Solar chemical
شمسی کیمیائی سے مراد متعدد ممکنہ عمل ہیں جو کیمیائی رد عمل میں سورج کی روشنی کو جذب کرکے شمسی توانائی کا استعمال کرتے ہیں۔ یہ خیال تصوراتی طور پر پودوں میں فوٹو سنتھیسز سے ملتا جلتا ہے، جو شمسی توانائی کو گلوکوز کے مالیکیولز کے کیمیائی بندھن میں تبدیل کرتا ہے، لیکن زندہ حیاتیات کا استعمال کیے بغیر، اسی وجہ سے اسے مصنوعی فوٹو سنتھیسز بھی کہا جاتا ہے۔ ایک امید افزا طریقہ یہ ہے کہ توجہ مرکوز سورج کی روشنی کا استعمال کیا جائے تاکہ زنک جیسے دھاتی اتپریرک کی موجودگی میں پانی کو اس کے جزو ہائیڈروجن اور آکسیجن میں تقسیم کرنے کے لیے درکار توانائی فراہم کی جا سکے۔ یہ عام طور پر دو مراحل کے عمل میں کیا جاتا ہے تاکہ ہائیڈروجن اور آکسیجن ایک ہی چیمبر میں پیدا نہ ہوں، جس سے دھماکے کا خطرہ پیدا ہوتا ہے۔ ایک اور نقطہ نظر میں اس عمل میں پیدا ہونے والے ہائیڈروجن کو لینا اور اسے کاربن ڈائی آکسائیڈ کے ساتھ ملا کر میتھین بنانا شامل ہے۔ اس نقطہ نظر کا فائدہ یہ ہے کہ بجلی کی پیداوار کے لیے میتھین کی نقل و حمل اور جلانے کے لیے ایک قائم شدہ بنیادی ڈھانچہ موجود ہے، جو ہائیڈروجن کے لیے درست نہیں ہے۔ ان دونوں طریقوں میں ایک اہم خرابی توانائی ذخیرہ کرنے کے زیادہ تر طریقوں میں عام ہے: توانائی جمع کرنے اور بجلی کی پیداوار کے درمیان ایک اضافی قدم جوڑنے سے مجموعی عمل کی کارکردگی میں زبردست کمی واقع ہوتی ہے۔ پس منظر 1909 کے اوائل میں، ڈائنتھریسین میں اینتھریسین کی ڈائمرائزیشن کی تحقیقات شمسی توانائی کو ذخیرہ کرنے کے ذرائع کے ساتھ ساتھ نیفتھلین سیریز کی فوٹو ڈائمرائزیشن کے طور پر کی گئی تھی۔ 70 اور 80 کی دہائی میں ایک اور ریورسیبل کیمیکل، نوربورنڈین سے کواڈریسائیکلین ٹرانسفارمیشن سائیکل سے ایندھن بنایا گیا تھا، لیکن یہ ناکام رہا کیونکہ ریورسل عمل کی صلاحیت کم تھی۔ روتھینیئم پر مبنی مالیکیولز کی بھی کوشش کی گئی، لیکن اسے مسترد کر دیا گیا کیونکہ روتھینیئم نایاب اور مواد کا بہت بھاری دونوں ہے۔ پچھلی دہائی میں، شمسی توانائی کے ذخیرے کے اس پہلے سے معروف تصور کے لیے ایک نئے ہائبرڈ نینو اسٹرکچر کو ایک نئے نقطہ نظر کے طور پر نظریہ بنایا گیا تھا۔ کیمیائی اسٹوریج فوٹو ڈائمرائزیشن ڈائمرز کی روشنی سے پیدا ہونے والی تشکیل ہے اور فوٹو آئسومیرائزیشن آئسومرز کی روشنی سے پیدا ہونے والی تشکیل ہے۔ جبکہ فوٹو ڈائمرائزیشن سورج کی روشنی سے توانائی کو نئے کیمیائی بندھنوں میں ذخیرہ کرتی ہے، فوٹو آئسومیرائزیشن موجودہ کیمیائی بندھنوں کو اعلی توانائی کی ترتیب میں دوبارہ ترتیب دے کر شمسی توانائی کو ذخیرہ کرتی ہے۔ اس کے بعد ایک آئسومر کے لیے توانائی کو ذخیرہ کرنے کے لیے، جیسا کہ اوپر دکھایا گیا ہے، اسے میٹاسٹیبل ہونا چاہیے۔ اس کے نتیجے میں ایندھن آئسومر کے استحکام اور ایندھن کے استعمال کا وقت آنے پر رد عمل کو الٹا کرنے کے لیے کتنی توانائی ڈالنی چاہیے اس کے درمیان تجارت ہوتی ہے۔ آئسومر اپنے بندھنوں میں تناؤ کی توانائی کے طور پر توانائی کو ذخیرہ کرتا ہے۔ بانڈز جتنے زیادہ کشیدہ ہوتے ہیں اتنی ہی زیادہ توانائی وہ ذخیرہ کر سکتے ہیں، لیکن مالیکیول اتنا ہی کم مستحکم ہوتا ہے۔ ایکٹیویشن انرجی، ای اے، کا استعمال اس بات کی خصوصیت کے لیے کیا جاتا ہے کہ رد عمل کا آگے بڑھنا کتنا آسان یا مشکل ہے۔ اگر چالو کرنے کی توانائی بہت کم ہے تو ایندھن بے ساختہ زیادہ مستحکم حالت میں چلا جائے گا، جو اسٹوریج میڈیم کے طور پر محدود افادیت فراہم کرتا ہے۔ تاہم، اگر چالو کرنے کی توانائی بہت زیادہ ہے، تو ایندھن سے توانائی نکالنے کے لیے خرچ کی جانے والی توانائی مؤثر طریقے سے توانائی کی مقدار کو کم کر دے گی جو ایندھن ذخیرہ کر سکتا ہے۔ شمسی ایندھن کے لیے ایک مفید مالیکیول تلاش کرنے کے لیے پیداوار، مالیکیول کے ہلکے جذب، میٹاسٹیبل حالت میں مالیکیول کے استحکام، اور مالیکیول کو انحطاط کے بغیر کتنی بار سائیکل کیا جا سکتا ہے، کے درمیان مناسب توازن تلاش کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ دیگر مرکبات کے درمیان مختلف کیٹونز، ایزپائنز اور نوربورنڈینز، جیسے ایزوبینزین اور اس کے مشتقات، کی ممکنہ توانائی ذخیرہ کرنے والے آئسومرز کے طور پر تحقیقات کی گئی ہیں۔ نوربورنڈین-کواڈریسیکلین جوڑے اور اس کے مشتقات کی شمسی توانائی کے ذخیرہ کرنے کے عمل کے لیے بڑے پیمانے پر تحقیقات کی گئی ہیں۔ نوربورنڈین کو سورج کی روشنی سے نکالی گئی توانائی کا استعمال کرتے ہوئے کواڈریسیکلین میں تبدیل کیا جاتا ہے، اور کواڈریسیکلین (تقریبا 110 کے جے/مول) میں ذخیرہ شدہ تناؤ کی توانائی کی کنٹرول شدہ رہائی جیسے ہی یہ نوربورنڈین پر واپس آرام کرتی ہے توانائی کو بعد میں استعمال کے لیے دوبارہ نکالنے کی اجازت دیتی ہے۔ ایزوبینزین اور نوربوناڈین-کواڈریسیکلین دونوں نظاموں میں تحقیق کو 1980 کی دہائی میں انحطاط، عدم استحکام، کم توانائی کی کثافت اور لاگت کے مسائل کی وجہ سے غیر عملی قرار دیتے ہوئے ترک کر دیا گیا تھا۔ اگرچہ کمپیوٹنگ پاور میں حالیہ پیشرفت کے ساتھ، شمسی تھرمل ایندھن کے لیے مواد تلاش کرنے میں نئی دلچسپی پیدا ہوئی ہے۔ 2011 میں، ایم آئی ٹی کے محققین نے وقت پر منحصر کثافت فنکشنل تھیوری کا استعمال کیا، جو کاربن نینو ٹیوب (سی این ٹی) ٹیمپلیٹس سے منسلک ایزوبینزین مالیکیولز پر مشتمل نظام کو ڈیزائن کرنے کے لیے جوہری سطح پر نظام کا نمونہ بناتا ہے۔ سی این ٹی سبسٹریٹس پڑوسی مالیکیولز کے درمیان حسب ضرورت تعاملات کی اجازت دیں گے جو ایندھن کی خصوصیات کو ٹھیک کرنے میں بہت مدد کرتا ہے، مثال کے طور پر ذخیرہ شدہ توانائی کی مقدار میں اضافہ۔ تجرباتی طریقہ کار کے ذریعے، محققین اس اصول کا پہلا ثبوت حاصل کرنے میں کامیاب ہوئے کہ ہائبرڈ نینو اسٹرکچر ایک فعال تھرمل ایندھن کے طور پر کام کرتا ہے۔ ایزوبینزین کو طول موج کو جذب کرنے کا فائدہ ہوتا ہے جو سورج کی روشنی میں بہت زیادہ ہوتے ہیں، جب ایسا ہوتا ہے تو مالیکیول ٹرانس آئسومر سے سیس آئسومر میں تبدیل ہو جاتا ہے جس کی توانائی کی حالت تقریبا 0.6 ای وی ہوتی ہے۔ مالیکیول کو اس کی اصل حالت میں واپس لانا، یعنی۔ اس نے جو توانائی جمع کی تھی اسے چھوڑیں، چند آپشن ہیں۔ سب سے پہلے حرارت کا اطلاق کرنا ہے لیکن اس کا تعلق ایک ایسی لاگت سے ہے جو اخراج سے پیدا ہونے والی حرارت کی مقدار کے مقابلے میں لاگت کے لحاظ سے موثر نہیں ہے۔ دوسرا، زیادہ موثر آپشن ایک اتپریرک کا استعمال کرنا ہے جو تھرمل رکاوٹ کو کم کرتا ہے اور گرمی کو چھوڑنے دیتا ہے، تقریبا ایک سوئچ کی طرح۔ سی آئی ایس سے ٹرانس میں واپسی نیلے رنگ کی مرئی روشنی سے بھی شروع ہو سکتی ہے۔ یہ نظام لتیم آئن بیٹریوں کے مقابلے میں توانائی کی کثافت فراہم کرتا ہے، جبکہ بیک وقت فعال ایندھن کے استحکام کو کئی منٹ سے بڑھا کر ایک سال سے زیادہ کر دیتا ہے اور بغیر کسی اہم انحطاط کے بڑی تعداد میں چکروں کی اجازت دیتا ہے۔ سبسٹریٹس اور فوٹو ایکٹیو مالیکیولز کے مختلف ممکنہ امتزاج کی جانچ کرکے مزید بہتری کی تلاش میں مزید تحقیق کی جا رہی ہے۔ ایپلی کیشنز شمسی کیمیائی ایندھن کے لیے ممکنہ اور موجودہ دونوں ایپلی کیشنز کی وسیع اقسام ہیں۔ اس ٹیکنالوجی کے بڑے فوائد میں سے ایک اس کی توسیع پذیری ہے۔ چونکہ توانائی کو ذخیرہ کیا جا سکتا ہے اور پھر ضرورت پڑنے پر بعد میں حرارت میں تبدیل کیا جا سکتا ہے، یہ چلتے پھرتے چھوٹی اکائیوں کے لیے مثالی ہے۔ ان میں پورٹیبل چولہے یا چھوٹے ذاتی ہیٹر سے لے کر دھوپ میں چارج کیے جانے والے آف گرڈ علاقوں میں طبی صفائی فراہم کرنے تک شامل ہیں، اور ایم آئی ٹی میں تیار کردہ نظام کو آٹوموبائل میں ونڈو ڈی آئسنگ سسٹم کے طور پر استعمال کرنے کے منصوبے بھی زیر غور ہیں۔ اس میں بڑے گھروں یا عمارتوں کو چھوٹا کرنے اور گرم کرنے یا یہاں تک کہ پانی کے ذخائر کو گرم کرنے کی صلاحیت بھی ہے۔ ایک شمسی تھرمل ایندھن مثالی طور پر انحطاط کے بغیر غیر معینہ مدت تک سائیکل کرنے کے قابل ہوگا، جس سے یہ بڑے پیمانے پر نفاذ کے لیے مثالی ہو جائے گا جسے عام طور پر اسٹوریج کی دیگر شکلوں کی مزید تبدیلی کی ضرورت ہوگی۔ حوالہ جات بیرونی روابط اے این یو تھرمو کیمیکل انرجی اسٹوریج سسٹم-آسٹریلیائی نیشنل یونیورسٹی، کینبرا۔ لیبارٹری برائے شمسی ٹیکنالوجی-پال شیرر انسٹی ٹیوٹ، ولیجن، سوئٹزرلینڈ۔ پاور اینڈ انرجی میگزین، پال شیرر انسٹی ٹیوٹ کے کام پر مارچ 2004 کا مضمون سولر کیمسٹری پروجیکٹ پلاٹافارما سولر ڈی المیریا، اسپین، اسرائیل، ہائیڈروجن سولر-یوکے۔ فوٹو وولٹک ایندھن کی پیداوار