Science & Technology

ஐதரசன் வாகனம் – பாகம் 2

ரொயோட்டா, BMW போன்ற பல வாகனத் தயாரிப்பு நிறுவனங்கள் மின் வாகனத் தயாரிப்பை உதறித் தள்ளிவிட்டு ஐதரசன் வாகனங்கள் தயாரிக்கப்போவதாக அறிவித்திருக்கின்றன என ஐதரசன் வாகனம் – பாகம் 1இல் குறிப்பிட்டிருந்தேன். இதற்குக் காரணம் என்ன என்பதை அறியப் பலரும் ஆவலாக இருக்கலாம்.

தற்போது இருக்கக்கூடிய வாகன வலுவூட்டும் ஏதுக்கள் மூன்று. ஒன்று: எரிவாயு (gasoline), இரண்டு: மின்சாரம் (electricity), மூன்று: ஐதரசன் ( Hydrogen). இவற்றில் எரிவாயுவும் ஐதரசனும் ஒருவகையில் திண்ம / திரவ / வாயுப் பொருட்கள். மின்சாரம் இயற்கை வழிகளினாலும், செயற்கையாக மின்னுலைகள், அணுசக்தி மூலமும் உருவாக்கப்படுகிறது. மின் வலுவுக்கான் உற்பத்திக்கான செலவையும் கூடவே அந்த உற்பத்தியின் பெறுபேறாக சூழலுக்கு ஏற்படும் தீங்கையும் ஒப்பிடும்போது எரிவாயுவும் ஐதரசனும் இலாபகரமானதாகவும் ஒப்பீட்டளவில் அவற்றினால் சூழலைப் பாதிப்பு குறைவெனவும் சில ஆராய்ச்சியாளர் கூறுகின்றனர். ஆனால் இவர்களது அளவுகோல்கள் எல்லாம் ஒன்றுக்கொன்று வேறுபடுவதால் சரியாக எவராலும் தீர்ப்புக்கூற முடியாமலிருக்கிறது.

எப்படியாயினும் இந்த மூன்று காரணிகளிலும் சூழலை மாசுபடுத்தாத ஒன்று ஐதரசன் மட்டுமே (net zero) என்பதில் பலரும் உடன்படுகிறார்கள். காரணம் ஐதரசன் வளியிலுள்ள ஒக்சிசனோடு கலக்கும்போது வெளிப்படும் சக்தியை விட எஞ்சும் கழிவாக இருப்பது நீர் மட்டும்தான். அது சூழலுக்கு மிகவும் தேவையான ஒன்று. ஆனால் அது வேறு வகையான பிரச்சினைகளுக்குக் காரணமாகிறது. அதனால் தான் இம்முறையை இதுவரை எவரும் பின்பற்றத் தயங்கினர்.

ஐதரசன் வாகனங்களில் முக்கியமான ஒரு உறுப்பு எரி கலம் (Fuel Cell). ஒன்று அல்லது ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட எரிகலங்கள் இணைக்கப்பட்ட கட்டாகவோ இவை இருக்கலாம். எரிகலம் ஏறத்தாழ ஒரு மின்கலம் மாதியானது தான். அதற்கு ஒரு அனோட்டும், கதோட்டும் இடையில் ஒரு ஊக்கியும் (catalyst) இருக்கிறது. சிலிண்டரில் இருக்கும் ஐதரசன் வாயு நேரே அனோட்டுடன் தொடர்பு கொள்ள அங்கிருக்கும் ஊக்கி ஐதரசன் அணுவை எலெக்டோறோன் ஆகவும் புறொட்டோன் ஆகவும் பிரிக்கிறது. எலெக்ட்றோன் அனோட் வழியாக வெளியேறி தனியான மின்கலத்தில் சேமிக்கப்படுவதோடு இணைப்புகள் வழியாகச் சென்று நேராக மோட்டரையும் இதர சாதனங்களையும் இயக்குகிறது. இறுதியில் இந்த எலெக்ட்றோன்கள் மின்கம்பி (circuit) மூலமாக கதோட்டை வந்தடைகிறது. இதே வேளை பிறிதொரு துளை மூலம் உள்ளெடுக்கப்படும் ஒக்சிசன் (வளி) கதோட்டை அடைகிறது. அதே வேளை ஊக்கியால் பிரிக்கப்பட்ட புறோட்டோனும் கதோட்டை நோக்கிச் சென்று அங்கு காத்திருக்கும் ஒக்சிசனுடனும் சுற்றி வந்த எலெக்ட்றோனுடனும் சங்கமமாகி நீராக (H20) ஆக மாறி குழாய் மூலம் (exhaust pipe) வெளியேறுகிறது.

