பல நூறு மில்லியன் ஆண்டுகளாகத் தாவரங்கள் வியக்கத்தக்க நுட்பமான ஒரு செயலைச் செய்துவருகின்றன. இலைகள் சூரிய ஒளியைப் பெற்று, அதன் ஆற்றலைச் சேமித்து பின்னர் பயன்படுத்தக்கூடிய வேதியியல் ஆற்றலாக மாற்றுகின்றன.
இந்த இயற்கைச் செயல்முறையை முன்மாதிரியாகக் கொண்ட ஐரோப்பிய ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு, சூரிய ஒளியைப் பயன்படுத்தி தண்ணீரைப் பிரிக்கும் ஓர் அமைப்பை உருவாக்க ஏறக்குறைய 4 ஆண்டுகள் செலவிட்டுள்ளது. இது பசுமை ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்கிறது; அதைச் சேமித்து பின்னர் ஆற்றல் ஆதாரமாகப் பயன்படுத்தலாம்.
இந்த ஆராய்ச்சிக்குத் தலைமை தாங்கிய அயர்லாந்தின் யுனிவர்சிட்டி காலேஜ் கார்க்கின் மூத்த விஞ்ஞானி டாக்டர் ஐல்பே ஓ மனகான் முன்வைத்த தொடக்கக் கேள்வி, பார்ப்பதற்கு எளிமையானதாக இருந்தது: ஒரே ஒரு, மீண்டும் பயன்படுத்தக்கூடிய, கார்பன் இல்லாத பல செல் அமைப்பின் மூலம் சூரிய ஒளியை நேரடியாகப் பசுமை ஹைட்ரஜனாக மாற்ற முடியுமா?
ஐரோப்பிய ஒன்றியத்தின் நிதியுதவி பெற்ற FreeHydroCells திட்டத்தின் மூலம் மேற்கொள்ளப்பட்ட இந்தப் பணியில் அயர்லாந்து, பிரான்ஸ், ஜெர்மனி மற்றும் இத்தாலியைச் சேர்ந்த ஆராய்ச்சியாளர்கள் இணைந்தனர்.
“இலைகள் சூரிய ஒளியைப் பெறும் விதத்தை முன்மாதிரியாகக் கொண்டு, தூய்மையான ஆற்றலை உற்பத்தி செய்வதற்கு அதிகத் திறனும் குறைந்த செலவும் கொண்ட ஒரு வழியை உருவாக்க விரும்பினோம்,” என்று அவர் கூறினார்.
சூரிய ஒளியிலிருந்து ஹைட்ரஜன்
புதைபடிவ எரிபொருட்களைக் கைவிடும் ஐரோப்பாவின் மாற்றத்தில் ஹைட்ரஜன் முக்கியப் பங்கு வகிக்கும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.
ஆனால் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்வது எளிதல்ல. பசுமை ஹைட்ரஜன் எனப்படுவதை உற்பத்தி செய்யும் வழக்கமான முறையில், புதுப்பிக்கத்தக்க மின்சாரத்தால் ஓர் எலக்ட்ரோலைசர் இயக்கப்படுகிறது; அது தண்ணீரை ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்சிஜனாகப் பிரிக்கிறது. இதற்கு மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்ய ஓர் அமைப்பும் தண்ணீரைப் பிரிக்க மற்றோர் அமைப்பும் தனித்தனியாகத் தேவை.
