Solar fuel
شمسی ایندھن ایک مصنوعی کیمیائی ایندھن ہے جو شمسی توانائی سے تیار ہوتا ہے۔ شمسی ایندھن فوٹو کیمیکل کے ذریعے تیار کیے جا سکتے ہیں (یعنی۔ فوٹونوں کے ذریعے بعض کیمیائی تعاملات کو چالو کرنا)، فوٹو بائیولوجیکل (یعنی مصنوعی فوٹو سنتھیسز)، اور الیکٹرو کیمیکل رد عمل (یعنی۔ کیمیائی رد عمل کو چلانے کے لیے شمسی پینل سے بجلی کا استعمال کرنا)۔ شمسی ایندھن تھرمو کیمیکل رد عمل کے ذریعے بھی تیار کیے جا سکتے ہیں (یعنی، کیمیائی رد عمل کو چلانے کے لیے مرتکز شمسی تھرمل توانائی کے ذریعے فراہم کردہ شمسی حرارت کے استعمال کے ذریعے)۔ روشنی کو توانائی کے ذریعہ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، جس میں شمسی توانائی کو کیمیائی توانائی میں منتقل کیا جاتا ہے، عام طور پر پروٹون کو ہائیڈروجن، یا کاربن ڈائی آکسائیڈ کو نامیاتی مرکبات میں کم کرکے۔ شمسی ایندھن کو بعد میں استعمال کے لیے تیار اور ذخیرہ کیا جا سکتا ہے، جب سورج کی روشنی دستیاب نہیں ہوتی ہے، جس سے یہ جیواشم ایندھن اور بیٹریوں کا متبادل بن جاتا ہے۔ اس طرح کے ایندھن کی مثالیں ہائیڈروجن، امونیا اور ہائیڈرازین ہیں۔ ان رد عمل کو پائیدار، ماحول دوست طریقے سے انجام دینے کے لیے متنوع فوٹو کیٹالسٹ تیار کیے جا رہے ہیں۔ جائزہ جیواشم ایندھن کے زوال پذیر ذخائر پر دنیا کا انحصار نہ صرف ماحولیاتی مسائل بلکہ جغرافیائی سیاسی مسائل کو بھی جنم دیتا ہے۔ شمسی ایندھن، خاص طور پر ہائیڈروجن، کو جیواشم ایندھن کی جگہ لینے کے لیے توانائی کے ایک متبادل ذریعہ کے طور پر دیکھا جاتا ہے، خاص طور پر جہاں ذخیرہ ضروری ہے۔ بجلی براہ راست سورج کی روشنی سے فوٹو وولٹک کے ذریعے پیدا کی جا سکتی ہے، لیکن توانائی کی یہ شکل ہائیڈروجن کے مقابلے میں ذخیرہ کرنے کے لیے ناکارہ ہے۔ شمسی ایندھن جب اور جہاں سورج کی روشنی دستیاب ہو وہاں تیار کیا جا سکتا ہے، اور بعد میں استعمال کے لیے ذخیرہ اور نقل و حمل کیا جا سکتا ہے۔ اس سے یہ بہت زیادہ آسان ہو جاتا ہے، کیونکہ اسے ایسے حالات میں استعمال کیا جا سکتا ہے جہاں براہ راست سورج کی روشنی دستیاب نہ ہو۔ سب سے زیادہ وسیع پیمانے پر تحقیق شدہ شمسی ایندھن ہائیڈروجن ہیں، کیونکہ اس ایندھن کو استعمال کرنے کا واحد پروڈکٹ پانی ہے، اور فوٹو کیمیکل کاربن ڈائی آکسائیڈ میں کمی کی مصنوعات، جو کہ میتھین اور پروپین جیسے زیادہ روایتی ایندھن ہیں۔ آنے والی تحقیق میں امونیا اور متعلقہ مادے بھی شامل ہیں (یعنی۔ ہائیڈرازین)۔ یہ ہائیڈروجن کو ذخیرہ کرنے کا زیادہ کمپیکٹ اور محفوظ طریقہ بن کر ہائیڈروجن کے ساتھ آنے والے چیلنجوں سے نمٹ سکتے ہیں۔ براہ راست امونیا ایندھن کے خلیوں پر بھی تحقیق کی جا رہی ہے۔ شمسی ایندھن براہ راست یا بالواسطہ عمل کے ذریعے تیار کیے جا سکتے ہیں۔ براہ راست عمل درمیانی توانائی کے تبادلوں کے بغیر ایندھن پیدا کرنے کے لیے سورج کی روشنی میں موجود توانائی کا استعمال کرتے ہیں۔ شمسی تھرما کیمسٹری شمسی ری ایکٹر سے متصل رسیور کو گرم کرنے کے لیے براہ راست سورج کی حرارت کا استعمال کرتی ہے جہاں تھرما کیمیکل عمل انجام دیا جاتا ہے۔ اس کے برعکس، بالواسطہ عمل میں شمسی توانائی کو پہلے توانائی کی دوسری شکل میں تبدیل کیا جاتا ہے (جیسے بائیو ماس یا بجلی) جسے پھر ایندھن تیار کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ بالواسطہ عمل کو نافذ کرنا آسان رہا ہے لیکن براہ راست طریقہ کار سے کم موثر ہونے کا نقصان ہے۔ لہذا، براہ راست طریقوں کو ان کے کم موثر ہم منصبوں کے مقابلے میں زیادہ دلچسپ سمجھا جانا چاہیے۔ اس لیے نئی تحقیق اس براہ راست تبدیلی پر زیادہ توجہ مرکوز کرتی ہے، بلکہ ان ایندھنوں پر بھی جو پاور گرڈ کو متوازن کرنے کے لیے فوری طور پر استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ ہائیڈروجن کی پیداوار فوٹو الیکٹرو کیمیکل شمسی فوٹو الیکٹرو کیمیکل عمل میں، ہائیڈروجن کو الیکٹرولیسس کے ذریعے تیار کیا جا سکتا ہے۔ اس عمل میں سورج کی روشنی کو استعمال کرنے کے لیے، ایک فوٹو الیکٹرو کیمیکل سیل استعمال کیا جا سکتا ہے، جہاں ایک فوٹوسنسیٹائزڈ الیکٹروڈ روشنی کو برقی کرنٹ میں تبدیل کرتا ہے جو پھر پانی کی تقسیم کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ ایسی ہی ایک قسم کا خلیہ ڈائی سینسیٹائزڈ سولر سیل ہے۔ یہ ایک بالواسطہ عمل ہے، کیونکہ یہ بجلی پیدا کرتا ہے جسے پھر ہائیڈروجن بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ سورج کی روشنی کا استعمال کرتے ہوئے ایک اور بالواسطہ عمل فوٹو سنتھیٹک حیاتیات کا استعمال کرتے ہوئے بائیو ماس کو بائیو فیول میں تبدیل کرنا ہے۔ تاہم، فوٹو سنتھیسز کے ذریعے حاصل کی جانے والی زیادہ تر توانائی زندگی کو برقرار رکھنے کے عمل میں استعمال ہوتی ہے اور اس وجہ سے توانائی کے استعمال کے لیے ضائع ہو جاتی ہے۔ سیمی کنڈکٹر کو فوٹوسینٹائزر کے طور پر بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔ جب کسی سیمی کنڈکٹر کو بینڈ گیپ سے زیادہ توانائی والے فوٹون سے مارا جاتا ہے، تو ایک الیکٹران کنڈکشن بینڈ کے لیے پرجوش ہوتا ہے اور ویلینس بینڈ میں ایک سوراخ پیدا ہوتا ہے۔ بینڈ موڑنے کی وجہ سے، الیکٹران اور سوراخ سطح پر منتقل ہوتے ہیں، جہاں ان چارجز کو پانی کے مالیکیولز کو تقسیم کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ بہت سے مختلف مواد کی جانچ کی گئی ہے، لیکن ابھی تک کسی نے بھی عملی اطلاق کے تقاضے نہیں دکھائے ہیں۔ فوٹو کیمیکل فوٹو کیمیکل عمل میں، سورج کی روشنی کو براہ راست پانی کو ہائیڈروجن اور آکسیجن میں تقسیم کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ چونکہ پانی کا جذب سپیکٹرم سورج کے اخراج سپیکٹرم کے ساتھ اوورلیپ نہیں ہوتا ہے، اس لیے پانی کی براہ راست علیحدگی نہیں ہو سکتی ؛ فوٹوسنسیٹائزر استعمال کرنے کی ضرورت ہے۔ اس طرح کے کئی اتپریرک تصور کے ثبوت کے طور پر تیار کیے گئے ہیں، لیکن ابھی تک تجارتی استعمال کے لیے بڑے نہیں کیے گئے ہیں ؛ اس کے باوجود، ان کی نسبتا سادگی ممکنہ کم لاگت اور توانائی کی تبدیلی کی کارکردگی میں اضافے کا فائدہ دیتی ہے۔ تصور کا ایسا ہی ایک ثبوت نوسیرا اور ساتھی کارکنوں کے ذریعہ تیار کردہ "مصنوعی پتی" ہے: دھاتی آکسائڈ پر مبنی اتپریرک اور سیمی کنڈکٹر شمسی خلیے کا ایک مجموعہ روشنی پر ہائیڈروجن پیدا کرتا ہے، جس میں آکسیجن واحد ضمنی مصنوع ہے۔ فوٹو بائیولوجیکل فوٹو بائیولوجیکل عمل میں، ہائیڈروجن فوٹو بائیوریکٹرز میں فوٹو سنتھیٹک مائکروجنزموں (گرین مائیکرو ایلگی اور سائانوبیکٹیریا) کا استعمال کرتے ہوئے تیار کیا جاتا ہے۔ ان میں سے کچھ جاندار کلچر کے حالات کو تبدیل کرنے پر ہائیڈروجن پیدا کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، کلیمیڈوموناس رین ہارڈٹی سلفر کی کمی کے تحت ہائیڈروجن کو انیروبی طور پر پیدا کرتا ہے، یعنی جب خلیوں کو نشوونما کے ایک ذریعہ سے دوسرے ذریعہ میں منتقل کیا جاتا ہے جس میں سلفر نہیں ہوتا ہے، اور وہ ماحولیاتی آکسیجن تک رسائی کے بغیر اگائے جاتے ہیں۔ ایک اور طریقہ یہ تھا کہ ڈیازوٹروفک سائانوبیکٹیریم نوسٹوک پنکٹیفارم میں ہائیڈروجن آکسیڈائزنگ (اپٹیک) ہائیڈروجنز انزائم کی سرگرمی کو ختم کیا جائے، تاکہ یہ نائٹروجن فکسنگ کے حالات میں قدرتی طور پر نائٹروجنز انزائم کے ذریعہ تیار کردہ ہائیڈروجن کا استعمال نہ کرے۔ یہ این۔ پنکٹیفارم میوٹینٹ پھر دکھائی دینے والی روشنی سے روشن ہونے پر ہائیڈروجن پیدا کر سکتا ہے۔ ایک اور اتپریورتن سیانوبیکٹیریا، سینکوسسٹس، ہائیڈروجن تیار کرنے کے لیے بیکٹیریا روبری ویویکس جیلیٹینوسس سی بی ایس کے جین استعمال کر رہا ہے۔ سی بی ایس بیکٹیریا کاربن مونو آکسائیڈ کے آکسیکرن کے ذریعے ہائیڈروجن پیدا کرتے ہیں۔ محققین ان جینوں کو سینکو سسٹس میں لاگو کرنے کے لیے کام کر رہے ہیں۔ اگر ان جینوں کو لاگو کیا جا سکتا ہے، تو ہائیڈروجن کی پیداوار میں آکسیجن کی روک تھام کے مسائل پر قابو پانے کے لیے کچھ کوشش کرنی پڑے گی، لیکن یہ اندازہ لگایا گیا ہے کہ یہ عمل ممکنہ طور پر 10 فیصد شمسی توانائی حاصل کر سکتا ہے۔ یہ فوٹو بائیولوجیکل تحقیق کو ہائیڈروجن پروڈکشن ایکسپلوریشن کی ایک بہت ہی دلچسپ اور امید افزا شاخ بناتا ہے۔ اب بھی الگل ہائیڈروجن کی پیداوار کی قلیل مدتی نوعیت پر قابو پانے کے بہت سے مسائل ہیں اور تحقیق ابتدائی مراحل میں ہے۔ تاہم، یہ تحقیق ان قابل تجدید اور ماحول دوست عمل کو صنعتی بنانے کا ایک قابل عمل طریقہ فراہم کرتی ہے۔ تھرمو کیمیکل شمسی تھرمو کیمیکل عمل میں، پانی کو ہائیڈروجن اور آکسیجن میں تقسیم کیا جاتا ہے، بجلی کے بجائے براہ راست شمسی حرارت کا استعمال کرتے ہوئے، ایک اعلی درجہ حرارت والے شمسی ری ایکٹر کے اندر جو ہیلیوسٹیٹس کے شمسی میدان سے انتہائی مرتکز شمسی بہاؤ حاصل کرتا ہے جو ری ایکٹر میں انتہائی مرتکز سورج کی روشنی کو مرکوز کرتا ہے۔ دو سب سے زیادہ امید افزا راستے دو مرحلہ سیریم آکسائیڈ سائیکل اور کاپر کلورین ہائبرڈ سائیکل ہیں۔ سیریم آکسائڈ سائیکل کے لیے پہلا قدم سی ای او 3 کو سی ای 2 او 3 میں 1400 ڈگری سیلسیس سے زیادہ پر اتارنا ہے۔ دھاتی آکسائڈ کو کم کرنے کے لیے تھرمل کمی کے قدم کے بعد، ہائیڈروجن تقریبا 800 ڈگری سیلسیس پر ہائیڈرولیسس کے ذریعے تیار کیا جاتا ہے۔ کاپر کلورائڈ سائیکل کے لیے کم درجہ حرارت (~ 500 °C) کی ضرورت ہوتی ہے، جو اس عمل کو زیادہ موثر بناتا ہے، لیکن سائیکل میں زیادہ مراحل ہوتے ہیں اور یہ سیریم آکسائڈ سائیکل سے بھی زیادہ پیچیدہ ہوتا ہے۔ چونکہ ہائیڈروجن کی تیاری میں مسلسل کارکردگی کی ضرورت ہوتی ہے، اس لیے شمسی تھرما کیمیکل عمل میں تھرمل توانائی کا ذخیرہ شامل ہوتا ہے۔ ایک اور تھرمو کیمیکل طریقہ میتھین کی شمسی اصلاح کا استعمال کرتا ہے، یہ ایک ایسا عمل ہے جو روایتی جیواشم ایندھن کی اصلاح کے عمل کی نقل کرتا ہے لیکن شمسی حرارت کو تبدیل کرتا ہے۔ نیچر میں نومبر 2021 کی اشاعت میں، سوئس تکنیکی یونیورسٹی ای ٹی ایچ زیورخ کے ایلڈو اسٹین فیلڈ نے ایک مصنوعی فوٹو سنتھیسز کی اطلاع دی جہاں کاربن ڈائی آکسائیڈ اور ہوا سے جذب ہونے والے پانی کے بخارات کو ہائیڈروجن اور کاربن مونو آکسائیڈ پیدا کرنے کے لیے مرتکز شمسی توانائی کے ذریعے گرم کیے گئے سیریم آکسائیڈ اتپریرک کے اوپر سے گزارا جاتا ہے، جسے فشر-ٹراپس کے عمل کے ذریعے پیچیدہ ہائیڈرو کاربن میں تبدیل کیا جاتا ہے جو میتھانول، ایک مائع ایندھن بناتا ہے۔ اسکیلنگ 2019 میں صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحرائے صحر ایک مصنف، فلپ فرلر، ماہر سنیلیون کی قیادت کرتا ہے، جو 2022 میں کولون کے مغرب میں جولیچ میں شمسی ایندھن کی پیداوار کی سہولت تعمیر کر رہا تھا، اس سے پہلے اسپین میں ایک اور۔ لوفتھانسا گروپ کا حصہ سوئس ایئر لائنز کو 2023 میں اس کا پہلا گاہک بننا چاہیے۔ کاربن ڈائی آکسائیڈ میں کمی کاربن ڈائی آکسائیڈ (CO2) کو مناسب فوٹو کیٹالسٹس کا استعمال کرتے ہوئے کاربن مونو آکسائیڈ (CO) اور دیگر کم شدہ مرکبات، جیسے میتھین میں کم کیا جا سکتا ہے۔ ایک ابتدائی مثال کاربن ڈائی آکسائیڈ کو کم کرنے کے لیے ٹرس (بائیپیریڈائن) روتھینیم (II) کلورائڈ (آر یو (بائیپی) 3 سی ایل 2) اور کوبالٹ کلورائڈ (سی او سی ایل 2) کا استعمال تھا۔ حالیہ برسوں میں کاربن ڈائی آکسائیڈ کو کاربن ڈائی آکسائیڈ میں تبدیل کرنے کے لیے بہت سے نئے اتپریرک پائے گئے ہیں، جس کے بعد کاربن ڈائی آکسائیڈ کو ہائیڈرو کاربن بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، مثال کے طور پر فشر-ٹراپس عمل۔ شمسی توانائی سے کاربن ڈائی آکسائیڈ میں کمی کے لیے سب سے زیادہ امید افزا نظام برقی کیمیائی خلیے (پی وی + ای سی) کے ساتھ فوٹو وولٹک خلیے کا امتزاج ہے۔ فوٹو وولٹک سیل کے لیے انتہائی موثر جی اے آئی این پی/جی اے اے ایس/جی ای سولر سیل کا استعمال کیا گیا ہے، لیکن بہت سے دوسرے سیریز سے منسلک اور/یا ٹینڈم (ملٹی جنکشن) پی وی آرکیٹیکچرز کو مطلوبہ وولٹیج اور کرنٹ کی کثافت فراہم کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے تاکہ سی او 2 میں کمی کے رد عمل کو چلایا جا سکے اور مصنوعات کا معقول اخراج فراہم کیا جا سکے۔ شمسی خلیات/پینلز کو الیکٹرولائزر کے ساتھ براہ راست رابطے میں رکھا جا سکتا ہے، جو سسٹم کی کمپیکٹنس اور دونوں ٹیکنالوجیز کے تھرمل مینجمنٹ کے لحاظ سے فوائد لا سکتا ہے، یا علیحدہ طور پر مثال کے طور پر پی وی کو سورج کی روشنی کے سامنے رکھ کر اور ای سی سسٹم کو گھر کے اندر محفوظ کر کے۔ فی الحال سب سے بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کرنے والا الیکٹرو کیمیکل سیل گیس ڈفیوژن الیکٹروڈ (جی ای ڈی) فلو سیل ہے۔ جس میں کاربن ڈائی آکسائیڈ کاربن ڈائی آکسائیڈ پیدا کرنے کے لیے اے جی نینو پارٹیکلز پر رد عمل ظاہر کرتی ہے۔ 20 گھنٹے کے بعد سرگرمی میں کم سے کم نقصان کے ساتھ، 19 فیصد تک کی شمسی سے کاربن ڈائی آکسائیڈ کی استعداد تک پہنچ گئی ہے۔ کاربن ڈائی آکسائیڈ کی مائکروویو پلازما سے چلنے والی علیحدگی کا استعمال کرتے ہوئے اتپریرک کے بغیر بھی کاربن ڈائی آکسائیڈ تیار کی جا سکتی ہے۔ یہ عمل نسبتا موثر ہے، جس میں بجلی سے سی او کی کارکردگی 50 فیصد تک ہے، لیکن کم تبدیلی کے ساتھ تقریبا 10 فیصد ہے۔ یہ کم تبدیلیاں مثالی نہیں ہیں، کیونکہ کاربن ڈائی آکسائیڈ اور کاربن ڈائی آکسائیڈ کو بڑے پیمانے پر موثر طریقے سے الگ کرنا مشکل ہے۔ اس عمل کا بڑا فائدہ یہ ہے کہ اسے کافی تیزی سے بند اور آن کیا جا سکتا ہے اور اس میں کم مواد استعمال نہیں ہوتا ہے۔ (کمزور آئنائزڈ) پلازما مائکروویوز کا استعمال کرتے ہوئے تیار کیا جاتا ہے، یہ مائکروویوز پلازما میں آزاد الیکٹرانوں کو تیز کر سکتے ہیں۔ یہ الیکٹران کاربن ڈائی آکسائیڈ کے ساتھ تعامل کرتے ہیں جو کمپن سے کاربن ڈائی آکسائیڈ کو متحرک کرتے ہیں، اس سے کاربن ڈائی آکسائیڈ سے کاربن ڈائی آکسائیڈ کی علیحدگی ہوتی ہے۔ حوصلہ افزائی اور علیحدگی اتنی تیزی سے ہوتی ہے کہ صرف تھوڑی سی توانائی گرمی میں تبدیل ہو جاتی ہے، جس سے کارکردگی زیادہ رہتی ہے۔ یہ علیحدگی ایک آکسیجن ریڈیکل بھی پیدا کرتی ہے، جو CO2 کے ساتھ CO اور O2 پر رد عمل ظاہر کرتی ہے۔ اس معاملے میں بھی خرد حیاتیات کے استعمال کی کھوج کی گئی ہے۔ جینیاتی انجینئرنگ اور مصنوعی حیاتیات کی تکنیکوں کا استعمال کرتے ہوئے، فوٹو سنتھیٹک حیاتیات میں حیاتیاتی ایندھن پیدا کرنے والے میٹابولک راستوں کے کچھ حصے یا پورے حصے متعارف کرائے جا سکتے ہیں۔ ایک مثال کلسٹریڈیم ایسیٹو بیوٹیلیکم، ایسچریچیا کولی اور ٹریپونیما ڈینٹیکولا کے انزائموں کا استعمال کرتے ہوئے سینکوکوکس ایلونگٹس میں 1-بیوٹینول کی پیداوار ہے۔ اس قسم کے حیاتیاتی ایندھن کی پیداوار کی تلاش میں بڑے پیمانے پر تحقیقی سہولت کی ایک مثال ویگننگن یونیورسٹی اینڈ ریسرچ سینٹر، نیدرلینڈز میں الگی پی اے آر سی ہے۔ امونیا اور ہائیڈرازین کی پیداوار ہائیڈروجن سے بھرپور مادے جیسے امونیا اور ہائیڈرازین ہائیڈروجن کو ذخیرہ کرنے کے لیے بہت اچھے ہیں۔ یہ ان کی توانائی کی کثافت کی وجہ سے ہے، امونیا کے لیے مائع ہائیڈروجن سے کم از کم 1.3 گنا زیادہ۔ مائع ہائیڈروجن کے مقابلے میں ہائیڈرازین توانائی میں تقریبا دوگنا گھنے ہوتے ہیں، تاہم ایک منفی پہلو یہ ہے کہ براہ راست ہائیڈرازین ایندھن کے خلیوں کے استعمال میں ڈائلیوشن کی ضرورت ہوتی ہے، جو اس ایندھن کے خلیے سے حاصل ہونے والی مجموعی طاقت کو کم کرتا ہے۔ زیادہ حجم کی کثافت کے علاوہ، امونیا اور ہائیڈروس ہائیڈرازین میں کم آتشبازی ہوتی ہے، جو اسے ذخیرہ کرنے اور نقل و حمل کے اخراجات کو کم کرکے ہائیڈروجن سے بہتر بناتی ہے۔ امونیا ڈائریکٹ امونیا فیول سیلز پر اسی وجہ سے تحقیق کی جاتی ہے اور نئے مطالعات میں شمسی توانائی پر مبنی امونیا کی ترکیب اور فیول سیل کا ایک نیا مربوط مجموعہ پیش کیا گیا ہے۔ شمسی بنیاد اضافی شمسی توانائی سے ملتی ہے جو امونیا کی ترکیب کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ یہ پروٹون ایکسچینج میمبرین (پی ای ایم) فیول سیل کے ساتھ مل کر امونیا الیکٹرولائٹک سیل (اے ای سی) کا استعمال کرکے کیا جاتا ہے۔ جب شمسی توانائی میں کمی واقع ہوتی ہے، تو ایک براہ راست امونیا فیول سیل کام کرنے لگتا ہے جو کمی والی توانائی فراہم کرتا ہے۔ یہ حالیہ تحقیق (2020) توانائی کے موثر استعمال کی ایک واضح مثال ہے، جو بنیادی طور پر عارضی ذخیرہ اندوزی اور ایندھن کے طور پر امونیا کے استعمال سے کی جاتی ہے۔ امونیا میں توانائی کا ذخیرہ وقت کے ساتھ کم نہیں ہوتا، جیسا کہ بیٹریوں اور فلائی وہیل کے معاملے میں ہوتا ہے۔ یہ طویل مدتی توانائی کا ذخیرہ فراہم کرتا ہے۔ توانائی کی اس کمپیکٹ شکل کا اضافی فائدہ یہ ہے کہ اضافی توانائی کو آسانی سے دوسرے مقامات پر منتقل کیا جا سکتا ہے۔ انسانوں میں امونیا کے زہریلے ہونے کی وجہ سے یہ اعلی حفاظتی اقدامات کے ساتھ کرنے کی ضرورت ہے۔ بجلی کی فراہمی میں رکاوٹوں کو محدود کرنے کے لیے ایک ہائبرڈ سسٹم بنانے کے لیے ونڈ انرجی اور ہائیڈرو پاور پلانٹس کے ساتھ اس نظام کی تکمیل کے لیے مزید تحقیق کی ضرورت ہے۔ مجوزہ نظام کی اقتصادی کارکردگی پر بھی تحقیقات کرنا ضروری ہے۔ کچھ سائنس دان ایک نئی امونیا معیشت کا تصور کرتے ہیں جو تقریبا تیل کی صنعت جیسی ہے، لیکن ناقابل تلافی کاربن سے پاک بجلی کے بے پناہ فائدے کے ساتھ۔ اس نام نہاد سبز امونیا کو بڑے جہازوں کے لیے ممکنہ ایندھن سمجھا جاتا ہے۔ جنوبی کوریا کا جہاز ساز ڈی ایس ایم ای 2025 تک ان جہازوں کو تجارتی بنانے کا ارادہ رکھتا ہے۔ ہائیڈرازین توانائی کو ذخیرہ کرنے کا ایک اور طریقہ ہائیڈرازین کا استعمال ہے۔ یہ مالیکیول امونیا سے متعلق ہے اور اس میں امونیا کی طرح ہی مفید ہونے کی صلاحیت ہے۔ یہ امونیا اور ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ سے یا کلورین پر مبنی آکسیڈیشن کے ذریعے بنایا جا سکتا ہے۔ اس سے یہ ایندھن ذخیرہ کرنے والا اور بھی گھنے توانائی کا حامل بن جاتا ہے۔ ہائیڈرازین کا منفی پہلو یہ ہے کہ یہ بہت زہریلا ہے اور یہ آکسیجن کے ساتھ کافی شدت سے رد عمل ظاہر کرے گا۔ یہ اسے آکسیجن کے کم علاقے جیسے جگہ کے لیے ایک مثالی ایندھن بناتا ہے۔ حال ہی میں لانچ کیے گئے اریڈیم نیکسٹ سیٹلائٹس میں ہائیڈرازین توانائی کا ذریعہ ہے۔ اگرچہ یہ زہریلا ہے، اس ایندھن میں بہت زیادہ صلاحیت ہے، کیونکہ حفاظتی اقدامات کو کافی حد تک بڑھایا جا سکتا ہے تاکہ ہائیڈرازین کو محفوظ طریقے سے ہائیڈروجن اور امونیا میں تبدیل کیا جا سکے۔ محققین نے فوٹو کیٹالیسس سسٹم کے ساتھ ہائیڈرازین کو سڑنے کا ایک طریقہ دریافت کیا جو پورے مرئی روشنی والے علاقے پر کام کرتا ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ سورج کی روشنی کو نہ صرف ہائیڈرازین پیدا کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، بلکہ اس ایندھن سے ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ہائیڈرازین کا سڑنا ایک پی-این دو پرت کے ساتھ کیا جاتا ہے جو فلرین (سی 60) پر مشتمل ہوتا ہے، جسے "بکی بالز" بھی کہا جاتا ہے جو کہ ایک این قسم کا سیمی کنڈکٹر ہے اور زنک فتھالوسیانائن (زیڈ این پی سی) جو کہ ایک پی قسم کا سیمی کنڈکٹر ہے جو ایک نامیاتی فوٹو کیٹالیسس سسٹم بناتا ہے۔ یہ نظام برقی کرنٹ پیدا کرنے والے این قسم کے سیمی کنڈکٹر میں الیکٹرانوں کو متحرک کرنے کے لیے مرئی روشنی کی تابکاری کا استعمال کرتا ہے۔ پی قسم کے سیمی کنڈکٹر میں پیدا ہونے والے سوراخوں کو ڈیوائس کے نام نہاد نیفیون حصے کی سمت میں مجبور کیا جاتا ہے، جو ہائیڈرازین کو نائٹروجن گیس اور تحلیل شدہ ہائیڈروجن آئنوں میں آکسائڈائز کرتا ہے۔ یہ فیول سیل کے پہلے ڈبے میں کیا گیا تھا۔ ہائیڈروجن آئن نمک کے پل کے ذریعے دوسرے ڈبے میں سفر کرتے ہیں جسے الیکٹرانوں کے ذریعے ہائیڈروجن گیس میں تبدیل کیا جاتا ہے، جو روشنی کے ساتھ تعامل سے حاصل ہوتا ہے، پہلے ڈبے سے۔ اس طرح ہائیڈروجن پیدا ہوتا ہے، جسے ایندھن کے خلیوں میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس امید افزا مطالعے سے پتہ چلتا ہے کہ ہائیڈرازین ایک شمسی ایندھن ہے جس میں توانائی کی منتقلی میں بہت مفید بننے کی بڑی صلاحیت ہے۔ ہائیڈرازین کے لیے ایک مختلف نقطہ نظر براہ راست ایندھن کے خلیات ہیں۔ ان خلیوں کے تصورات 1960 کی دہائی سے تیار کیے گئے ہیں۔ حالیہ مطالعات بہت بہتر براہ راست ہائیڈرازین ایندھن کے خلیات فراہم کرتے ہیں، مثال کے طور پر ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ کے آکسیڈینٹ کے طور پر استعمال کے ساتھ۔ انوڈ کو بنیادی اور کیتھوڈ تیزابیت بنانے سے بجلی کی کثافت میں بہت اضافہ ہوا، جو 80 ڈگری سیلسیس کے درجہ حرارت پر تقریبا 1 ڈبلیو/سی ایم 2 کی اونچی چوٹیوں کو ظاہر کرتا ہے۔ جیسا کہ پہلے ذکر کیا گیا ہے کہ براہ راست ہائیڈرازین ایندھن کے خلیوں کی بنیادی کمزوری ہائیڈرازین اور اس کے مشتقات کی زیادہ زہریلا پن ہے۔ تاہم ہائیڈروس ہائیڈرازین، جو پانی جیسا مائع ہے، ہائیڈروجن کی زیادہ کثافت کو برقرار رکھتا ہے اور موجودہ ایندھن کے بنیادی ڈھانچے کا استعمال کرتے ہوئے محفوظ طریقے سے ذخیرہ اور نقل و حمل کیا جا سکتا ہے۔ محققین کا مقصد خود سے چلنے والے ایندھن کے خلیات بھی ہیں جن میں ہائیڈرازین شامل ہے۔ یہ فیول سیل ہائیڈرازین کو دو طریقوں سے استعمال کرتے ہیں، یعنی براہ راست فیول سیل کے لیے فیول کے طور پر اور تقسیم کرنے والے ہدف کے طور پر۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ اس فیول سیل سے ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے صرف ہائیڈرازین کی ضرورت ہوتی ہے، اس لیے کسی بیرونی طاقت کی ضرورت نہیں ہے۔ یہ آئرن ڈوپڈ کوبالٹ سلفایڈ نینوشیٹس کے استعمال سے کیا جاتا ہے۔ لوہے کے ساتھ ڈوپنگ ہائیڈروجن جذب اور ہائیڈرازین ڈی ہائیڈروجنیشن کی آزاد توانائی کی تبدیلیوں کو کم کرتی ہے۔ اس طریقہ کار میں 20 گھنٹے کا استحکام اور 98 فیصد فیراڈک کارکردگی ہے، جو خود سے چلنے والے ہائیڈروجن پیدا کرنے والے خلیوں کے بہترین دعووں کے ساتھ موازنہ ہے۔ دیگر ایپلی کیشنز ہائیڈروجن کی پیداوار کے لیے پانی کا برقی تجزیہ شمسی فوٹو وولٹک کے ساتھ مل کر الکلائن، پی ای ایم، اور ایس او ای سی الیکٹرولائزر کا استعمال کرتے ہوئے ؛ شمسی روشنی سے پیدا ہونے والی برقی طاقت کا یہ بنیادی استعمال پانی کو ہائیڈروجن اور آکسیجن میں الگ کرنے کے لیے تھوڑا زیادہ موثر ثابت ہوا ہے مثال کے طور پر بھاپ اصلاحات کے ذریعے ہائیڈروجن کی گرفت۔ ہائیڈروجن کی الکلائن پروڈکشن ٹیکنالوجی کی لاگت کم ہوتی ہے اور اسے پختہ سمجھا جاتا ہے۔ اس کا نتیجہ یہ ہے کہ پی ای ایم ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے وقت فی یونٹ وقت کی پیداوار نمایاں طور پر زیادہ ہوتی ہے۔ تاہم، پی ای ایم ٹیکنالوجی میں کٹاؤ کا کوئی مسئلہ نہیں ہے اور یہ زیادہ موثر ہے، جبکہ الکلائن پروڈکشن ٹیکنالوجی میں کٹاؤ اور بدتر کارکردگی کا نقصان ہے۔ اس کے علاوہ، پی ای ایم ٹیکنالوجی میں تیز رفتار اسٹارٹ اپ اور آسان دیکھ بھال ہے۔ حالانکہ بلک پروڈکشن میں الکلائن ہائیڈروجن پروڈکشن ٹیکنالوجی بہتر ہے۔ ہیلیوجن شمسی ہیلیوسٹیٹس کے استعمال میں کامیابی کا دعوی کرتا ہے جو سورج کی روشنی کو ٹاور تک پہنچانے کے لیے استعمال ہوتا ہے، تاکہ ہائیڈروجن کی پیداوار میں 1000 ڈگری سیلسیس سے زیادہ درجہ حرارت تک پہنچ سکے۔ 2500 ڈگری سیلسیس سے اوپر کا درجہ حرارت بجلی کے استعمال کے بغیر تھرمکیمیکل طور پر پانی کو ہائیڈروجن اور آکسیجن میں تقسیم کر سکتا ہے۔ یہ نیوکلیئر پاور پلانٹس کی حرارت کا استعمال کرتے ہوئے یا انکولی شمسی آئینے کے میدانوں کے ذریعے کیا جا سکتا ہے تاکہ سورج کی روشنی کو ان تھرمو کیمیکل عمل کے لیے درکار اعلی درجہ حرارت تک پہنچایا جا سکے۔ تاہم، ہائیڈروجن پیدا کرنے کا یہ طریقہ اپنی ابتدائی حالت میں ہے اور یہ ابھی تک ثابت نہیں ہوا ہے کہ یہ پیداوار ہائیڈروجن منافع بخش اور موثر ہے، کیونکہ اسے دیگر، پختہ ٹیکنالوجیز کے ساتھ مقابلہ کرنا پڑتا ہے۔ کاربن غیر جانبدار ایندھن فوٹو کیٹلیٹک پانی کی تقسیم قابل تجدید توانائی شمسی کیمیائی شمسی ہائیڈروجن توانائی سائیکل حوالہ جات متبادل ایندھن فوٹو کیمسٹری قابل تجدید توانائی ٹیکنالوجی قابل تجدید ایندھن ایندھن کی پیداوار