எரிபொருள் மின்கலன் (Fuel Cell)

நம் வீட்டுக்கு வரும் மின்சாரம் எங்கிருந்து வருகிறது. ஏதோ ஒரு மின் நிலையத்தில் இருந்து பல நூறு கிலோமீட்டர்கள் தாண்டி நம் வீட்டுக்கு வந்து, வேலை மெனக்கெட்டு விளக்கை எரியவைக்கிறது. இன்னபிற சாதனங்களையும் இயக்குகிறது. பெரும்பான்மை மின்சாரம், அனல் மற்றும் அணு மின் நிலையங்களில் இருந்து வருகிறது.

அனல் மின் நிலையங்கள், கரியை எரித்துக் கிடைக்கும் வெப்பத்தில் நீரை ஆவியாக்கி, அந்த நீராவி ராட்சத டர்பைன்களைச் சுழற்றி அதன்மூலம் ஜெனரேட்டர்கள் இயக்கப்படும். அணு மின்சாரமும் அணுக்கருச் சிதைவு வெளிப்படுத்தும் வெப்பத்தின் மூலம் நீரை ஆவியாக்கி, பின்னர் அதே டர்பைன் கதைதான். இவை இரண்டும்தான் பெரும்பங்கு வகிக்கின்றன. சூரிய சக்தியும், காற்றாலையும் இப்போதைக்குக் கத்துக்குட்டிகள்தான். அனல், அணு மின் நிலையங்களின் பாணியில், இயற்கை எரிவாயு மற்றும் பெட்ரோலியம் மூலம் இயங்கும் மின்நிலையங்களும் கணிசமாக இருக்கின்றன.

ஆனால், வெப்பத்தை அடிப்படையாகக் கொண்டு இயங்கும் எல்லா இயந்திரங்களின் திறனுக்கும் ஒரு உச்சபட்ச வரம்பு இருக்கிறது. அதன் பெயர் கார்னாட் வரம்பு (carnot’s limit). கோட்பாட்டு ரீதியாக அவர் வடிவமைத்த வெப்பத்தால் இயங்கும் இன்ஜின் நூறு சதவிகித திறன் கொண்டது. ஆனால், நாம் பயன்படுத்துகிற இன்ஜின்களில் வெப்ப இழப்புகள் அதிகம். கரியால் இயங்குகிற அனல் மின் நிலையங்கள், அதிகபட்சமாக 56 சதவீதம் அளவுக்கு செயல்திறனை எட்டலாம்.

சொகுசாக நாம் ஏறிப் பயணிக்கிற கார்களின் செயல்திறனைக் கேட்டால் வயிறு எரிவீர்கள். மொத்தமாத்தில் 30 சதவீதத்துக்கும் குறைவே. இப்படி ஒரு மின் நிலையத்தின் செயல்திறன் மேல், இயற்பியல் ஒரு உச்ச வரம்பை வைத்துவிடுகிறது. மேலும் அனல், அணு எல்லாமே சூழலியலுக்குப் பெரிய பாதிப்பை ஏற்படுத்துகிறது.

எரிபொருள்களில் நாம் அதிகமாகப் பயன்படுத்தாத, அதேசமயம் எடைக்கு எடை பெட்ரோலியத்தைவிட அதிக ஆற்றல் கொடுக்கக்கூடிய ஒன்று இருக்கிறது. அதுதான் ஹைட்ரஜன். ஹைட்ரஜன் எரியும்போது அதிக வெப்பத்தை வெளியிடுகிறது. எரிவதால் கிடைக்கும் பொருள் - நீர். ஆனால், ஹைட்ரஜனை எரித்து, நீராவி உருவாக்கி அதனை வைத்து டர்பைனைச் சுற்றவிடுதல் என்னும் முறையில், ஆற்றல் எக்கச்சக்கத்துக்கு வீணாகும். ஆனால் ஹைட்ரஜனை நீராக்குதல் மூலம் நேரடியாக மின்சாரம் கிடைக்கவைத்துவிட்டால்?