“இலைகள் சூரிய ஒளியைப் பெறும் விதத்தை முன்மாதிரியாகக் கொண்டு, தூய்மையான ஆற்றலை உற்பத்தி செய்வதற்கு அதிகத் திறனும் குறைந்த செலவும் கொண்ட ஒரு வழியை உருவாக்க விரும்பினோம். ஐல்பே ஓ மனகான், FreeHydroCells”
FreeHydroCells ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்தச் செயல்பாடுகளை ஒரே அமைப்பில் இணைக்கும் ஒருங்கிணைந்த அணுகுமுறையை ஆராய்ந்தனர். அப்போது ஆரம்ப வளர்ச்சிக் கட்டத்திலேயே இருந்த புதிய குறைக்கடத்திப் பொருட்களை அடிப்படையாகக் கொண்டு, புதைபடிவ எரிபொருட்களைச் சாராமல் சூரிய ஒளியைப் பயன்படுத்தித் தண்ணீரை ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்சிஜனாகப் பிரிக்கக்கூடிய முழுமையான அமைப்பை உருவாக்க அவர்கள் முயன்றனர்.
இதற்காக, பரவலாகக் கிடைக்கக்கூடிய, நிலைத்தன்மை கொண்ட பொருட்களைப் பயன்படுத்தியபடி செயல்திறன், மலிவான செலவு மற்றும் நீடித்த உழைப்பை ஒருங்கிணைக்க அவர்கள் விரும்பினர். சிறிய செல்களிலிருந்து பெரிய செல்களுக்கு விரிவுபடுத்தி, இறுதியில் அவற்றை இயங்கக்கூடிய ஒரே பல செல் அமைப்பாக இணைக்க முடியும் என்பதையும் காட்ட விரும்பினர்.
இலை போன்ற செயல்முறை
தங்களது தொழில்நுட்பத்தை ஒளிச்சேர்க்கையின் செயற்கை நகல் என்று கூறாமல், ‘இலை போன்றது’ என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் விவரிக்கின்றனர். இயற்கையான ஓர் இலை சூரிய ஒளி, தண்ணீர் மற்றும் CO 2 ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி, ஆற்றல் சேமிக்கப்பட்டிருக்கும் கரிமப் பொருளை உற்பத்தி செய்கிறது. அதற்குப் பதிலாக FreeHydroCells அமைப்பு, தண்ணீரை ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்சிஜனாகப் பிரிக்கும் கார்பன் இல்லாத செயல்முறையை இயக்க சூரிய ஒளியைப் பயன்படுத்துகிறது.
“இறுதியில் பார்த்தால், இலையும் சூரிய ஆற்றலில் இயங்கும் ஓர் உயிர்வேதியியல் தொழிற்சாலைதான்,” என்று ஜெர்மனியின் ஆகென் நகரைத் தளமாகக் கொண்ட நானோ தொழில்நுட்ப ஆராய்ச்சி அமைப்பான AMO-வில் உணரித் தொழில்நுட்பம் மற்றும் ஆற்றல் மாற்ற ஆராய்ச்சிக் குழுக்களை வழிநடத்தும் டாக்டர் உல்ரிக் பிளாசெட்கா கூறினார்.
சூரிய ஒளியை உறிஞ்சும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்ட மெல்லிய குறைக்கடத்திப் பொருள் அடுக்குகளே இந்த அமைப்பின் மையமாக உள்ளன. போதுமான ஒளி ஆற்றல் உறிஞ்சப்படும்போது, தண்ணீருடன் தொடர்புள்ள இடைமுகங்களுக்கு எடுத்துச் செல்லக்கூடிய மின்சுமைகள் உருவாகின்றன. அவை தண்ணீர் மூலக்கூறுகளைப் பிரிப்பதற்குத் தேவையான ஆற்றலை வழங்குகின்றன.
வேறு வார்த்தைகளில் சொன்னால், அதே ஒட்டுமொத்த அமைப்புக்குள் சூரிய ஒளி பெறப்பட்டு, ஹைட்ரஜன் வடிவிலான வேதியியல் ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது.
ஒரு செல்லிலிருந்து ஓர் அமைப்பு வரை
இந்தக் கருத்து முற்றிலும் புதிதல்ல. ஒளி மின்வேதியியல் செல்கள் குறித்து 5 தசாப்தங்களுக்கும் மேலாக ஆய்வு செய்யப்பட்டு வருகிறது. ஆனால் இந்தக் கருத்தை நடைமுறைத் தொழில்நுட்பமாக மாற்றுவது மிகப் பெரிய சவால்.
