شمسی توانائی کی صلاحیت کو وسیع پیمانے پر بڑھانے کے لیے نیا مالیکیول

سورج نہ صرف توانائی کا سب سے وافر ذریعہ ہے جو انسان کے لیے جانا جاتا ہے، یہ لامحدود طور پر قابل تجدید ہے، جب تک کہ یہ موجود ہے۔ یہ روزانہ کی بنیاد پر، بارش یا چمک پر حیران کن مقدار میں توانائی پیدا کرتا رہتا ہے۔ شمسی توانائی کو بہت سے مختلف طریقوں سے جمع اور ذخیرہ کیا جا سکتا ہے، اور شمسی توانائی کے استعمال سے گرین ہاؤس گیسیں خارج نہیں ہوتی ہیں، جو موسمیاتی تبدیلی کے اثرات کو کم کرنے میں مدد کر سکتی ہیں۔ ان وجوہات کی بنا پر، شمسی توانائی کو قابل تجدید توانائی کے بنیادی ذریعہ کے طور پر وسیع پیمانے پر منتخب کیا جا رہا ہے۔ یہ صرف وقت کی بات ہے جب تک کہ انسانیت شمسی توانائی کو زیادہ موثر طریقے سے استعمال کرنے کے طریقے تلاش کر لے – جیسا کہ ذیل میں بیان کردہ اختراع۔

سورج کی روشنی میں ہیرا پھیری کرنا

شمسی توانائی کی دو اہم قسمیں ہیں: فوٹو وولٹک (PV)، اور مرتکز شمسی توانائی (CSP)، جسے شمسی توانائی سے بھی جانا جاتا ہے۔ فوٹو وولٹک شمسی پینل میں شمسی خلیوں کا استعمال کرتے ہوئے سورج کی روشنی کو براہ راست بجلی میں تبدیل کرتے ہیں۔ مرتکز شمسی توانائی کسی سیال کو گرم کرنے کے لیے سورج کی روشنی کا استعمال کرتی ہے جو بھاپ پیدا کرتی ہے اور توانائی پیدا کرنے کے لیے ٹربائن کو طاقت دیتی ہے۔ PV اس وقت عالمی شمسی توانائی کا 98% پر مشتمل ہے، باقی 2% CSP کے ساتھ۔

PV اور CSP ان کے استعمال کے طریقے، پیدا ہونے والی توانائی اور ان کی تعمیر میں استعمال ہونے والے مواد میں مختلف ہوتے ہیں۔ پی وی کے ساتھ پیدا ہونے والی توانائی کی کارکردگی سولر پینل کے سائز کے ساتھ مستقل رہتی ہے، یعنی بڑے سولر پینل پر چھوٹے استعمال کرنے سے توانائی کی پیداوار کی شرح میں اضافہ نہیں ہوگا۔ یہ بیلنس آف سسٹم (BOS) اجزاء کی وجہ سے ہے جو سولر پینلز میں بھی استعمال ہوتے ہیں، جس میں ہارڈ ویئر، کمبینر بکس اور انورٹرز شامل ہیں۔

CSP کے ساتھ، بڑا بہتر ہے۔ چونکہ یہ سورج کی شعاعوں سے حاصل ہونے والی حرارت کا استعمال کرتا ہے، اس لیے جتنی زیادہ سورج کی روشنی کو جمع کیا جا سکتا ہے اتنا ہی بہتر ہے۔ یہ نظام آج استعمال ہونے والے فوسل فیول پاور پلانٹس سے بہت ملتا جلتا ہے۔ اہم فرق یہ ہے کہ CSP آئینے کا استعمال کرتا ہے جو سورج کی روشنی سے حرارتی سیالوں تک (کوئلے یا قدرتی گیس کو جلانے کے بجائے) کی حرارت کو منعکس کرتا ہے، جو ٹربائنوں کو موڑنے کے لیے بھاپ پیدا کرتا ہے۔ یہ سی ایس پی کو ہائبرڈ پلانٹس کے لیے بھی موزوں بناتا ہے، جیسے کمبائنڈ سائیکل گیس ٹربائن (CCGT)، جو شمسی توانائی اور قدرتی گیس کا استعمال ٹربائنوں کو موڑنے، توانائی پیدا کرنے کے لیے کرتے ہیں۔ CSP کے ساتھ، آنے والی شمسی توانائی سے توانائی کی پیداوار صرف 16% خالص بجلی پیدا کرتی ہے۔ CCGT توانائی کی پیداوار سے ~55% خالص بجلی حاصل ہوتی ہے، جو صرف CSP سے بہت زیادہ ہے۔

