Solar chemical
સૌર રાસાયણિક સંખ્યાબંધ સંભવિત પ્રક્રિયાઓનો ઉલ્લેખ કરે છે જે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયામાં સૂર્યપ્રકાશને શોષીને સૌર ઊર્જાનો ઉપયોગ કરે છે. આ વિચાર કલ્પનાત્મક રીતે છોડમાં પ્રકાશસંશ્લેષણ જેવો જ છે, જે સૌર ઊર્જાને ગ્લુકોઝના અણુઓના રાસાયણિક બંધમાં રૂપાંતરિત કરે છે, પરંતુ જીવંત જીવોનો ઉપયોગ કર્યા વિના, તેથી જ તેને કૃત્રિમ પ્રકાશસંશ્લેષણ પણ કહેવામાં આવે છે. ઝિંક જેવા ધાતુના ઉત્પ્રેરકની હાજરીમાં પાણીને તેના ઘટક હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનમાં વિભાજિત કરવા માટે જરૂરી ઊર્જા પ્રદાન કરવા માટે કેન્દ્રિત સૂર્યપ્રકાશનો ઉપયોગ કરવો એ એક આશાસ્પદ અભિગમ છે. આ સામાન્ય રીતે બે તબક્કાની પ્રક્રિયામાં કરવામાં આવે છે જેથી હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજન એક જ ચેમ્બરમાં ઉત્પન્ન ન થાય, જે વિસ્ફોટનું જોખમ ઊભું કરે છે. અન્ય અભિગમમાં આ પ્રક્રિયામાં બનાવેલ હાઇડ્રોજનને લેવાનો અને તેને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ સાથે જોડીને મિથેન બનાવવાનો સમાવેશ થાય છે. આ અભિગમનો ફાયદો એ છે કે વીજ ઉત્પાદન માટે મિથેનના પરિવહન અને દહન માટે એક સ્થાપિત માળખું છે, જે હાઇડ્રોજન માટે સાચું નથી. આ બંને અભિગમોમાં એક મુખ્ય ખામી ઊર્જા સંગ્રહની મોટાભાગની પદ્ધતિઓમાં સામાન્ય છેઃ ઊર્જા સંગ્રહ અને વીજળી ઉત્પાદન વચ્ચે એક વધારાનું પગલું ઉમેરવાથી એકંદર પ્રક્રિયાની કાર્યક્ષમતામાં ભારે ઘટાડો થાય છે. પૃષ્ઠભૂમિ 1909ની શરૂઆતમાં, ડાયન્થ્રેસીનમાં એન્થ્રેસીનના ડાયમેરાઇઝેશનની સૌર ઊર્જાના સંગ્રહના સાધન તરીકે તેમજ નેફ્થલીન શ્રેણીના ફોટોડાયમેરાઇઝેશન તરીકે તપાસ કરવામાં આવી હતી. 70 અને 80 ના દાયકામાં અન્ય ઉલટાવી શકાય તેવા રાસાયણિક, નોર્બોર્નાડીનથી ક્વાડ્રિસાયક્લેન પરિવર્તન ચક્રમાંથી બળતણ બનાવવામાં આવ્યું હતું, પરંતુ આ નિષ્ફળ ગયું કારણ કે ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયામાં ઓછી ક્ષમતા હતી. રુથેનિયમ આધારિત અણુઓનો પણ પ્રયાસ કરવામાં આવ્યો હતો, પરંતુ આને નકારી કાઢવામાં આવ્યું હતું કારણ કે રુથેનિયમ દુર્લભ અને ખૂબ ભારે બંને સામગ્રી છે. પાછલા દાયકામાં, સૌર ઊર્જા સંગ્રહના આ અગાઉ જાણીતા ખ્યાલના નવા અભિગમ તરીકે નવી વર્ણસંકર નેનોસ્ટ્રક્ચરની થિયરી કરવામાં આવી હતી. રાસાયણિક સંગ્રહ ફોટોડીમેરાઇઝેશન એ ડાયમરની પ્રકાશ પ્રેરિત રચના છે અને ફોટોઆઇસોમેરાઇઝેશન એ આઇસોમર્સની પ્રકાશ પ્રેરિત રચના છે. જ્યારે ફોટોડીમેરાઇઝેશન સૂર્યપ્રકાશમાંથી ઉર્જાને નવા રાસાયણિક બોન્ડ્સમાં સંગ્રહિત કરે છે, ત્યારે ફોટોઆઇસોમેરાઇઝેશન હાલના રાસાયણિક બોન્ડ્સને ઉચ્ચ ઊર્જા રૂપરેખાંકનમાં પુનઃસ્થાપિત કરીને સૌર ઊર્જાને સંગ્રહિત કરે છે. આઇસોમર ઊર્જા સંગ્રહિત કરવા માટે, તે ઉપર બતાવ્યા પ્રમાણે મેટાસ્ટેબલ હોવું આવશ્યક છે. આ બળતણ આઇસોમરની સ્થિરતા અને જ્યારે બળતણનો ઉપયોગ કરવાનો સમય હોય ત્યારે પ્રતિક્રિયાને ઉલટાવવા માટે કેટલી ઊર્જા મૂકવી જોઈએ તે વચ્ચે વિનિમયમાં પરિણમે છે. આઇસોમર તેના બંધમાં તાણ ઊર્જા તરીકે ઊર્જાનો સંગ્રહ કરે છે. બોન્ડ્સ જેટલા વધુ તાણમાં હોય છે તેટલી વધુ ઊર્જા તેઓ સંગ્રહિત કરી શકે છે, પરંતુ અણુ ઓછો સ્થિર હોય છે. સક્રિયકરણ ઊર્જા, Ea, નો ઉપયોગ પ્રતિક્રિયા માટે આગળ વધવું કેટલું સરળ અથવા મુશ્કેલ છે તે દર્શાવવા માટે થાય છે. જો સક્રિયકરણ ઊર્જા ખૂબ ઓછી હોય તો બળતણ સ્વયંભૂ વધુ સ્થિર સ્થિતિમાં જવાનું વલણ ધરાવે છે, જે સંગ્રહ માધ્યમ તરીકે મર્યાદિત ઉપયોગીતા પૂરી પાડે છે. જો કે, જો સક્રિયકરણ ઊર્જા ખૂબ મોટી હોય, તો બળતણમાંથી ઊર્જા કાઢવા માટે ખર્ચવામાં આવતી ઊર્જા બળતણ સંગ્રહિત કરી શકે તેવી ઊર્જાની માત્રાને અસરકારક રીતે ઘટાડશે. સૌર ઇંધણ માટે ઉપયોગી અણુ શોધવા માટે ઉપજ, અણુનું પ્રકાશ શોષણ, મેટાસ્ટેબલ સ્થિતિમાં અણુની સ્થિરતા અને અણુનું અધઃપતન કર્યા વિના કેટલી વાર સાયકલ ચલાવી શકાય તે વચ્ચે યોગ્ય સંતુલન શોધવું જરૂરી છે. એઝોબેન્ઝિન અને તેના વ્યુત્પન્ન જેવા અન્ય સંયોજનોમાં વિવિધ કીટોન, એઝેપિન્સ અને નોર્બોર્નાડિએન્સની સંભવિત ઊર્જા સંગ્રહિત આઇસોમર્સ તરીકે તપાસ કરવામાં આવી છે. સૌર ઊર્જા સંગ્રહ પ્રક્રિયાઓ માટે નોર્બોર્નાડાઈન-ક્વાડ્રિસાઈક્લેન દંપતી અને તેના વ્યુત્પન્નની વ્યાપક તપાસ કરવામાં આવી છે. સૂર્યપ્રકાશમાંથી