Battery-Electric
  1. எரிகலக் கட்டு (Fuel Cell Stack)– ஒன்றாக இணைக்கப்பட்ட பல எரிகலங்கள் உள்ளே வரும் ஐதரசனையும் ஒக்சிசனையும் கொண்டு மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்கின்றன. இம்மின்சாரம் வாகனத்தை இயக்கும் மோட்டாருக்கு மின்வலுவைக் கொடுக்கிறது.
  2. ஐதரசன் தாங்கி (Hydrogen Tank) – இங்கு ஐதரசன் வாயு சேமித்து வைக்கப்படுகிறது. இதற்கான வழிமுறைகள் பற்றிப் பின்னர் பார்ப்போம்.
  3. மோட்டார் (Electric Motor) – இது இரண்டு தொழில்களைச் செய்கிறது. மின்வலுவினால் சுழற்றப்படும்போது அது வாகனத்தின் சக்கரங்களை உருட்டுகிறது. அதே வேளை வாகனத்தை நிறுத்துவதற்கு பிரேக்கை அழுத்தும்போது அது ஜெனெறேட்டர் (generator)ஆக மாறி மின்கலத்தை சார்ஜ் செய்கிறது. இத் தொழிற்பாட்டை றீஜெனெறேட்டிவ் பிறேக்கிங் (Regenerative Braking) என அழைப்பர். அநேகமான மின்வாகனங்களுக்கு இச்செயற்பாடு உண்டு. இதனால் ஐதரசன் தேவைப்படாமலேயே மேலதிக மின்சக்தி வாகனத்திற்குக் கிடைக்கிறது.
  4. மின்கலம் (Battery) – வாகனத்தையும் இதர சாதனங்களையும் இயக்குவதற்கான மின்சக்தியின் சேமக்கலமாக இது இயங்குகிறது.
  5. கழிவுக் குழாய் (Exhaust) – எரிகலத்தில் உற்பத்தியாகும் கழிவுப் பொருளாகிய நீராவியை இது வளிமண்டலத்தில் சேர்க்கிறது.

வாகனங்களை இயக்குவதற்கான மூன்று வழிகளிலும் மிக வினைத்திறன் வாய்ந்தது ஐதரசன் என்பதில் சந்தேகமில்லை. உதாரணத்திற்கு 1 கி.கி. ஐதரசனிலிருந்து 120 மெகா ஜூல் வலுவைப் பெறமுடியும். அதே வேளை 1 கி.கி.எரிவாயுவின் மூலம் 44 மெ.ஜூல் வலுவை மட்டுமே பெறமுடியும். ஒரு சாதாரண எடையுடைய பயண வாகனம் மேற்கொள்ளும் பயணத்திற்கு வலுத்தர 5-13 கி.கி ஐதரசன் கொள்ளவுள்ள தாங்கியைச் சுமக்க வல்லது.

அபிவிருத்தியடைந்த நாடுகளில் கனரக / பார வண்டிகள், குறுந்தூர விமானங்கள், கப்பல்கள் போன்றன ஐதரசனைப் பாவிக்கத் தொடங்கிவிட்டன. லிதியம்-அயன் மின்கலத்தின் எடைக்குச் சமமான ஐதரசன் மின்கலத்தை விட அதிக வலுவைக் கொடுகிறது. ஐதரசன் நீண்ட பயணங்களை மேற்கொள்ளவும், குறுநேர மீள்நீரப்பு (refueling) வசதிகளைக் கொண்டதாகவும் இருக்கிறது.

ஐதரசனை மின்சக்தியாக மாற்றும் எரிகலத்தில் (fuel cell) பாவிக்கும் ஊக்கி ( catalyst) மிகவும் விலை கூடிய பிளாட்டினம் உலோகத்தினாற் செய்யப்படுகிறது. தற்போதுள்ள எரிபொருள் வாகனங்களில் புகைபோக்கியில் பொருத்தப்பட்டிருக்கும் ஊக்கி மாற்றிகளில் (catalytic converters) பிளாட்டினம் போன்ற உலோகங்களே பாவிக்கப்படுகின்றன. இவ்வுலோகம் உலகில் மிகவும் அரிதாகக் கிடைப்பதனால் விலை அதிகம்.

