Solar fuel
સૌર બળતણ એ કૃત્રિમ રાસાયણિક બળતણ છે જે સૌર ઊર્જામાંથી ઉત્પન્ન થાય છે. સૌર ઇંધણ ફોટોકેમિકલ (એટલે કે સૌર બળતણ) દ્વારા ઉત્પન્ન કરી શકાય છે. ફોટોન દ્વારા ચોક્કસ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓનું સક્રિયકરણ), ફોટોબાયોલોજીકલ (એટલે કે, કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણ), અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ (એટલે કે. રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા ચલાવવા માટે સૌર પેનલ્સમાંથી વીજળીનો ઉપયોગ કરવો). સૌર ઇંધણ થર્મોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા પણ ઉત્પન્ન કરી શકાય છે (એટલે કે, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા ચલાવવા માટે કેન્દ્રિત સૌર થર્મલ ઊર્જા દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવતી સૌર ગરમીના ઉપયોગ દ્વારા). પ્રકાશનો ઉપયોગ ઊર્જા સ્ત્રોત તરીકે થાય છે, જેમાં સૌર ઊર્જાને રાસાયણિક ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે, સામાન્ય રીતે પ્રોટોનને હાઇડ્રોજનમાં અથવા કાર્બન ડાયોક્સાઇડને કાર્બનિક સંયોજનોમાં ઘટાડીને. જ્યારે સૂર્યપ્રકાશ ઉપલબ્ધ ન હોય ત્યારે સૌર બળતણનું ઉત્પાદન અને સંગ્રહ કરી શકાય છે, જે તેને અશ્મિભૂત ઇંધણ અને બેટરીનો વિકલ્પ બનાવે છે. આવા ઇંધણના ઉદાહરણો હાઇડ્રોજન, એમોનિયા અને હાઈડ્રાઝિન છે. આ પ્રતિક્રિયાઓને ટકાઉ, પર્યાવરણને અનુકૂળ રીતે વહન કરવા માટે વિવિધ પ્રકાશ ઉત્પ્રેરક વિકસાવવામાં આવી રહ્યા છે. ઝાંખી અશ્મિભૂત ઇંધણના ઘટતા ભંડાર પર વિશ્વની નિર્ભરતા માત્ર પર્યાવરણીય સમસ્યાઓ જ નહીં પણ ભૌગોલિક-રાજકીય સમસ્યાઓ પણ ઉભી કરે છે. સૌર ઇંધણ, ખાસ કરીને હાઇડ્રોજન, અશ્મિભૂત ઇંધણને બદલવા માટે ઊર્જાના વૈકલ્પિક સ્રોત તરીકે જોવામાં આવે છે, ખાસ કરીને જ્યાં સંગ્રહ આવશ્યક છે. ફોટોવોલ્ટેઇક દ્વારા સીધા સૂર્યપ્રકાશમાંથી વીજળી ઉત્પન્ન કરી શકાય છે, પરંતુ ઊર્જાનું આ સ્વરૂપ હાઇડ્રોજનની સરખામણીમાં સંગ્રહ કરવા માટે બિનકાર્યક્ષમ છે. જ્યારે અને જ્યાં સૂર્યપ્રકાશ ઉપલબ્ધ હોય ત્યારે સૌર બળતણનું ઉત્પાદન કરી શકાય છે, અને પછીના ઉપયોગ માટે સંગ્રહિત અને પરિવહન કરી શકાય છે. આ તેને વધુ અનુકૂળ બનાવે છે, કારણ કે તેનો ઉપયોગ એવી પરિસ્થિતિઓમાં થઈ શકે છે જ્યાં સીધો સૂર્યપ્રકાશ ઉપલબ્ધ ન હોય. સૌથી વધુ સંશોધન કરાયેલ સૌર ઇંધણ હાઇડ્રોજન છે, કારણ કે આ ઇંધણનો ઉપયોગ કરવાની એકમાત્ર પેદાશ પાણી છે, અને ફોટોકેમિકલ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ ઘટાડાની પેદાશો છે, જે મિથેન અને પ્રોપેન જેવા વધુ પરંપરાગત ઇંધણ છે. આગામી સંશોધનમાં એમોનિયા અને સંબંધિત પદાર્થો (એટલે કે. હાઈડ્રાઝિન). આ હાઇડ્રોજનના સંગ્રહની વધુ સઘન અને સુરક્ષિત રીત બનીને હાઇડ્રોજન સાથે આવતા પડકારોનો સામનો કરી શકે છે. સીધા એમોનિયા ઇંધણ કોષો પર પણ સંશોધન કરવામાં આવી રહ્યું છે. સૌર ઇંધણનું ઉત્પાદન પ્રત્યક્ષ અથવા પરોક્ષ પ્રક્રિયાઓ દ્વારા થઈ શકે છે. સીધી પ્રક્રિયાઓ મધ્યસ્થ ઊર્જા રૂપાંતરણો વિના બળતણ ઉત્પન્ન કરવા માટે સૂર્યપ્રકાશમાં ઊર્જાનો ઉપયોગ કરે છે. સૌર