કાઢવામાં આવેલી ઊર્જાનો ઉપયોગ કરીને નોર્બોર્નાડાઈનને ક્વાડ્રિસાયક્લેનમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે, અને ક્વાડ્રિસાયક્લેન (લગભગ 110 કેજે/મોલ) માં સંગ્રહિત તાણ ઊર્જાનું નિયંત્રિત પ્રકાશન કારણ કે તે નોર્બોર્નાડાઈનમાં પાછું આરામ કરે છે જે પછીથી ઉપયોગ માટે ફરીથી ઊર્જા કાઢવાની મંજૂરી આપે છે. એઝોબેન્ઝિન અને નોર્બોનાડીન-ક્વાડ્રિસાયક્લેન બંને પ્રણાલીઓમાં સંશોધન 1980ના દાયકામાં અધોગતિ, અસ્થિરતા, ઓછી ઊર્જાની ઘનતા અને ખર્ચની સમસ્યાઓને કારણે અવ્યવહારુ તરીકે છોડી દેવામાં આવ્યું હતું. કમ્પ્યુટિંગ પાવરમાં તાજેતરની પ્રગતિ સાથે, સૌર થર્મલ ઇંધણ માટે સામગ્રી શોધવામાં નવેસરથી રસ જાગ્યો છે. 2011 માં, એમ. આઈ. ટી. ના સંશોધકોએ સમય-આધારિત ઘનતા કાર્યાત્મક સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ કર્યો હતો, જે કાર્બન નેનોટ્યૂબ (સી. એન. ટી.) નમૂનાઓ સાથે બંધાયેલા એઝોબેન્ઝિન અણુઓથી બનેલી પ્રણાલીની રચના કરવા માટે અણુ સ્તરે પ્રણાલીઓનું મોડેલ બનાવે છે. સી. એન. ટી. સબસ્ટ્રેટ્સ પડોશી અણુઓ વચ્ચે કસ્ટમાઇઝ કરી શકાય તેવી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને મંજૂરી આપશે જે બળતણના ગુણધર્મોને સારી રીતે ગોઠવવામાં મદદ કરે છે, ઉદાહરણ તરીકે સંગ્રહિત ઊર્જાની માત્રામાં વધારો. પ્રાયોગિક પ્રક્રિયાઓ દ્વારા, સંશોધકો સિદ્ધાંતનો પ્રથમ પુરાવો મેળવવા સક્ષમ હતા કે વર્ણસંકર નેનોસ્ટ્રક્ચર કાર્યાત્મક થર્મલ ઇંધણ તરીકે કામ કરે છે. એઝોબેન્ઝીનને તરંગલંબાઇને શોષવાનો ફાયદો છે જે સૂર્યપ્રકાશમાં ખૂબ જ વિપુલ પ્રમાણમાં હોય છે, જ્યારે આવું થાય છે ત્યારે અણુ ટ્રાન્સ-આઇસોમરથી સિસ-આઇસોમરમાં પરિવર્તિત થાય છે જે લગભગ 0.6 eV ની ઉચ્ચ ઊર્જા સ્થિતિ ધરાવે છે. અણુને તેની મૂળ સ્થિતિમાં પાછા લાવવા માટે, એટલે કે. તેણે એકત્રિત કરેલી ઊર્જાને મુક્ત કરો, ત્યાં થોડા વિકલ્પો છે. પ્રથમ ગરમી લાગુ કરવાની છે પરંતુ તે કિંમત સાથે સંકળાયેલ છે, જે પ્રકાશનમાંથી ઉત્પન્ન થનારી ગરમીની માત્રાની તુલનામાં ખર્ચ કાર્યક્ષમ નથી. બીજો, વધુ અસરકારક વિકલ્પ એ ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરવાનો છે જે થર્મલ અવરોધને ઘટાડે છે અને ગરમીને મુક્ત કરવાની મંજૂરી આપે છે, લગભગ સ્વીચની જેમ. સિસથી ટ્રાન્સ તરફનું સંક્રમણ વાદળી દૃશ્યમાન પ્રકાશ દ્વારા પણ શરૂ થઈ શકે છે. આ પ્રણાલી લિથિયમ-આયન બેટરીની સરખામણીમાં ઊર્જાની ઘનતા પૂરી પાડે છે, જ્યારે સાથે સાથે સક્રિય ઇંધણની સ્થિરતાને થોડી મિનિટોથી વધારીને એક વર્ષથી વધુ કરે છે અને નોંધપાત્ર અધોગતિ વિના મોટી સંખ્યામાં ચક્ર માટે પરવાનગી આપે છે. સબસ્ટ્રેટ્સ અને ફોટોએક્ટિવ અણુઓના વિવિધ સંભવિત સંયોજનોની તપાસ કરીને વધુ સુધારણાની શોધમાં વધુ સંશોધન કરવામાં આવી રહ્યું છે. એપ્લિકેશન્સ સૌર રાસાયણિક ઇંધણ માટે સંભવિત અને વર્તમાન બંને એપ્લિકેશન્સની વિશાળ વિવિધતા છે. આ તકનીકનો એક મુખ્ય ફાયદો તેની માપનીયતા છે. ઊર્જાનો સંગ્રહ કરી શકાય છે અને પછી જ્યારે જરૂર પડે ત્યારે તેને ગરમીમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે, તે નાના ચાલુ એકમો માટે આદર્શ છે. તેમાં પોર્ટેબલ સ્ટોવ અથવા નાના પર્સનલ હીટરનો સમાવેશ થાય છે, જેને તડકામાં ચાર્જ કરી શકાય છે અને તે ઓફ-ગ્રીડ વિસ્તારોમાં તબીબી સ્વચ્છતા પૂરી પાડે છે, અને એમ. આઈ. ટી. ખાતે વિકસાવવામાં આવેલી સિસ્ટમનો ઓટોમોબાઇલ્સમાં વિન્ડો ડી-આઇસિંગ સિસ્ટમ તરીકે ઉપયોગ કરવાની યોજનાઓ પણ કાર્યરત છે. તેમાં મોટા ઘરો અથવા ઇમારતોને ગરમ કરવાની અથવા પાણીના જળાશયોને ગરમ કરવાની ક્ષમતા પણ છે. સૌર ઉષ્મીય ઇંધણ આદર્શ રીતે અધોગતિ વિના અનિશ્ચિત સમય સુધી ચક્ર ચલાવવા માટે સક્ષમ હશે, જે તેને મોટા પાયે અમલીકરણ માટે આદર્શ બનાવે છે જેને સામાન્ય રીતે સંગ્રહના અન્ય સ્વરૂપોના વધુ સ્થાનાંતરણની જરૂર પડશે. સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ એએનયુ થર્મોકેમિકલ એનર્જી સ્ટોરેજ સિસ્ટમ-ઓસ્ટ્રેલિયન નેશનલ યુનિવર્સિટી, કેનબેરા. લેબોરેટરી ફોર સોલર ટેકનોલોજી-પોલ શેરર ઇન્સ્ટિટ્યૂટ, વિલિજેન, સ્વિટ્ઝર્લૅન્ડ. પાવર એન્ડ એનર્જી મેગેઝિન, પોલ શેરર ઇન્સ્ટિટ્યૂટ વર્ક સોલર કેમિસ્ટ્રી પ્રોજેક્ટ પ્લાટાફોર્મા સોલર ડી અલ્મેરિયા, સ્પેન, ઇસરાકાસ્ટ-ઇઝરાયેલ, હાઇડ્રોજન સોલર-યુકે પર માર્ચ 2004 નો લેખ. ફોટોવોલ્ટેઇક ઇંધણનું ઉત્પાદન