ஆனால் ஐதரசன் உருவாக்கமும், சேமிப்பும் மிகுந்த சவால்களைக் கொண்டவை. காரணம் ஐதரசன் வாயு அடர்த்தி குறைந்தது என்பதனால் அதைச் சேமிக்க பாரிய தாங்கிகள் தேவை. எரிபொருள் (gasoline) அடர்த்தி கூடியது. அதனால் சிறிய கலங்களிலேயே அதைச் சேமித்து வைத்துக்கொள்ளலாம். ஐதரசனைக் குளீரூட்டுவதன் மூலம் திரவமாக்க முடியும் இத் திரவ நிலையில் ஒரு லீட்டர் தாங்கியில் இருக்கும் ஐதரசானால் 8 மெ.ஜூல் வலுவைத் தரமுடியும். ஆனால் 1 லீட்டர் எரிபொருளினால் (gasoline) 32 மெ.ஜூல் வலுவை உருவாக்க முடியும். அதாவது சம அளவான வலுவைப் பெற ஐதரனின் கனவளவு நான்கு மடங்காகவும் அதற்கான தாங்கி நான்கு மடங்கு பெரியதாயும் இருக்கவேண்டும்.

இதைச் சமாளிக்க அரசாங்க / நிறுவன ஆய்வுகூடங்கள் இரண்டு வழிகளைப் பரிந்துரைக்கின்றன. (1) நாரினால் வலுவூட்டப்பட்ட கலவைகளினால் உருவாக்கப்பட்ட 700 bar / 10152 psi அமுக்கத்தைத் தாங்கக்கூடிய தாங்கிகளில் அதிக எடையுள்ள ஐதரசனை நிரப்புதலைக் குறுங்காலத் திட்டமாகவும், (2) கடுங்குளிரேட்டப்பட்ட தாங்கிகளில் (cyro-compressed) அதிக அடர்த்தியுடன் ஐதரசனைத் திரவமாகச் சேமிக்க அல்லது இடைவெளிகளைக் கொண்ட திடப்பொருட்களில் ஐதரசனைப் பதுக்கி வைக்கக்கூடிய முறைகளை ஆராயும் நீண்டகாலத் திட்டமாகவும் பரிந்துரைக்கப்பட்டுள்ளன.

இப்பிரபஞ்சத்தில் ஐதரசன் தேவைக்கதிகமாக இருப்பினும் பூமியின் வளிமண்டலத்தில் அது மிகவும் சொற்பமாகவே கிடைக்கிறது. தூய ஐதரசனைப் பெறவேண்டுமானால் மீதேன் வாயுவிலுள்ள (CH4) கார்பன் அணுவைப் பிரிப்பதன் மூலம் அது சாத்தியமாகுமெனினும் அதன் விளைபொருளாக (கழிவாக) விடப்படுவது கார்பன் என்பதால் அதன் சூழல் பாதிப்பு காரணமாக இம்முறை சாதகமானதாகப் பார்க்கப்படவில்லை. மாற்று வழியாக நீரை (H20) மின்பகுப்புக்குள்ளாக்குவதன் மூலம் ஐதரசனைப் பெறுவதே சூழலுக்கு நட்புள்ள முறையாகும். இம் மின்பகுப்புக்கு மின்சாரம் தேவை. இயற்கை வழிகளினால் (solar / windmill / hydro) உற்பத்தி செய்யப்படும் மின்சாரம் போதாவிட்டால் மீண்டும் சூழலை மாசாக்கும் எரிபொருள் மூலமே மின்சாரத்தைப் பெற்று ஐதரசனை உருவாக்கவேண்டி ஏற்படும். இச்சவாலைச் சமாளிக்க சுரங்கங்களில் சிறைப்பட்டிருக்கும் ஐதரசனைப் பெறுவதற்கு விஞ்ஞானிகள் முயற்சி செய்கிறார்கள்.

ஐதரசன் வாகனத் தொழில்நுட்பத்தை எலான் மஸ்க் போன்ற மின்வாகனத் தயாரிப்பாளர்கள் ‘fool sells’ என ஏளனம் செய்கிறார்கள். “பசுமை ஐதரசனை உருவாக்க பசுமை மின்சாரத்தைப் பாவிப்பதைவிட பசுமை மின்சாரத்திலேயே வாகனங்களை ஓட்டிவிடலாமே” என்கிறார் மஸ்க். மின்வாகனத்தின் மின்கலத்தைச் சார்ஜ் செய்யப் பாவிக்கப்படும் மின்சாரத்தைவிட ஐதரசனை உருவாக்குவதற்கு மூன்று மடங்கு மின்சாரம் தேவையெனக் கூறுகிறார் கேம்பிரிட்ஜ் பல்கலைக்கழக பேராசிரியர் டேவிட் கெபோன்.