થર્મોકેમિસ્ટ્રી સૂર્યની ગરમીનો ઉપયોગ સૌર રિએક્ટરની નજીકના રીસીવરને ગરમ કરવા માટે કરે છે જ્યાં થર્મોકેમિકલ પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે. તેનાથી વિપરીત, પરોક્ષ પ્રક્રિયાઓમાં સૌર ઊર્જાને ઊર્જાના અન્ય સ્વરૂપમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે (જેમ કે બાયોમાસ અથવા વીજળી) જેનો ઉપયોગ પછી બળતણનું ઉત્પાદન કરવા માટે થઈ શકે છે. પરોક્ષ પ્રક્રિયાઓ અમલમાં મૂકવી સરળ રહી છે પરંતુ સીધી પદ્ધતિ કરતાં ઓછી કાર્યક્ષમ હોવાનો ગેરલાભ છે. તેથી, સીધી પદ્ધતિઓને તેમના ઓછા કાર્યક્ષમ સમકક્ષો કરતાં વધુ રસપ્રદ ગણવી જોઈએ. તેથી નવું સંશોધન આ સીધા રૂપાંતરણ પર વધુ ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે, પરંતુ બળતણમાં પણ જેનો ઉપયોગ પાવર ગ્રીડને સંતુલિત કરવા માટે તરત જ થઈ શકે છે. હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન ફોટોઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સૌર ફોટોઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રક્રિયામાં, હાઇડ્રોજનનું વિદ્યુત વિચ્છેદન દ્વારા ઉત્પાદન કરી શકાય છે. આ પ્રક્રિયામાં સૂર્યપ્રકાશનો ઉપયોગ કરવા માટે, ફોટોઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સેલનો ઉપયોગ કરી શકાય છે, જ્યાં એક ફોટોસેન્સિટાઇઝ્ડ ઇલેક્ટ્રોડ પ્રકાશને વિદ્યુત પ્રવાહમાં રૂપાંતરિત કરે છે જેનો ઉપયોગ પછી પાણીના વિભાજન માટે થાય છે. આવા જ એક પ્રકારનો કોષ રંગ-સંવેદનશીલ સૌર કોષ છે. આ એક પરોક્ષ પ્રક્રિયા છે, કારણ કે તે વીજળી ઉત્પન્ન કરે છે જેનો ઉપયોગ પછી હાઇડ્રોજન બનાવવા માટે થાય છે. સૂર્યપ્રકાશનો ઉપયોગ કરતી અન્ય પરોક્ષ પ્રક્રિયા પ્રકાશસંશ્લેષક જીવોનો ઉપયોગ કરીને બાયોમાસને બાયોફ્યુઅલમાં રૂપાંતરિત કરવાની છે; જો કે, પ્રકાશસંશ્લેષણ દ્વારા મેળવવામાં આવતી મોટાભાગની ઊર્જાનો ઉપયોગ જીવન ટકાવી રાખવાની પ્રક્રિયાઓમાં થાય છે અને તેથી તે ઊર્જાના ઉપયોગ માટે ખોવાઈ જાય છે. સેમિકન્ડક્ટરનો ઉપયોગ ફોટોસેન્સિટાઇઝર તરીકે પણ થઈ શકે છે. જ્યારે સેમિકન્ડક્ટરને બેન્ડગેપ કરતાં વધુ ઊર્જા ધરાવતા ફોટોન દ્વારા ફટકારવામાં આવે છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોન વહન બેન્ડ માટે ઉત્તેજિત થાય છે અને સંયોજકતા બેન્ડમાં એક છિદ્ર બનાવવામાં આવે છે. બેન્ડના વળાંકને કારણે, ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્રો સપાટી પર જાય છે, જ્યાં આ ચાર્જનો ઉપયોગ પાણીના અણુઓને વિભાજિત કરવા માટે થાય છે. ઘણી જુદી જુદી સામગ્રીઓનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું છે, પરંતુ અત્યાર સુધી કોઈએ વ્યવહારુ ઉપયોગ માટેની જરૂરિયાતો દર્શાવી નથી. ફોટોકેમિકલ ફોટોકેમિકલ પ્રક્રિયામાં, સૂર્યપ્રકાશનો સીધો ઉપયોગ પાણીને હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનમાં વિભાજિત કરવા માટે થાય છે. કારણ કે પાણીનું શોષણ સ્પેક્ટ્રમ સૂર્યના ઉત્સર્જન સ્પેક્ટ્રમ સાથે ઓવરલેપ થતું નથી, તેથી પાણીનું સીધું વિઘટન થઈ શકતું નથી; ફોટોસેન્સિટાઇઝરનો ઉપયોગ કરવાની જરૂર છે. આવા કેટલાક ઉત્પ્રેરક ખ્યાલના પુરાવા તરીકે વિકસાવવામાં