شائستہ آغاز سے

کوپن ہیگن یونیورسٹی کے اینڈرس بو اسکوف اور موگینس برانڈسٹڈ نیلسن ایک ایسا مالیکیول تیار کرنے کی کوشش کر رہے ہیں جو PV یا CSP کے مقابلے زیادہ موثر طریقے سے شمسی توانائی کی کٹائی، ذخیرہ کرنے اور جاری کرنے کے قابل ہو۔ dihydroazulene/vinyl hepta fulvene نظام، مختصراً DHA/VHF کا استعمال کرتے ہوئے، اس جوڑے نے اپنی تحقیق میں شاندار پیش رفت کی ہے۔ ایک مسئلہ جس کا انہیں ابتدائی طور پر سامنا کرنا پڑا وہ یہ تھا کہ جیسے جیسے DHA/VHF مالیکیولز کی ذخیرہ کرنے کی صلاحیت میں اضافہ ہوا، ایک طویل مدت کے دوران توانائی کو رکھنے کی صلاحیت کم ہو گئی۔ کیمسٹری ڈپارٹمنٹ کے پروفیسر موگینس برینڈسٹڈ نیلسن نے کہا کہ "اس سے قطع نظر کہ ہم نے اس کی روک تھام کے لیے کیا کیا، مالیکیول اپنی شکل تبدیل کر لیں گے اور صرف ایک یا دو گھنٹے کے بعد ذخیرہ شدہ توانائی کو چھوڑ دیں گے۔ اینڈرز کا کارنامہ یہ تھا کہ وہ ایک مالیکیول میں توانائی کی کثافت کو دوگنا کرنے میں کامیاب ہو گیا جو اپنی شکل کو سو سال تک برقرار رکھ سکتا ہے۔ اب ہمارا واحد مسئلہ یہ ہے کہ ہم اسے دوبارہ توانائی کے اخراج کے لیے کیسے حاصل کرتے ہیں۔ ایسا نہیں لگتا کہ مالیکیول دوبارہ اپنی شکل بدلنا چاہتا ہے۔

چونکہ نئے مالیکیول کی شکل زیادہ مستحکم ہے یہ توانائی کو زیادہ دیر تک روک سکتی ہے، لیکن اس کے ساتھ کام کرنا بھی آسان ہوتا ہے۔ مالیکیولز کی ایک سیٹ یونٹ کتنی توانائی رکھ سکتی ہے اس کی ایک نظریاتی حد ہوتی ہے، اسے توانائی کی کثافت کہا جاتا ہے۔ نظریاتی طور پر 1 کلوگرام (2.2 پاؤنڈ) ایک نام نہاد "پرفیکٹ مالیکیول" 1 میگاجول توانائی کو ذخیرہ کر سکتا ہے، یعنی یہ توانائی کی زیادہ سے زیادہ مقدار کو روک سکتا ہے اور اسے ضرورت کے مطابق چھوڑ سکتا ہے۔ یہ تقریباً 3 لیٹر (0.8 گیلن) پانی کو کمرے کے درجہ حرارت سے ابلنے تک گرم کرنے کے لیے کافی توانائی ہے۔ اسکوف کے مالیکیولز کی اتنی ہی مقدار 750 ملی لیٹر (3.2 کوارٹ) کمرے کے درجہ حرارت سے 3 منٹ میں ابلنے تک، یا ایک گھنٹے میں 15 لیٹر (4 گیلن) گرم کر سکتی ہے۔ اگرچہ DHA/VHF مالیکیول اتنی توانائی ذخیرہ نہیں کر سکتے جتنی ایک "کامل مالیکیول" کر سکتا ہے، لیکن یہ ایک اہم مقدار ہے۔

مالیکیول کے پیچھے سائنس

DHA/VHF نظام دو مالیکیولز، DHA، اور VHF پر مشتمل ہے۔ DHA مالیکیول شمسی توانائی کو ذخیرہ کرنے کا ذمہ دار ہے، اور VHF اسے جاری کرتا ہے۔ بیرونی محرکات سے متعارف ہونے پر وہ شکل بدل کر ایسا کرتے ہیں، اس صورت میں سورج کی روشنی اور گرمی۔ جب DHA سورج کی روشنی کے سامنے آتا ہے تو یہ شمسی توانائی کو ذخیرہ کرتا ہے، ایسا کرنے سے مالیکیول اپنی شکل کو VHF شکل میں بدل دیتا ہے۔ وقت گزرنے کے ساتھ، VHF گرمی جمع کرتا ہے، ایک بار جب یہ کافی جمع کر لیتا ہے تو یہ واپس اپنی DHA شکل میں واپس آجاتا ہے اور شمسی توانائی جاری کرتا ہے۔

دن کے آخر میں

اینڈرس بو سکوف نئے مالیکیول کے بارے میں کافی پرجوش ہیں، اور اچھی وجہ کے ساتھ۔ اگرچہ یہ ابھی تک توانائی کو جاری نہیں کر سکتا، اسکوف کا کہنا ہے کہ "جب شمسی توانائی کو ذخیرہ کرنے کی بات آتی ہے، تو ہمارا سب سے بڑا مقابلہ لتیم آئن بیٹریوں سے ہوتا ہے، اور لیتھیم ایک زہریلی دھات ہے۔ میرا مالیکیول کام کرنے کے دوران نہ تو CO2 چھوڑتا ہے اور نہ ہی کوئی اور کیمیائی مرکبات۔ یہ 'سورج کی روشنی ان پاور آؤٹ' ہے۔ اور جب مالیکیول ایک دن ختم ہو جاتا ہے، تو یہ ایک رنگین بن جاتا ہے جو کیمومائل کے پھولوں میں بھی پایا جاتا ہے۔" نہ صرف مالیکیول کو ایک ایسے عمل میں استعمال کیا جاتا ہے جو اس کے استعمال کے دوران بہت کم یا کوئی گرین ہاؤس گیسیں خارج نہیں کرتا ہے، جب یہ بالآخر انحطاط پذیر ہوتا ہے تو یہ ایک غیر فعال کیمیکل بن جاتا ہے جو قدرتی طور پر ماحول میں پایا جاتا ہے۔