ஒரு இயந்திரத்தில் எவ்வளவுக்கு எவ்வளவு அசையும் பாகங்களைக் குறைக்கிறீர்களோ, அவ்வளவுக்கு அவ்வளவு செயல்திறன் அதிகமாகும். அப்படி அலுங்காமல் குலுங்காமல் ஹைட்ரஜனை நீராக்கும் செயல்மூலம் மின்சாரம் தயாரித்தல் சாத்தியம். அதன்பெயர் எரிபொருள் மின்கலன் (fuel cell).

1960 வாக்கில், கோட்பாட்டு ரீதியாக இப்படி ஒரு கருவி சாத்தியம் என்று நிறுவிவிட்டார்கள். ஹைட்ரஜனும் ஆக்ஸிஜனும் சேர்ந்து நீரை உருவாக்கும்போது பரிமாறப்படும் எலெக்ட்ரான்களை நமக்குத் தேவையான பாதையில் ஓடவிடுதல். எலெட்க்ரான் ஓடினால் அதுதான் மின்சாரம். இதுதான் ஒரு எரிபொருள் மின்கலனின் அடிப்படைச் செயல்முறை. கேட்க அல்வாத்துண்டுபோல் இருந்தாலும், செய்தல் என்பது பக்குவமாக அல்வா கிண்டுவதைப்போல் சற்றே கடினமானது.

ஒரு மின்முனையங்கள். இரண்டுக்கும் இடையே குறிப்பிட்ட அயனிகளை ஒருவழிப்பாதையாக அனுமதிக்கிற ஒரு பொருள். ஒரு மின்முனையத்தின் மேல் ஹைட்ரஜனும், மற்றொன்றின் மேல் ஆக்ஸிஜனும் செலுத்தப்படும். ஹைட்ரஜன், ஒண்ணே ஒண்ணு கண்ணே கண்ணு என்று வைத்திருக்கும் எலெக்ட்ரானை வெளியே மின்சாரமாக ஓடவிட்டு, பின்னர் மறுமுனையில் ஆக்ஸிஜனிடம் கொண்டுபோய் கொடுக்கப்படும். ஒருவழிப்பாதையை கடந்துவரும் ஹைட்ரஜன் அயனியுடன், ஆக்ஸிஜனும் எலெக்ட்ரானும் சேர்ந்து நீராக மாறும். இதுதான், ஒரு எரிபொருள் மின்கலனின் அடிப்படைக் கட்டுமாணம்.

தொடக்ககால தொழில்நுட்பங்கள், ப்ளாட்டினம் போன்ற உலோகங்களையும், ஒருவழிப்பாதையாக, விலை அதிகமான பொருட்களையும் கொண்டு வடிவமைக்கப்பட்டன. அவற்றுக்கு அப்பழுக்கில்லாத ஹைட்ரஜன் வேண்டும். ஆனால், தொழில்நுட்பம் வளர வளர, விலை மலிவான பொருட்களால் அதிக செயல்திறன் கொண்ட எரிபொருள் கலன்களை வடிவமைக்கத் தொடங்கிவிட்டார்கள். சூழலுக்குப் பிரச்னையில்லாத, இயற்பியல் விதிகளால் குரல்வளை நெரிக்கப்படாத இந்த எரிபொருள் தொழில்நுட்பம், வெளிநாடுகளில் ஏற்கெனவே சக்கைப்போடு போடுகிறது.

நீரிலிருந்து சுத்தமான ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜனைப் பிரித்தெடுக்கிற தொழில்நுட்பமும் வளர்ந்திருக்கிறது. கொஞ்ச நாளில், கடல் தண்ணீர் ஊற்றினால் கரண்ட் வரும். ஆனால் சாமானியர்களுக்கு எட்ட வேண்டிய விலையில் இன்னும் அவை வர வேண்டும். வந்துவிட்டால், மின்சாரக் கார்கள், ஏன் வீடுகளுக்கான மின்சாரமே இதன்மூலம் தயாரிக்கப்படவும் கூடும். காத்திருப்போம்.