આવ્યા છે, પરંતુ હજુ સુધી વ્યાપારી ઉપયોગ માટે વિસ્તૃત કરવામાં આવ્યા નથી; તેમ છતાં, તેમની સાપેક્ષ સરળતા સંભવિત ઓછી કિંમત અને વધેલી ઊર્જા રૂપાંતરણ કાર્યક્ષમતાનો લાભ આપે છે. ખ્યાલનો આવો જ એક પુરાવો નોસેરા અને સહકાર્યકરો દ્વારા વિકસાવવામાં આવેલ "કૃત્રિમ પર્ણ" છેઃ ધાતુના ઓક્સાઇડ આધારિત ઉત્પ્રેરક અને અર્ધચાલક સૌર કોષનું સંયોજન પ્રકાશ પર હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરે છે, જેમાં ઓક્સિજન એકમાત્ર આડપેદાશ છે. ફોટોબાયોલોજીકલ ફોટોબાયોલોજીકલ પ્રક્રિયામાં, ફોટોબાયોરિએક્ટર્સમાં પ્રકાશસંશ્લેષક સુક્ષ્મસજીવો (લીલા સૂક્ષ્મજીવ અને સાયનોબેક્ટેરિયા) નો ઉપયોગ કરીને હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન થાય છે. આમાંના કેટલાક સજીવો સંવર્ધનની પરિસ્થિતિઓ બદલવા પર હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરે છે; ઉદાહરણ તરીકે, ક્લેમીડોમોનાસ રીનહાર્ડ્ટી સલ્ફરના અભાવ હેઠળ હાઇડ્રોજન એનારોબિકલી ઉત્પન્ન કરે છે, એટલે કે, જ્યારે કોષોને એક વૃદ્ધિ માધ્યમમાંથી બીજા માધ્યમમાં ખસેડવામાં આવે છે જેમાં સલ્ફર હોતું નથી, અને વાતાવરણીય ઓક્સિજનની પહોંચ વિના ઉગાડવામાં આવે છે. બીજો અભિગમ ડાયઝોટ્રોફિક સાયનોબેક્ટેરિયમ નોસ્ટોક પંક્ટિફૉર્મમાં હાઇડ્રોજન-ઓક્સિડાઇઝિંગ (અપટેક) હાઇડ્રોજનઝ એન્ઝાઇમની પ્રવૃત્તિને નાબૂદ કરવાનો હતો, જેથી તે નાઇટ્રોજન-ફિક્સિંગ પરિસ્થિતિઓમાં નાઇટ્રોજનઝ એન્ઝાઇમ દ્વારા કુદરતી રીતે ઉત્પન્ન થતા હાઇડ્રોજનનો વપરાશ ન કરે. આ એન. પંક્ટિફૉર્મ મ્યુટન્ટ પછી દૃશ્યમાન પ્રકાશથી પ્રકાશિત થાય ત્યારે હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરી શકે છે. અન્ય મ્યુટન્ટ સાયનોબેક્ટેરિયા, સિનેકોસિસ્ટિસ, હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન કરવા માટે રુબ્રીવિવેક્સ જિલેટીનોસસ સીબીએસ બેક્ટેરિયાના જનીનનો ઉપયોગ કરે છે. સીબીએસ બેક્ટેરિયા કાર્બન મોનોક્સાઇડના ઓક્સિડેશન દ્વારા હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરે છે. સંશોધકો આ જનીનોને સિનેકોસિસ્ટિસમાં લાગુ કરવા માટે કામ કરી રહ્યા છે. જો આ જનીનો લાગુ કરી શકાય, તો હાઇડ્રોજનના ઉત્પાદનમાં ઓક્સિજન અવરોધની સમસ્યાઓને દૂર કરવા માટે કેટલાક પ્રયત્નો કરવા પડશે, પરંતુ એવો અંદાજ છે કે આ પ્રક્રિયા સંભવિત રીતે 10 ટકા જેટલી સૌર ઊર્જા મેળવી શકે છે. આ ફોટોબાયોલોજીકલ સંશોધનને હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન સંશોધનની ખૂબ જ ઉત્તેજક અને આશાસ્પદ શાખા બનાવે છે. હજુ પણ શેવાળ હાઇડ્રોજન ઉત્પાદનની ટૂંકા ગાળાની પ્રકૃતિને દૂર કરવાની ઘણી સમસ્યાઓ છે અને સંશોધન પ્રારંભિક તબક્કામાં છે. જો કે, આ સંશોધન આ નવીનીકરણીય અને પર્યાવરણને અનુકૂળ પ્રક્રિયાઓને ઔદ્યોગિકરણ કરવા માટે એક વ્યવહારુ માર્ગ પ્રદાન કરે છે. થર્મોકેમિકલ સૌર થર્મોકેમિકલ પ્રક્રિયામાં, ઉચ્ચ તાપમાનના સૌર રિએક્ટરની અંદર વીજળીને બદલે સીધી સૌર ગરમીનો ઉપયોગ કરીને પાણીને હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે, જે હેલિયોસ્ટેટ્સના સૌર ક્ષેત્રમાંથી અત્યંત કેન્દ્રિત સૌર પ્રવાહ મેળવે છે જે રિએક્ટરમાં