எந்த வலு மாற்றமும் ( energy transformation) இறுதியில் வெப்ப உருவாக்கத்திலேயே வந்து முடியும். எரிபொருள் வாகனத்தில் இவெப்பத்தைக் குளிரூட்ட இயந்திரத்தில் குளிரூட்டும் (radiator) பொறிமுறைகளுண்டு. இதே போல ஐதரசன் வாகனங்களிலும் உருவாக்கப்படும் வலு வெப்பமாகச் சேதாரமடையும் என்பதால் அதன் வினைத்திறன் எதிர்பார்க்கும் அளவுக்கு இருக்காது என இவர்கள் கூறுகிறார்கள்.

ஐதரசன் வாகனத் தயாரிப்பில் எரிகலங்களால் பிரச்சினை இல்லை. தூய ஐதரசனைத் தேவையான இடத்திற்குக் கொண்டு வருதலே பிரச்சினை. இவ்வாயு துரித கதியில் தீப்பிடிக்கக் கூடியது. அதிக அமுக்கத்துடன் சேமிப்புத் தாங்கிகளில் மிகவும் கவனமாகப் பாதுகாத்து வைக்கப்படவேண்டும். கொஞ்சம் ஒழுக்கு வந்தாலும் (leak) ஆபத்து. நிரப்பு நிலையங்களில் மின்பகுப்பு வசதிகள் இருந்தாலே தவிர அடிக்கடி தாங்கிகளில் ஐதரசன் விநியோகிக்கப்படவேண்டிய தேவைகள் உண்டு.

ஐதரசன் நிரப்பும் நிலையங்கள் அதிகம் இல்லாதபோது மக்கள் ஐதரசன் வாகனங்களை வாங்க மாட்டார்கள். மின் வாகனத்திற்கும் இதே சவால் இருந்து வருகிறது. பொது சார்ஜிங் ஸ்டேசன்கள் குறைவான இடங்களுக்கு தமது மின் வாகனங்களை எடுத்துச்செல்ல மக்கள் தயங்குகிறார்கள். ஐதரசனுக்கும் இதே பிரச்சினை ஏற்பட இடமுண்டு.

2012 இல் மாலி நாட்டில் குழாய்க் கிணறு தோண்டும்போது நீருக்குப் பதிலாக காற்று வந்ததும் அப்போது கிணற்றைத் தோண்டும் பணியாளர் புகைபிடித்ததன் காரணமாக அக்காற்று தீப்பிடித்து எரிந்தமையும் காரணமாக மேற்கொள்ளப்பட்ட ஆராய்ச்சியின் பலனாக மண்ணுக்குள் ஐதரசன் பதுக்கப்பட்டிருப்பது தெரியவந்தது. இந்த மாத ஆரம்பத்தில் (பெப் 2024) பிரஞ்சு ஆராய்ச்சியாளர்கள் அல்பேனியாவிலுள்ள சுரங்கமொன்றில் பெருமளவு இயற்கை ஐதரசனைக் கண்டுபிடித்திருக்கிறார்கள். இக்கண்டுபிடிப்பின்படி வருடமொன்றுக்கு 500 மில்லியன் தொன்கள் ஐதரசனைப் பல நூறு வருடங்களுக்குப் பெறமுடியும் எனக் கூறப்படுகிறது. நிலத்துக்குக் கீழே 5 ட்றில்லியன் தொன்கள் ஐதரசன் சிறப்பட்டிருப்பதாக அமெரிக்க நிலவாய்வுத் திணைக்களத்தின் விஞ்ஞானி ஜெஃபெறி எல்லிஸ் கூறுகிறார். எனவே அதிக செலவு செய்து மின்பகுப்பு மூலம் ஐதரசனை உற்பத்திசெய்யத் தேவையில்லை.

ஆனால் இவற்றைப் பாதுகாப்பாக எப்படி வாகனங்களில் சுமந்து திரிவது என்பதுவே விஞ்ஞானிகள் மண்டைகளை உடைக்கும் சவால். சிறிய குறுந்தூரப் பயணங்களுக்கான வாகனங்களும், பாரிய தாங்கிகளைச் சுமக்கவல்ல கனரக வாகனங்களும் உயரமுக்க சிலிண்டர்களில் ஐதரசனைச் சுமந்து தமது தேவைகளைச் சமாளிக்கின்றன. ஆனால் நீண்ட தூரப் பயணங்களுக்கான மீள்நிரப்பு வசதிகள் இன்னும் போதுமானதாக இல்லை. எனவே மின்வாகனங்களுக்கான சார்ஜிங் நிலையங்கள் எப்படித் தாமதமாக நிறுவப்பட்டனவோ அதேபோல ஐதரசானுக்கும் நிரப்பும் நிலையங்கள் நிறுவப்படுமென எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. ( Pic. Credit: Kennedy Space Centre- NASA / Wikipedia)