हाइड्रोजन का भंडारण

हाइड्रोजन का भंडारण

सामान्य परिस्थितियों में हाइड्रोजन गैसीय रूप में मौजूद होता है, जिससे भंडारण और परिवहन काफी चुनौतीपूर्ण हो जाता है। हाइड्रोजन भंडारण की तीन विधियाँ हैं: उच्च दबाव गैसीय भंडारण, कम तापमान तरल हाइड्रोजन भंडारण, और धातु हाइड्राइड भंडारण।

1. उच्च दबाव गैसीय भंडारण

   गैसीय हाइड्रोजन को भूमिगत सुविधाओं या स्टील सिलेंडरों में संग्रहित किया जा सकता है। भंडारण की मात्रा को कम करने के लिए, हाइड्रोजन गैस को संपीड़ित किया जाना चाहिए, जिसके लिए काफी मात्रा में संपीड़न ऊर्जा की आवश्यकता होती है। आमतौर पर, 20 एमपीए पर हाइड्रोजन से भरा एक उच्च दबाव वाला स्टील सिलेंडर कुल वजन का केवल 1.6% रखता है, जबकि अंतरिक्ष अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाने वाले टाइटेनियम सिलेंडर केवल हाइड्रोजन वजन का 5% संग्रहीत करते हैं।

2. कम तापमान वाले तरल हाइड्रोजन का भंडारण

   हाइड्रोजन गैस को तरल बनने के लिए -253°C तक ठंडा किया जा सकता है, और फिर उच्च-वैक्यूम इंसुलेटेड कंटेनरों में संग्रहीत किया जा सकता है। तरल हाइड्रोजन भंडारण की तकनीक का उपयोग शुरू में एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में किया गया था, और हालांकि भंडारण लागत अधिक है, सुरक्षा तकनीक अधिक जटिल है। अनुसंधान वर्तमान में अत्यधिक इंसुलेटेड हाइड्रोजन भंडारण कंटेनरों पर ध्यान केंद्रित कर रहा है। अंतरालीय झरझरा माइक्रोस्फेयर से भरा एक नए प्रकार का कंटेनर विकसित किया गया है। इन सिलिका माइक्रोस्फीयर का व्यास 30 से 150 माइक्रोमीटर तक होता है, खोखले केंद्र और दीवारें लगभग 1 से 5 माइक्रोमीटर मोटी होती हैं। थर्मल चालकता को कम करने और कणों के बीच संवहन गर्मी हस्तांतरण को पूरी तरह से रोकने के लिए इनमें से कुछ माइक्रोस्फीयर पर एल्यूमिनियम लेपित किया जाता है। कुछ एल्युमीनियम-लेपित माइक्रोस्फीयर (आमतौर पर लगभग 3% से 5%) को गैर-लेपित माइक्रोस्फीयर के साथ मिलाने से विकिरण गर्मी हस्तांतरण प्रभावी रूप से अवरुद्ध हो जाता है। यह नए प्रकार का थर्मल इन्सुलेशन कंटेनर, अपने असाधारण इन्सुलेट गुणों के साथ, मानक उच्च-वैक्यूम इंसुलेटेड कंटेनरों से आगे निकल जाता है और इसे एक आदर्श तरल हाइड्रोजन भंडारण टैंक माना जाता है। नासा ने इस नए प्रकार के हाइड्रोजन भंडारण कंटेनर को व्यापक रूप से अपनाया है।

3. धातु हाइड्राइड का भंडारण

   हाइड्रोजन और धातु हाइड्राइड के बीच एक प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया होती है। जब धातु हाइड्राइड पर बाहर से गर्मी लागू की जाती है, तो यह हाइड्रोजनीकृत धातु में विघटित हो जाता है और हाइड्रोजन गैस छोड़ता है। इसके विपरीत, जब हाइड्रोजन और धातु मिलकर हाइड्राइड बनाते हैं, तो हाइड्रोजन उसके भीतर ठोस रूप में जमा हो जाता है। हाइड्रोजन भंडारण के लिए उपयोग किए जाने वाले धातु हाइड्राइड ज्यादातर कई तत्वों से बने मिश्र धातु होते हैं। दुनिया भर में विभिन्न सफल हाइड्रोजन भंडारण मिश्र धातुओं पर शोध किया गया है, जिन्हें मोटे तौर पर चार श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है: पहला, दुर्लभ पृथ्वी लैंथेनम-निकल मिश्र धातु, जो प्रति किलोग्राम लैंथेनम-निकल मिश्र धातु में 153 एल हाइड्रोजन संग्रहीत कर सकता है; दूसरा, आयरन-टाइटेनियम श्रृंखला, जो वर्तमान में सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली हाइड्रोजन भंडारण सामग्री है, जिसमें पूर्व की तुलना में चार गुना बड़ी भंडारण क्षमता, कम लागत, उच्च प्रतिक्रियाशीलता और कमरे के तापमान और दबाव पर हाइड्रोजन छोड़ने की क्षमता है, जो प्रदान करती है। उपयोग के लिए बढ़िया सुविधा; तीसरा, मैग्नीशियम श्रृंखला, जिसमें धातु तत्वों के बीच सबसे अधिक हाइड्रोजन अवशोषण क्षमता होती है, लेकिन हाइड्रोजन छोड़ने के लिए 287 डिग्री सेल्सियस की आवश्यकता होती है और हाइड्रोजन को बहुत धीरे-धीरे अवशोषित करता है, जिससे इसका व्यावहारिक उपयोग सीमित हो जाता है; चौथा, वैनेडियम, नाइओबियम और ज़िरकोनियम जैसी बहु-तत्व श्रृंखला, जो स्वयं कीमती धातुएं हैं और इसलिए केवल कुछ विशेष अवसरों के लिए उपयुक्त हैं। धातु हाइड्राइड भंडारण में मुख्य मुद्दे कम हाइड्रोजन भंडारण क्षमता, उच्च लागत और उच्च हाइड्रोजन रिलीज तापमान हैं। बेहतर हाइड्रोजन भंडारण सामग्री की तलाश के लिए संतुलन दबाव-तापमान वक्र, गठन के दौरान प्रतिक्रिया रूपांतरण दर और रासायनिक और यांत्रिक स्थिरता सहित धातु हाइड्राइड के रासायनिक और भौतिक गुणों पर आगे का शोध हाइड्रोजन ऊर्जा विकास और उपयोग में एक उल्लेखनीय विषय है। धातु हाइड्राइड भंडारण उपकरण स्थिर और मोबाइल दोनों रूपों में उपलब्ध हैं। वे हाइड्रोजन ईंधन और सामग्री के स्रोत के रूप में काम कर सकते हैं, अपशिष्ट गर्मी को अवशोषित कर सकते हैं, सौर ऊर्जा का भंडारण कर सकते हैं और हाइड्रोजन पंप या कंप्रेसर के रूप में उपयोग किया जा सकता है।