અત્યંત કેન્દ્રિત સૂર્યપ્રકાશને કેન્દ્રિત કરે છે. બે સૌથી આશાસ્પદ માર્ગો બે પગલાનું સિરિયમ ઓક્સાઇડ ચક્ર અને કોપર ક્લોરિન સંકર ચક્ર છે. સિરિયમ ઓક્સાઇડ ચક્ર માટે પ્રથમ પગલું એ છે કે CeO3 ને Ce2O3 માં 1400 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી વધુ તાપમાન પર તોડવું. ધાતુના ઓક્સાઇડને ઘટાડવા માટે થર્મલ ઘટાડાના પગલા પછી, હાઇડ્રોજન લગભગ 800 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર હાઇડ્રોલિસિસ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે. કોપર ક્લોરાઇડ ચક્ર માટે નીચા તાપમાન (~ 500 °C) ની જરૂર પડે છે, જે આ પ્રક્રિયાને વધુ કાર્યક્ષમ બનાવે છે, પરંતુ આ ચક્રમાં વધુ પગલાં હોય છે અને તે સિરિયમ ઓક્સાઇડ ચક્ર કરતાં વધુ જટિલ પણ હોય છે. કારણ કે હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન માટે સતત કામગીરીની જરૂર પડે છે, સૌર થર્મોકેમિકલ પ્રક્રિયામાં થર્મલ ઊર્જા સંગ્રહનો સમાવેશ થાય છે. અન્ય થર્મોકેમિકલ પદ્ધતિ મિથેનના સૌર સુધારણાનો ઉપયોગ કરે છે, જે એક એવી પ્રક્રિયા છે જે પરંપરાગત અશ્મિભૂત ઇંધણ સુધારણા પ્રક્રિયાની પ્રતિકૃતિ બનાવે છે પરંતુ સૌર ગરમીને બદલે છે. નેચરમાં નવેમ્બર 2021ના પ્રકાશનમાં, સ્વિસ ટેકનોલોજીકલ યુનિવર્સિટી ETH ઝુરિચના એલ્ડો સ્ટેનફિલ્ડે એક કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણની જાણ કરી હતી જ્યાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને હવામાંથી શોષાયેલી પાણીની વરાળને હાઇડ્રોજન અને કાર્બન મોનોક્સાઇડનું ઉત્પાદન કરવા માટે કેન્દ્રિત સૌર ઊર્જા દ્વારા ગરમ કરવામાં આવેલા સિરિયમ ઓક્સાઇડ ઉત્પ્રેરક પર પસાર કરવામાં આવે છે, જે ફિશર-ટ્રોપ્સ પ્રક્રિયા દ્વારા જટિલ હાઇડ્રોકાર્બનમાં રૂપાંતરિત થાય છે જે મિથેનોલ બનાવે છે, જે એક પ્રવાહી બળતણ છે. સ્કેલિંગ સહારા રણના 0.5% સપાટી સાથે 2019 માં ઉપયોગમાં લેવાતા ઉડ્ડયન બળતણનું ઉત્પાદન કરી શકે છે. એક લેખક, ફિલિપ ફર્લર, નિષ્ણાત સિનહેલિયનનું નેતૃત્વ કરે છે, જે 2022 માં કોલોનની પશ્ચિમમાં જુલિચ ખાતે સૌર બળતણ ઉત્પાદન સુવિધા બનાવી રહી હતી, તે પહેલાં સ્પેનમાં બીજી એક. લુફ્થાંસા જૂથનો ભાગ સ્વિસ એરલાઇન્સ 2023માં તેનો પ્રથમ ગ્રાહક બનવું જોઈએ. કાર્બન ડાયોક્સાઇડમાં ઘટાડો કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (CO2) ને યોગ્ય ફોટોકેટાલિસ્ટ્સનો ઉપયોગ કરીને કાર્બન મોનોક્સાઇડ (CO) અને મિથેન જેવા અન્ય વધુ ઘટાડેલા સંયોજનોમાં ઘટાડી શકાય છે. એક પ્રારંભિક ઉદાહરણ CO2માં CO2ના ઘટાડા માટે ટ્રીસ (બાયપાઇરીડીન) રુથેનિયમ (II) ક્લોરાઇડ (રુ (બાયપાઈ) 3Cl2) અને કોબાલ્ટ ક્લોરાઇડ (CoCl2) નો ઉપયોગ હતો. તાજેતરના વર્ષોમાં CO2 ને CO માં ઘટાડવા માટે ઘણા નવા ઉત્પ્રેરક મળી આવ્યા છે, જેના પછી CO નો ઉપયોગ ઉદાહરણ તરીકે ફિશર-ટ્રોપ્સ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને હાઇડ્રોકાર્બન બનાવવા માટે થઈ શકે છે. સૌર-સંચાલિત કાર્બન ડાયોક્સાઇડના ઘટાડા માટેની સૌથી આશાસ્પદ પ્રણાલી એ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સેલ (પીવી + ઇસી) સાથે ફોટોવોલ્ટેઇક સેલનું