உலோகவியல் மற்றும் ஹைட்ரஜனின் (H) தொழில்துறை பிரித்தெடுத்தல்

இயற்கையில் கிடைப்பதும் முதன்மை ஆதாரங்களும்

ஹைட்ரஜன் அண்டத்தில் மிகவும் அதிகமாகக் காணப்படும் இரசாயன தனிமம் ஆகும். இருப்பினும், பூமியில் இது பெரும்பாலும் ஒருங்கிணைந்த வடிவங்களிலேயே காணப்படுகிறது. உலோகங்களைப் போலன்றி, ஹைட்ரஜன் பாரம்பரிய அர்த்தத்தில் ஒரு “தாது”வாகக் கிடைப்பதில்லை. தொழில்துறை பிரித்தெடுப்புக்கான அதன் முதன்மை ஆதாரங்கள் ஹைட்ரஜன் கொண்ட சேர்மங்கள் ஆகும்.

நீர் (H₂O)

• விளக்கம்: பூமியில் ஹைட்ரஜனின் மிகவும் அதிகமாகவும் பரவலாகவும் காணப்படும் சேர்மம்.
• கிடைக்கும் தன்மை: பெருங்கடல்கள், ஆறுகள், ஏரிகள் மற்றும் வளிமண்டல ஈரப்பதமாக காணப்படுகிறது.
• முக்கியத்துவம்: அதன் பரவலான தன்மை காரணமாக, பல தொழில்துறை ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி செயல்முறைகளுக்கு, குறிப்பாக மின்னாற்பகுப்புக்கு ஒரு முக்கிய மூலப்பொருளாகும்.

ஹைட்ரோகார்பன்கள்

• விளக்கம்: கார்பன் மற்றும் ஹைட்ரஜன் அணுக்களைக் கொண்ட கரிம சேர்மங்கள்.
• எடுத்துக்காட்டுகள்: இயற்கை எரிவாயு (முக்கியமாக மீத்தேன், CH₄), பெட்ரோலியம் (பல்வேறு ஹைட்ரோகார்பன்களின் கலவைகள்) மற்றும் நிலக்கரி (ஹைட்ரஜன் கொண்ட ஒரு கார்பன் பொருள்).
• முக்கியத்துவம்: தற்போது, அவற்றின் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த செலவு மற்றும் நிறுவப்பட்ட பிரித்தெடுத்தல்/செயலாக்க உள்கட்டமைப்பு காரணமாக, உலகளவில் ஹைட்ரஜனின் முக்கிய தொழில்துறை ஆதாரம் இதுவே ஆகும்.

அமிலங்கள் மற்றும் காரங்கள்

• விளக்கம்: ஹைட்ரஜன் பொதுவான கனிம அமிலங்கள் (எ.கா., HCl, H₂SO₄) மற்றும் கரிம அமிலங்களின் ஒரு பகுதியாகும், மேலும் நீர்-அமில-கார வேதியியலில் ஈடுபட்டுள்ள நீரிலும் இது உள்ளது.
• முக்கியத்துவம்: ஹைட்ரஜன் இதில் இருந்தாலும், இந்த சேர்மங்கள் பொதுவாக ஹைட்ரஜன் உற்பத்திக்கு முதன்மை ஆதாரங்களாகப் பயன்படுத்தப்படுவதில்லை, ஆனால் குறிப்பிட்ட இரசாயன உற்பத்தி செயல்முறைகளில் துணை விளைபொருளாக ஹைட்ரஜனைக் கொடுக்கலாம்.

உயிர் எடைகள் மற்றும் கரிம கழிவுகள்

• விளக்கம்: தாவரங்கள் மற்றும் விலங்குகளிலிருந்து பெறப்பட்ட புதுப்பிக்கத்தக்க கரிம பொருட்கள், சிக்கலான கரிம மூலக்கூறுகளில் ஹைட்ரஜனைக் கொண்டுள்ளன.
• முக்கியத்துவம்: வாயுவாக்குதல், பைரோலிசிஸ் அல்லது உயிரியல் வழிகள் போன்ற செயல்முறைகள் மூலம் ஹைட்ரஜன் உற்பத்திக்கு ஒரு நிலையான ஆதாரமாக உருவாகி வருகிறது.

தயாரிப்பு மற்றும் தொழில்துறை உற்பத்தி முறைகள்

இந்த பகுதி ஹைட்ரஜன் வாயுவை (H₂) அதன் முதன்மை ஆதாரங்களிலிருந்து உருவாக்குவதற்குப் பயன்படுத்தப்படும் முக்கிய தொழில்துறை செயல்முறைகளை விவரிக்கிறது. “தாதுவின் செறிவு” என்ற கருத்து ஹைட்ரஜனுக்குப் பொருந்தாது, ஏனெனில் இது ஒரு செறிவூட்டப்பட்ட கனிமத்திலிருந்து பிரித்தெடுக்கப்படுவதற்குப் பதிலாக சேர்மங்களிலிருந்து இரசாயன வினைகள் மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது.

