ہائیڈروجن کی پیداوار کے لیے پانی کے شمسی فوٹوولیسس میں پیش رفت

"کاربن پیکنگ" اور "کاربن نیوٹرل" حکمت عملیوں کا تعارف کاربن کے اخراج میں کمی کا باعث بنا ہے، ہائیڈروجن صاف ایندھن کے طور پر ایک پرکشش آپشن ہے۔ دوسری طرف، ہائیڈروجن بہت سے کیمیائی عمل کے لیے بھی درکار ہوتی ہے، جیسے کہ کھاد کی پیداوار۔ تاہم، ہائیڈروجن فی الحال بنیادی طور پر پانی اور گیس کی تبدیلی کے ذریعے حاصل کی جاتی ہے، یہ ایک ایسا عمل ہے جو نہ صرف بڑے کاربن کا اخراج پیدا کرتا ہے بلکہ بڑی مقدار میں تھرمل توانائی بھی استعمال کرتا ہے۔

قدرتی فتوسنتھیس (پانی سے ہائیڈروجن ایٹم حاصل کرنے کے لیے سورج کی روشنی کا استعمال کرتے ہوئے پودے) اچھی طرح سے جانا جاتا ہے، لیکن کیا ہائیڈروجن حاصل کرنے کے لیے کوئی "مصنوعی فتوسنتھیس" تکنیک موجود ہے؟ ٹوٹل ہائیڈرولیسس پر مبنی فوٹوکاٹیلیٹک ہائیڈروجن کی پیداوار ایک ماحول دوست اور پائیدار ٹیکنالوجی ہے جو صرف سورج کی روشنی اور پانی استعمال کرتی ہے اور کوئی کاربن کا اخراج نہیں کرتی، یہی وجہ ہے کہ اس وقت یہ بہت زیادہ توجہ مبذول کر رہی ہے۔ تاہم، موجودہ photocatalytic THMs کی کم شمسی سے ہائیڈروجن (STH) کی تبدیلی کی کارکردگی ان کے عملی اطلاق کو محدود کرتی ہے۔

اس بات کو ذہن میں رکھتے ہوئے، مشی گن یونیورسٹی میں پروفیسر یونزاوا کی ٹیم نے خالص پانی، مرتکز سورج کی روشنی اور ایک انڈیم گیلیم نائٹرائیڈ فوٹوکاٹیلیسٹ کا استعمال کرتے ہوئے 9.2 فیصد تک ایس ٹی ایچ کی افادیت حاصل کرنے کے لیے ایک حکمت عملی تیار کی ہے، جو قدرتی فتوسنتھیس کے اہم مراحل کی نقل کرتا ہے۔ بیرونی تجربات سے پتہ چلتا ہے کہ یہ ٹیکنالوجی کے لیے ایک بڑی چھلانگ کی نمائندگی کرتا ہے، جو کہ شمسی توانائی سے پانی کی تقسیم کے تجربات سے تقریباً 10 گنا زیادہ موثر ہے۔ خاص طور پر، محققین نے یہ ظاہر کیا ہے کہ InGaN/GaN کی سطحوں پر فوٹوکاٹیلیٹک کل پانی کا ٹوٹنا نہ صرف پانی کے سڑنے کے رد عمل کو فروغ دیتا ہے بلکہ یہ ہائیڈروجن-آکسیجن کی پیچیدگی کے رد عمل کو بھی روکتا ہے جس سے انفراریڈ تھرمل اثر زیادہ شدت پر مرکوز سورج کی روشنی سے پیدا ہوتا ہے۔ InGaN nanowires انتہائی اعلی photocatalytic کل پانی کی تقسیم کی کارکردگی کو ظاہر کرنے کے لئے۔ تحقیق کے نتائج نیچر کے تازہ ترین شمارے میں "فوٹو کیٹیلیٹک پانی کی تقسیم میں 9 فیصد سے زیادہ کی شمسی توانائی سے ہائیڈروجن کارکردگی" کے عنوان سے شائع کیے گئے تھے۔

محققین نے خالص پانی، مرتکز سورج کی روشنی اور ایک انڈیم گیلیم نائٹرائڈ فوٹوکاٹیلسٹ کا استعمال کرتے ہوئے 9.2 فیصد کی اعلی STH کارکردگی حاصل کی۔ اس مقالے میں حکمت عملی کی کامیابی ہائیڈروجن-آکسیجن کے ارتقاء کو آگے بڑھانے اور ریورس ہائیڈروجن-آکسیجن کے دوبارہ ملاپ کو روکنے کے ہم آہنگی کے اثر سے ہوتی ہے، جو پہلے سے براہ راست کٹائی کے ذریعے زیادہ سے زیادہ رد عمل کے درجہ حرارت (~70 ڈگری سیلسیس) پر کام کر کے حاصل کیا جا سکتا ہے۔ سورج کی روشنی سے اورکت روشنی کو ضائع کرنا۔ مزید برآں، درجہ حرارت پر منحصر اس حکمت عملی کے نتیجے میں وسیع پیمانے پر دستیاب نلکے کے پانی اور سمندری پانی سے ~7 فیصد کی STH افادیت اور 25 7W کی قدرتی شمسی روشنی کی صلاحیت کے ساتھ ایک بڑے فوٹوکاٹیلیٹک واٹر علیحدگی کے نظام میں 6.2 فیصد کا نتیجہ نکلا۔ یہ تحقیق قدرتی سورج کی روشنی اور پانی سے ہائیڈروجن ایندھن کی موثر پیداوار کے لیے ایک عملی نقطہ نظر فراہم کرتی ہے، جس سے شمسی ہائیڈروجن کی پیداوار کی کارکردگی کی رکاوٹ کو دور کیا جا سکتا ہے۔