સંયોજન છે. ફોટોવોલ્ટેઇક કોષ માટે અત્યંત કાર્યક્ષમ જી. એ. આઈ. એન. પી./જી. એ. એ. એસ./જી. ઇ. સૌર કોષનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે, પરંતુ અન્ય ઘણા શ્રેણી-જોડાયેલા અને/અથવા ટેન્ડમ (મલ્ટી-જંકશન) પી. વી. આર્કિટેક્ચરનો ઉપયોગ CO2 ઘટાડાની પ્રતિક્રિયાઓ ચલાવવા માટે જરૂરી વોલ્ટેજ અને વર્તમાન ઘનતા પહોંચાડવા માટે કરી શકાય છે અને ઉત્પાદનનો વાજબી પ્રવાહ પ્રદાન કરે છે. સૌર કોષો/પેનલ્સને ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર (ઓ) સાથે સીધા સંપર્કમાં મૂકી શકાય છે, જે સિસ્ટમ કોમ્પેક્ટનેસ અને બંને તકનીકોના થર્મલ મેનેજમેન્ટની દ્રષ્ટિએ ફાયદા લાવી શકે છે, અથવા અલગથી ઉદાહરણ તરીકે પી. વી. ને સૂર્યપ્રકાશના સંપર્કમાં મૂકીને અને ઇસી સિસ્ટમોને ઘરની અંદર સુરક્ષિત કરી શકાય છે. હાલમાં શ્રેષ્ઠ કામગીરી કરતો ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સેલ એ ગેસ ડિફ્યુઝન ઇલેક્ટ્રોડ (GED) ફ્લો સેલ છે. જેમાં CO2 એજી નેનોપાર્ટિકલ્સ પર પ્રતિક્રિયા કરીને CO ઉત્પન્ન કરે છે. 20 કલાક પછી પ્રવૃત્તિમાં ઓછામાં ઓછી ખોટ સાથે, 19 ટકા સુધીની સૌરથી CO કાર્યક્ષમતા સુધી પહોંચી ગયા છે. CO2 ના માઇક્રોવેવ પ્લાઝ્મા સંચાલિત વિયોજનનો ઉપયોગ કરીને ઉત્પ્રેરક વિના પણ CO નું ઉત્પાદન કરી શકાય છે. આ પ્રક્રિયા પ્રમાણમાં કાર્યક્ષમ છે, જેમાં 50 ટકા સુધીની વીજળીથી CO કાર્યક્ષમતા છે, પરંતુ 10 ટકાની આસપાસ ઓછા રૂપાંતરણ સાથે. આ ઓછા રૂપાંતરણો આદર્શ નથી, કારણ કે CO અને CO2 ને મોટા પાયે કાર્યક્ષમ રીતે અલગ કરવું મુશ્કેલ છે. આ પ્રક્રિયાનો મોટો ફાયદો એ છે કે તેને ખૂબ જ ઝડપથી બંધ અને ચાલુ કરી શકાય છે અને તેમાં દુર્લભ સામગ્રીનો ઉપયોગ થતો નથી. (નબળા આયનીકૃત) પ્લાઝ્મા માઇક્રોવેવ્સનો ઉપયોગ કરીને ઉત્પન્ન થાય છે, આ માઇક્રોવેવ્સ પ્લાઝ્મામાં મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનને વેગ આપી શકે છે. આ ઇલેક્ટ્રોન CO2 સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે જે CO2 ને કંપનશીલ રીતે ઉત્તેજિત કરે છે, આ CO2 નું CO માં વિઘટન તરફ દોરી જાય છે. ઉત્તેજના અને વિઘટન એટલી ઝડપથી થાય છે કે માત્ર થોડી જ ઊર્જા ગરમીમાં રૂપાંતરિત થાય છે, જે કાર્યક્ષમતાને ઊંચી રાખે છે. વિયોજન ઓક્સિજન રેડિકલ પણ ઉત્પન્ન કરે છે, જે CO2 સાથે CO અને O2 સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે. આ કિસ્સામાં પણ સુક્ષ્મસજીવોના ઉપયોગની શોધ કરવામાં આવી છે. આનુવંશિક ઇજનેરી અને કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાન તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને, પ્રકાશસંશ્લેષક સજીવોમાં બાયોફ્યુઅલ ઉત્પન્ન કરતા મેટાબોલિક માર્ગોના ભાગો અથવા સંપૂર્ણ રજૂ કરી શકાય છે. એક ઉદાહરણ ક્લોસ્ટ્રિડિયમ એસીટોબ્યુટિલિકમ, એસ્ચેરીચીયા કોલી અને ટ્રેપોનેમા ડેન્ટિકોલાના ઉત્સેચકોનો ઉપયોગ કરીને સિનેકોકોકસ એલોંગેટસમાં 1-બ્યુટેનોલનું ઉત્પાદન છે. આ પ્રકારના બાયોફ્યુઅલ ઉત્પાદનની શોધ કરતી મોટા પાયે સંશોધન સુવિધાનું એક ઉદાહરણ નેધરલેન્ડ્સની વેગેનિંગન યુનિવર્સિટી અને સંશોધન કેન્દ્રમાં એલ્ગેપાર્ક