குறைக்கடத்திப் பொருட்கள், நானோ தொழில்நுட்பம், தண்ணீரைப் பிரித்தல் மற்றும் ஆற்றல் மாற்றம் உள்ளிட்ட பல்வேறு துறைகளின் நிபுணத்துவத்தை ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒருங்கிணைக்க வேண்டியிருந்தது. சில அடிப்படையான நடைமுறைக் கேள்விகளுக்கும் அவர்கள் விடை காண வேண்டியிருந்தது. இந்தத் தொழில்நுட்பம் பெரிய பரப்பில் செயல்படுமா? வெவ்வேறு பாகங்களை ஒருங்கிணைக்க முடியுமா? அவ்வாறு கிடைக்கும் அமைப்பை உற்பத்திக்கு ஏற்ற செயல்முறைகளால் உருவாக்க முடியுமா?
பல ஆண்டுகளில், புதிதாக உருவாகிவந்த குறைக்கடத்திப் பொருட்கள் மற்றும் சிறிய ஆய்வகச் செல்களில் தொடங்கிய குழு, பெரிய பரப்பளவு கொண்ட பல அடுக்குச் செல்களையும், இறுதியில் பல செல்களைக் கொண்ட தண்ணீர் பிரிப்பு அமைப்பையும் உருவாக்கும் நிலைக்கு முன்னேறியது.
அமைப்பு அளவில் எட்டப்பட்ட இந்தச் சாதனை, திட்டத்தின் முடிவுகளில் ஒரு முக்கியப் பகுதியாகும். இயங்கும் ஒரு தனிச் செல்லை மட்டும் காட்சிப்படுத்தாமல், இறுதியில் உற்பத்தி செய்வதையும் கருத்தில் கொண்டு வடிவமைக்கப்பட்ட பெரிய அமைப்பில் பல பாகங்களை ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒருங்கிணைத்துள்ளனர்.
செயற்கையாக உருவாக்கப்பட்ட சூரிய ஒளியில் நடத்தப்பட்ட சோதனைகள், சூரிய ஆற்றலை ஹைட்ரஜனாக மாற்றுவதில் சுமார் 18–21% செயல்திறனை வெளிப்படுத்தின. நேரடியாகச் சூரிய ஒளியால் தண்ணீரைப் பிரிக்கும் அமைப்புகளுக்கு இது வலுவான முடிவாகும். முதலில் மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்து, பின்னர் அதைப் பயன்படுத்தித் தண்ணீரைப் பிரிக்க வேண்டிய வழக்கமான எலக்ட்ரோலைசர்களைப் போலல்லாமல், இந்த அமைப்பு வெளிப்புற மின் அழுத்த உதவியின்றி, பெற்ற சூரிய ஒளியை நேரடியாகப் பயன்படுத்தி இயங்கியது.
இந்தத் தொழில்நுட்பம் இன்னமும் தொழில்நுட்பத் தயார்நிலை 4-ல்தான் (TRL 4) உள்ளது. அதாவது, இது ஆரம்பச் சோதனைக் கட்டத்தில் உள்ளது; வணிகப் பயன்பாட்டுக்குத் தயாரான தயாரிப்பு அல்ல. ஆனால் வெவ்வேறு கூறுகள் ஒரு பெரிய பரப்பில் ஒன்றாகச் செயல்பட முடியும் என்பதை நிரூபித்தது குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றம் என ஆராய்ச்சியாளர்கள் கருதுகின்றனர்.
தூய்மையான ஹைட்ரஜனை மேலும் எளிதில் கிடைக்கச் செய்தல்
ஆய்வுக் குழுவைப் பொறுத்தவரை செயல்திறன் மட்டும் போதாது. புதைபடிவ எரிபொருட்களுக்கு நடைமுறை மாற்றாகப் பசுமை ஹைட்ரஜன் அமைய வேண்டுமானால், அரிதான பொருட்களைச் சார்ந்திருப்பதைத் தவிர்த்து, அது மலிவாகவும் நீடித்து உழைக்கக்கூடியதாகவும் இருக்க வேண்டும். FreeHydroCells அமைப்பு மெல்லிய படலத் தொழில்நுட்பங்களுடன், பரவலாகக் கிடைக்கக்கூடிய, நிலைத்தன்மை கொண்ட, மறுசுழற்சி செய்ய வாய்ப்புள்ள பொருட்களையும் பயன்படுத்துகிறது.
இறுதியில் தொகுதிவாரி அமைப்புகளாக இணைக்கக்கூடிய, பெரிய பரப்பளவு கொண்ட எடை குறைந்த பாகங்களை ஆராய்ச்சியாளர்கள் உருவாக்கியுள்ளனர். இது ஆற்றலை உற்பத்தி செய்து சேமிப்பதற்கான வேறொரு வழியைச் சுட்டிக்காட்டுகிறது. பெரிய, மையப்படுத்தப்பட்ட நிலையங்களை மட்டுமே முழுமையாகச் சார்ந்திருப்பதற்குப் பதிலாக, ஹைட்ரஜனைத் தேவைப்படும் இடத்திற்கு அருகிலேயே உற்பத்தி செய்ய வாய்ப்புள்ளது.
“இறுதியில் பார்த்தால், இலையும் சூரிய ஆற்றலில் இயங்கும் ஓர் உயிர்வேதியியல் தொழிற்சாலைதான். உல்ரிக் பிளாசெட்கா, FreeHydroCells”
நீண்ட காலத்தில், வீடுகள், வணிக நிறுவனங்கள் மற்றும் சமூகங்கள் தங்களுக்கான புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலைத் தாங்களே உற்பத்தி செய்து சேமிக்க உதவக்கூடிய பரவலாக்கப்பட்ட ஆற்றல் அமைப்புகளை ஆராய்ச்சியாளர்கள் கற்பனை செய்கின்றனர். சிறிய காற்றாலை அல்லது நீர்மின் அமைப்புகள் சூரிய ஆற்றல் கூறுக்குத் துணையாக இருக்கக்கூடும். சூரிய ஒளி கிடைக்காதபோது ஆற்றலைச் சேமித்து வைத்திருக்க அவை உதவக்கூடும்.
இத்தகைய அமைப்பு புதைபடிவ எரிபொருட்கள் மீதான சார்பைக் குறைக்கக்கூடும். பெரிய அளவில் பயன்படுத்தப்பட்டால், விலை உயர்ந்த உள்கட்டமைப்பின் வழியாக நீண்ட தூரத்திற்கு ஆற்றலை எடுத்துச் செல்ல வேண்டிய தேவையைக் குறைத்து, தற்போதுள்ள ஆற்றல் வலையமைப்புகள் மீதான அழுத்தத்தையும் தணிக்கக்கூடும். ஆற்றல் கிடைக்கும் நிலை, உற்பத்தி, சேமிப்பு மற்றும் பயன்பாட்டில் சமூகங்களின் தாக்குப்பிடிக்கும் திறனையும் இது அதிகரிக்கக்கூடும்.
ஆனால் இப்போதைக்கு இது நிரூபிக்கப்பட்ட பயன்பாடாக இல்லாமல், எதிர்கால வாய்ப்பாகவே உள்ளது.
ஆய்வகத்திலிருந்து சமூகங்களுக்கு
தற்போதைய ஆய்வகக் கருத்துரு நிரூபண நிலையிலிருந்து இந்தத் தொழில்நுட்பத்தை முன்னேற்றுவதும், நடைமுறை உலகின் எதார்த்தமான சூழல்களில் அதைச் சோதிப்பதும்தான் உடனடிச் சவால்.
