاڑیوں کی طرح ہائیڈروجن سے چلنے والی گاڑیاں بھی بیٹری کو ری چارج کرنے کے لیے تھوڑی توانائی کا استعمال کرتی ہیں۔ بیٹری کا استعمال انجن کی توانائی کے ممکنہ مطالبات کو پورا کرنے اور بریک لگانے والی توانائی کو بحال کرنے کے لیے کیا جاتا ہے، جیسا کہ الیکٹرک اور ہائبرڈ کاروں میں ہوتا ہے۔ فیول سیل کے ذریعہ تیار کردہ اولٹیج 600V تک ہونا چاہئے۔

 

کم رفتار پر، کار صرف بیٹری سے توانائی حاصل کرتے ہوۓ حرکت کرتی ہے۔ تیز رفتاری پر جیسے کہ ہائی وے پر، فیول سیل ایک ہی وقت میں بیٹری کو ری چارج کرتے ہوئے انجن میں اضافی طاقت لاتا ہے۔

 

Mohd Ahmed Khan

MSc, B.Ed

Hyderabad

Ph. 9848999241