છે. એમોનિયા અને હાઇડ્રેઝિનનું ઉત્પાદન એમોનિયા અને હાઇડ્રેઝિન જેવા હાઇડ્રોજન સમૃદ્ધ પદાર્થો હાઇડ્રોજનના સંગ્રહ માટે શ્રેષ્ઠ છે. આ તેમની ઊર્જાની ઘનતાને કારણે છે, એમોનિયા માટે પ્રવાહી હાઇડ્રોજન કરતાં ઓછામાં ઓછું 1.3 ગણું વધારે છે. પ્રવાહી હાઇડ્રોજનની સરખામણીમાં હાઈડ્રાઝિન ઊર્જામાં લગભગ બમણું ગાઢ હોય છે, જો કે નુકસાન એ છે કે સીધા હાઈડ્રાઝિન ઇંધણ કોષોના ઉપયોગમાં મંદન જરૂરી છે, જે આ ઇંધણ કોષમાંથી મેળવી શકાય તેવી એકંદર શક્તિને ઘટાડે છે. ઉચ્ચ વોલ્યુમેટ્રિક ઘનતા ઉપરાંત, એમોનિયા અને હાઇડ્રસ હાઇડ્રેઝિનમાં ઓછી જ્વલનશીલતા હોય છે, જે તેને સંગ્રહ અને પરિવહન ખર્ચ ઘટાડીને હાઇડ્રોજન કરતા શ્રેષ્ઠ બનાવે છે. આ ચોક્કસ કારણ માટે એમોનિયા ડાયરેક્ટ એમોનિયા ઇંધણ કોષોનું સંશોધન કરવામાં આવે છે અને નવા અભ્યાસોએ નવા સંકલિત સૌર-આધારિત એમોનિયા સંશ્લેષણ અને ઇંધણ કોષ રજૂ કર્યા છે. સૌર આધાર એમોનિયાના સંશ્લેષણ માટે ઉપયોગમાં લેવાતી વધારાની સૌર ઉર્જાને અનુસરે છે. આ પ્રોટોન એક્સચેન્જ મેમ્બ્રેન (PEM) ફ્યુઅલ સેલ સાથે સંયોજનમાં એમોનિયા ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક સેલ (AEC) નો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે. જ્યારે સૌર ઊર્જામાં ઘટાડો થાય છે, ત્યારે સીધો એમોનિયા ઇંધણ કોષ કાર્યમાં આવે છે જે અભાવ ઊર્જા પૂરી પાડે છે. આ તાજેતરનું સંશોધન (2020) ઊર્જાના કાર્યક્ષમ ઉપયોગનું સ્પષ્ટ ઉદાહરણ છે, જે અનિવાર્યપણે કામચલાઉ સંગ્રહ અને બળતણ તરીકે એમોનિયાના ઉપયોગ દ્વારા કરવામાં આવે છે. એમોનિયામાં ઉર્જાનો સંગ્રહ સમય જતાં ઘટતો નથી, જે બેટરી અને ફ્લાયવ્હીલની બાબતમાં થાય છે. આ લાંબા ગાળાના ઊર્જા સંગ્રહ પ્રદાન કરે છે. ઊર્જાના આ સઘન સ્વરૂપનો વધારાનો ફાયદો એ છે કે વધારાની ઊર્જાને સરળતાથી અન્ય સ્થળોએ પરિવહન કરી શકાય છે. મનુષ્યો માટે એમોનિયાના ઝેરીકરણને કારણે આ ઉચ્ચ સલામતીનાં પગલાં સાથે કરવાની જરૂર છે. વીજ પુરવઠામાં વિક્ષેપોને મર્યાદિત કરવા માટે હાઇબ્રિડ સિસ્ટમ બનાવવા માટે પવન ઊર્જા અને હાઇડ્રો-પાવર પ્લાન્ટ્સ સાથે આ સિસ્ટમને પૂરક બનાવવા માટે વધુ સંશોધન કરવાની જરૂર છે. પ્રસ્તાવિત પ્રણાલીની આર્થિક કામગીરી પર પણ તપાસ કરવી જરૂરી છે. કેટલાક વૈજ્ઞાનિકો એક નવા એમોનિયા અર્થતંત્રની કલ્પના કરે છે જે લગભગ તેલ ઉદ્યોગ જેવું જ છે, પરંતુ અક્ષય કાર્બન મુક્ત ઉર્જાના પ્રચંડ લાભ સાથે. આ કહેવાતા લીલા એમોનિયાને મોટા જહાજો માટે સંભવિત બળતણ તરીકે ગણવામાં આવે છે. દક્ષિણ કોરિયાની શિપબિલ્ડર ડી. એસ. એમ. ઈ. 2025 સુધીમાં આ જહાજોનું વ્યાપારીકરણ કરવાની યોજના ધરાવે છે. હાઇડ્રેઝિન ઊર્જા સંગ્રહિત કરવાની બીજી રીત હાઇડ્રેઝિનનો ઉપયોગ છે. આ અણુ એમોનિયા સાથે સંબંધિત છે અને એમોનિયા જેટલું જ ઉપયોગી બનવાની ક્ષમતા ધરાવે છે. તે એમોનિયા અને હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડમાંથી અથવા ક્લોરિન આધારિત ઓક્સિડેશન દ્વારા બનાવી શકાય છે. આ તેને વધુ ગાઢ ઊર્જા સંગ્રહિત બળતણ બનાવે છે. હાઈડ્રાઝિનની નકારાત્મકતા એ છે કે તે ખૂબ જ ઝેરી છે અને તે ઓક્સિજન સાથે ખૂબ જ હિંસક રીતે પ્રતિક્રિયા કરશે. આ તેને