1. நீரின் மின்னாற்பகுப்பு

• கொள்கை: மின் ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி நீரை ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜன் வாயுக்களாகப் பிரித்தல்.
• வினை: 2H₂O(l) → 2H₂(g) + O₂(g)
• வினையூக்கி/நிபந்தனைகள்: மின் கடத்துத்திறனை மேம்படுத்த ஒரு மின்பகுளி (எ.கா., பொட்டாசியம் ஹைட்ராக்சைடு, சோடியம் ஹைட்ராக்சைடு அல்லது கந்தக அமிலம்) தேவைப்படுகிறது. பொதுவாக மிதமான வெப்பநிலையில் நடத்தப்படுகிறது.
• நன்மைகள்: அதிக தூய்மையான ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்கிறது, மேலும் மின்சாரம் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மூலங்களிலிருந்து (எ.கா., சூரியன், காற்று) பெறப்பட்டால், இது பூஜ்ஜிய பசுமை இல்ல வாயு வெளியேற்றத்துடன் “பசுமை ஹைட்ரஜனை” உருவாக்குகிறது.
• குறைபாடுகள்: ஆற்றல் செறிவுமிக்கது, மின்சாரம் புதைபடிவ எரிபொருட்களிலிருந்து உற்பத்தி செய்யப்பட்டால் பொருளாதார ரீதியாக குறைவான போட்டியாக இருக்கும்.

வரைபட விளக்கம்: மின்பகுப்பு செல்

நீர் பிளவுக்குப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு மின்பகுப்பு செல் பொதுவாக இரண்டு மந்த மின்முனைகளைக் (எ.கா., நிக்கல் அல்லது பிளாட்டினம்) கொண்டிருக்கும், அவை ஒரு நீர்த்த மின்பகுளி கரைசலில் மூழ்கியிருக்கும். ஒரு நேரடி மின்னோட்ட (DC) மின்சாரம் இணைக்கப்பட்டு, நேர்மின்முனைக்கு நேர்மின்முனை இணைக்கப்படும் மற்றும் எதிர்மின்முனைக்கு எதிர்மின்முனை இணைக்கப்படும். ஹைட்ரஜன் வாயு (H₂) எதிர்மின்முனையில் உருவாகி சேகரிக்கப்படும், அதே நேரத்தில் ஆக்ஸிஜன் வாயு (O₂) நேர்மின்முனையில் உருவாகி சேகரிக்கப்படும். உற்பத்தி செய்யப்படும் வாயுக்கள் மற்றும் மின்பகுளி கலப்பதைத் தடுக்க ஒரு பிரிப்பான் (எ.கா., ஒரு தடுப்பு அல்லது மெம்பிரேன்) பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

2. ஹைட்ரோகார்பன்களின் நீராவி சீர்திருத்தம் (முக்கிய தொழில்துறை முறை)

• கொள்கை: ஹைட்ரோகார்பன்களை (அதிகமாக இயற்கை எரிவாயு) நீராவிடன் அதிக வெப்பநிலையில் ஒரு வினையூக்கியின் முன்னிலையில் வினைபுரிந்து ஹைட்ரஜன் மற்றும் கார்பன் ஆக்சைடுகளை உற்பத்தி செய்தல்.
• ஆதாரம்: முதன்மையாக இயற்கை எரிவாயு (மீத்தேன், CH₄).
• படிகள்:
  • அ. நீராவி மீத்தேன் சீர்திருத்தம் (SMR): CH₄(g) + H₂O(g) ⇌ CO(g) + 3H₂(g) (வெப்பங்கொள் வினை)
    • நிபந்தனைகள்: அதிக வெப்பநிலை (700-1100°C), பொதுவாக நிக்கல் அடிப்படையிலான வினையூக்கியைப் பயன்படுத்துதல்.
    • வெளியீடு: முக்கியமாக கார்பன் மோனாக்சைடு மற்றும் ஹைட்ரஜன் கலந்த “செயற்கை வாயு”வை உற்பத்தி செய்கிறது.
  • ஆ. நீர்-வாயு மாற்றம் வினை (WGSR): CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g) (வெப்பம் உமிழ் வினை)
    • நிபந்தனைகள்: இந்த வினை இரண்டு நிலைகளில் நிகழ்த்தப்படுகிறது:
      • அதிக வெப்பநிலை மாற்றம் (HTS): 300-400°C, பொதுவாக இரும்பு-குரோமியம் வினையூக்கியைப் பயன்படுத்துதல்.
      • குறைந்த வெப்பநிலை மாற்றம் (LTS): 180-250°C, பொதுவாக தாமிரம்-துத்தநாகம்-அலுமினா வினையூக்கியைப் பயன்படுத்துதல்.
    • நோக்கம்: SMR இல் உற்பத்தி செய்யப்படும் கார்பன் மோனாக்சைடு (CO) ஐக் கூடுதல் ஹைட்ரஜன் மற்றும் கார்பன் டை ஆக்சைடாக மாற்றுவது, CO உள்ளடக்கத்தைக் குறைப்பது.
  • ஒட்டுமொத்த வினை (மீத்தேனிலிருந்து): CH₄(g) + 2H₂O(g) → CO₂(g) + 4H₂(g)
• நன்மைகள்: மிகவும் சிக்கனமானது, நன்கு நிறுவப்பட்ட தொழில்நுட்பம், பெரிய அளவில் உற்பத்தி செய்யக்கூடியது.
• குறைபாடுகள்: கணிசமான கார்பன் டை ஆக்சைடு (CO₂) உமிழ்வுகளை (