அடுத்து TRL 5 நிலையை நோக்கி முன்னேறி, தொழில்நுட்பத்தை அதற்குப் பொருத்தமான சூழலில் நிரூபிப்பதே ஆராய்ச்சியாளர்களின் இலக்கு. இதற்காக அமைப்பைப் பெரிய பரப்புகளுக்கு விரிவுபடுத்த வேண்டும். அதே நேரத்தில் அதைத் திறம்பட உற்பத்தி செய்து, இறுதியில் சந்தைக்குக் கொண்டுவர முடியும் என்பதையும் உறுதிப்படுத்த வேண்டும்.
“எடை குறைந்த அமைப்புகள் என்ற அளவில் இதை எங்களால் சாதிக்க முடிந்துள்ளது. இது எவ்வளவு முக்கியமானது என்பதை எவ்வளவு வலியுறுத்தினாலும் மிகையாகாது,” என்று ஓ மனகான் கூறினார்.
ஆய்வகக் கருத்துரு நிரூபண நிலையிலிருந்து வணிகரீதியாகப் பயன்படுத்தப்படும் பசுமை ஹைட்ரஜன் தொழில்நுட்பமாக மாற இன்னும் நீண்ட தூரம் செல்ல வேண்டியுள்ளது. ஆனால் தொழில்நுட்பத்தை நனவாக்கும் கட்டத்தைக் கடந்து இந்தக் கருத்தை ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஏற்கெனவே வெகுதூரம் முன்னெடுத்துள்ளனர்.
அவர்களது செயற்கை இலை இயற்கையை அப்படியே முழுமையாகப் பின்பற்றவில்லை. அதற்குப் பதிலாக, சூரிய ஒளியைப் பெற்று அதைச் சேமிக்கப்பட்ட வேதியியல் ஆற்றலாக மாற்றும் இயற்கையின் மிகப் பழமையான உத்திகளில் ஒன்றை எடுத்துக்கொண்டு, அந்தக் கோட்பாட்டை நவீன குறைக்கடத்தி மற்றும் உற்பத்தித் தொழில்நுட்பங்களுடன் இணைக்கிறது.
இந்த அணுகுமுறையைப் போதுமான அளவு நீடித்து உழைக்கக்கூடியதாகவும், மலிவானதாகவும், விரிவுபடுத்தக்கூடியதாகவும் மாற்ற முடிந்தால், பசுமை ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்வதற்கு மேலும் நேரடியான, பாதிப்பு குறைவாக இருக்க வாய்ப்புள்ள ஒரு வழியை இது இறுதியில் வழங்கக்கூடும்.
மக்கள் வாழும் மற்றும் பணிபுரியும் இடங்களுக்கு அருகிலேயே புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலை உற்பத்தி செய்து சேமிக்க இது உதவக்கூடும். இதன் மூலம் தங்களது ஆற்றல் எவ்வாறு உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது, சேமிக்கப்படுகிறது, பயன்படுத்தப்படுகிறது என்பதில் சமூகங்களுக்கு அதிகக் கட்டுப்பாடு கிடைக்கக்கூடும். அதே நேரத்தில் அவர்களது கார்பன் தடம், புதைபடிவ எரிபொருட்கள் மீதான சார்பு மற்றும் தற்போதுள்ள ஆற்றல் வலையமைப்புகள் மீதான அழுத்தம் குறையக்கூடும்.
இந்தக் கட்டுரையில் இடம்பெற்ற ஆராய்ச்சிக்கு ஐரோப்பிய ஒன்றியத்தின் Horizon திட்டம் நிதியளித்தது. பேட்டி அளித்தவர்களின் கருத்துகள் ஐரோப்பிய ஆணையத்தின் கருத்துகளை அவசியம் பிரதிபலிப்பவை அல்ல. இந்தக் கட்டுரை உங்களுக்குப் பிடித்திருந்தால், அதைச் சமூக ஊடகங்களில் பகிர்வது குறித்து பரிசீலியுங்கள்.