ઓક્સિજનના નીચા વિસ્તાર જેવા કે જગ્યા માટે આદર્શ બળતણ બનાવે છે. તાજેતરમાં પ્રક્ષેપિત થયેલા ઇરિડિયમ નેક્સ્ટ ઉપગ્રહોમાં ઊર્જાના સ્ત્રોત તરીકે હાઇડ્રેઝિન છે. જો કે ઝેરી હોવા છતાં, આ બળતણમાં ઘણી સંભાવના છે, કારણ કે હાઇડ્રાઝિનને સુરક્ષિત રીતે પરિવહન કરવા અને તેને હાઇડ્રોજન અને એમોનિયામાં રૂપાંતરિત કરવા માટે સલામતીનાં પગલાં પૂરતા પ્રમાણમાં વધારી શકાય છે. સંશોધકોએ ફોટો કેટાલિસિસ સિસ્ટમ સાથે હાઈડ્રાઝિનને વિઘટિત કરવાની રીત શોધી કાઢી છે જે સમગ્ર દૃશ્યમાન-પ્રકાશ પ્રદેશ પર કામ કરે છે. આનો અર્થ એ છે કે સૂર્યપ્રકાશનો ઉપયોગ માત્ર હાઇડ્રેઝિન ઉત્પન્ન કરવા માટે જ નહીં, પણ આ બળતણમાંથી હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટે પણ થઈ શકે છે. હાઈડ્રાઝિનનું વિઘટન ફુલરીન (C60) ધરાવતા પી-એન બાયલેયર સાથે કરવામાં આવે છે, જેને "બકીબોલ્સ" તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, જે એન-પ્રકારનો સેમિકન્ડક્ટર છે અને ઝિંક ફેથાલોસાયનાઇન (ZnPc) જે પી-પ્રકારનો સેમિકન્ડક્ટર છે જે ઓર્ગેનિક ફોટો કેટાલિસિસ સિસ્ટમ બનાવે છે. આ પ્રણાલી વિદ્યુત પ્રવાહ બનાવતા એન-પ્રકારનાં સેમિકન્ડક્ટરમાં ઇલેક્ટ્રોનને ઉત્તેજિત કરવા માટે દૃશ્યમાન પ્રકાશ વિકિરણનો ઉપયોગ કરે છે. પી-પ્રકારના સેમિકન્ડક્ટરમાં બનેલા છિદ્રોને ઉપકરણના કહેવાતા નેફિયોન ભાગની દિશામાં દબાણ કરવામાં આવે છે, જે હાઇડ્રેઝિનને નાઇટ્રોજન ગેસમાં ઓક્સિડાઇઝ કરે છે અને હાઇડ્રોજન આયનોને ઓગળી જાય છે. આ ફ્યુઅલ સેલના પ્રથમ ડબ્બામાં કરવામાં આવ્યું હતું. હાઇડ્રોજન આયન મીઠાના પુલમાંથી બીજા ડબ્બામાં મુસાફરી કરે છે, જે પ્રથમ ડબ્બામાંથી પ્રકાશ સાથેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા મેળવેલા ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા હાઇડ્રોજન ગેસમાં ઘટાડવામાં આવે છે. આમ હાઇડ્રોજનનું નિર્માણ થાય છે, જેનો ઉપયોગ ઇંધણ કોષોમાં થઈ શકે છે. આ આશાસ્પદ અભ્યાસો દર્શાવે છે કે હાઇડ્રેઝિન એક સૌર બળતણ છે જે ઊર્જા સંક્રમણમાં ખૂબ જ ઉપયોગી બનવાની મોટી સંભાવના ધરાવે છે. હાઇડ્રાઝિન માટે એક અલગ અભિગમ સીધા બળતણ કોષો છે. આ કોષો માટેની વિભાવનાઓ 1960ના દાયકાથી વિકસાવવામાં આવી છે. તાજેતરના અભ્યાસો વધુ સારા સીધા હાઈડ્રાઝિન ઇંધણ કોષો પૂરા પાડે છે, ઉદાહરણ તરીકે ઓક્સિડન્ટ તરીકે હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડનો ઉપયોગ. એનોડને બેઝિક અને કેથોડને એસિડિક બનાવવાથી પાવર ડેન્સિટીમાં ઘણો વધારો થયો છે, જે 80 ડિગ્રી સેલ્સિયસ તાપમાન પર લગભગ 1 ડબલ્યુ/સે. મી. 2 ની ઊંચી ટોચ દર્શાવે છે. અગાઉ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ સીધા હાઈડ્રાઝિન ઇંધણ કોષોની મુખ્ય નબળાઈ હાઈડ્રાઝિન અને તેના વ્યુત્પન્નની ઉચ્ચ ઝેરીતા છે. જો કે હાઇડ્રસ હાઈડ્રાઝિન, જે પાણી જેવું પ્રવાહી છે, તે ઉચ્ચ હાઇડ્રોજન ઘનતા જાળવી રાખે છે અને હાલની ઇંધણ માળખાનો ઉપયોગ કરીને સુરક્ષિત રીતે સંગ્રહિત અને પરિવહન કરી શકાય છે. સંશોધકો હાઈડ્રાઝિનને સંડોવતા સ્વ-સંચાલિત બળતણ કોષો માટે પણ લક્ષ્ય રાખે છે. આ ઇંધણ કોષો હાઇડ્રેઝિનનો ઉપયોગ બે રીતે કરે છે, એટલે કે સીધા ઇંધણ કોષ માટે ઇંધણ તરીકે અને વિભાજન લક્ષ્ય તરીકે. આનો અર્થ એ છે કે આ ઇંધણ કોષ સાથે હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટે માત્ર હાઇડ્રેઝિનની જરૂર પડે છે, તેથી કોઈ બાહ્ય શક્તિની જરૂર નથી. આ આયર્ન ડોપ્ડ કોબાલ્ટ સલ્ફાઇડ નેનોશીટ્સના ઉપયોગથી કરવામાં આવે છે. આયર્ન સાથેનું ડોપિંગ હાઇડ્રોજન શોષણ અને હાઇડ્રાઝિન ડિહાઇડ્રોજિનેશનના મુક્ત-ઊર્જાના ફેરફારોને ઘટાડે છે. આ પદ્ધતિમાં 20 કલાકની સ્થિરતા અને 98 ટકા ફેરાડેઇક કાર્યક્ષમતા છે, જે સ્વ-સંચાલિત હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરતા કોષોના શ્રેષ્ઠ અહેવાલિત દાવાઓ સાથે તુલનાત્મક છે. આલ્કલાઇન, પી. ઇ. એમ. અને એસ. ઓ. ઇ. સી. ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સનો ઉપયોગ કરીને સૌર ફોટોવોલ્ટેઇક સાથે હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન માટે પાણીનું ઇલેક્ટ્રોલિસિસ; સૌર પ્રકાશનો આ મૂળભૂત ઉપયોગ પાણીને હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનમાં અલગ કરવા માટે પેદા થતી વિદ્યુત શક્તિનો ઉપયોગ વરાળ સુધારણા દ્વારા હાઇડ્રોજન કેપ્ચર કરતાં થોડો વધુ કાર્યક્ષમ સાબિત થયો છે. હાઇડ્રોજનની આલ્કલાઇન ઉત્પાદન તકનીકની કિંમત ઓછી હોય છે અને તેને પરિપક્વ માનવામાં આવે છે. આનું પરિણામ એ છે કે PEM તકનીકનો ઉપયોગ કરતી વખતે સમયના એકમ દીઠ ઉપજ નોંધપાત્ર રીતે વધારે છે. જો કે, PEM તકનીકમાં કાટની કોઈ સમસ્યા નથી અને તે વધુ કાર્યક્ષમ છે, જ્યારે આલ્કલાઇન ઉત્પાદન તકનીકમાં કાટ અને ખરાબ કાર્યક્ષમતાનો ગેરલાભ છે. તે ઉપરાંત, PEM ટેકનોલોજી ઝડપી સ્ટાર્ટ-અપ અને સરળ જાળવણી ધરાવે છે. જોકે, જથ્થાબંધ ઉત્પાદનમાં આલ્કલાઇન હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન તકનીક શ્રેષ્ઠ છે. હેલિઓજેન સૌર હેલિઓસ્ટેટ્સના ઉપયોગમાં સફળતાનો દાવો કરે છે, જેનો ઉપયોગ સૂર્યપ્રકાશને ટાવર સુધી પહોંચાડવા માટે થાય છે, જેથી હાઇડ્રોજનના ઉત્પાદનમાં 1000 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી વધુ તાપમાન સુધી પહોંચી શકાય. 2500 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી વધુ તાપમાન વીજળીનો ઉપયોગ કર્યા વિના થર્મોકેમિકલી પાણીને હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનમાં વિભાજિત કરી શકે છે. આ થર્મોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓ માટે જરૂરી ઉચ્ચ તાપમાન સુધી પહોંચવા માટે સૂર્યપ્રકાશને પુનઃદિશામાન કરવા માટે પરમાણુ ઉર્જા પ્લાન્ટની ગરમીનો ઉપયોગ કરીને અથવા અનુકૂલનશીલ સૌર દર્પણ ક્ષેત્રો દ્વારા આ કરી શકાય છે. જો કે, હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવાની આ રીત તેની પ્રારંભિક અવસ્થામાં છે અને તે હજુ સુધી સાબિત થયું નથી કે આ ઉત્પાદન હાઇડ્રોજન નફાકારક અને કાર્યક્ષમ છે, કારણ કે તેને અન્ય, પરિપક્વ તકનીકો સાથે સ્પર્ધા કરવી પડશે. કાર્બન-તટસ્થ બળતણ ફોટોકેટેલિટિક પાણીનું વિભાજન નવીનીકરણીય ઊર્જા સૌર રાસાયણિક સૌર-હાઇડ્રોજન ઊર્જા ચક્ર સંદર્ભો વૈકલ્પિક ઇંધણ ફોટોકેમિસ્ટ્રી નવીનીકરણીય ઊર્જા ટેકનોલોજી નવીનીકરણીય ઇંધણ ઇંધણ ઉત્પાદન