இந்தியாவின் முதல் ஹைட்ரஜன் ரயில்: ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் மின்கலத் தொழில்நுட்பம் (fuel cell technology) எவ்வாறு வேலை செய்கிறது? -குஷ்பூ குமாரி

ரயில்வே வாரியத்தின் ஒப்புதலைத் தொடர்ந்து, இந்தியாவின் ஹைட்ரஜன் ரயில் அறிமுகமாக உள்ளது. இதற்குப் பின்னால் உள்ள தொழில்நுட்பம் என்ன?

  தற்போதைய செய்தி :

இந்தியா, ஜெர்மனி, ஸ்வீடன், ஜப்பான் மற்றும் சீனா போன்ற நாடுகளின் வரிசையில் இந்தியாவும் தனது சொந்த ஹைட்ரஜன் ரயில்களை இயக்கும் நாடுகளின் பட்டியலில் இணைந்துள்ளது. 2026-ஆம் ஆண்டு மே 22-ஆம் தேதி வெளியிடப்பட்ட கடிதத்தில், ரயில்வே வாரியம்  நாட்டின் முதல் “ஹைட்ரஜன் சக்தியில் இயங்கும் ரயிலை அறிமுகப்படுத்த (hydrogen-powered train set) அனுமதி வழங்கியுள்ளது. ‘ஹைட்ரெயில்’ (hydrail) அல்லது ‘H-ரயில்கள்’ என அழைக்கப்படும் ஹைட்ரஜன் ரயில்கள், மின்மயமாக்கப்படாத ரயில் பாதைகளில் டீசல் என்ஜின்களுக்கு ஒரு மாற்றாக கருதப்படுகின்றன.

முக்கிய அம்சங்கள்:

1. உலகின் மிகப்பெரிய ரயில் வலை அமைப்புகள் ஒன்றை இந்தியா கொண்டுள்ளது. இந்தியாவில் தினமும் 25,000-க்கும் மேற்பட்ட ரயில்கள் இயக்கப்படுகின்றன. நாட்டின் முதல் ஹைட்ரஜன் மூலம் இயங்கும் ரயில், ஹரியானா மாநிலத்திலுள்ள ஜிந்த் மற்றும் சோனிபத் நகரங்களுக்கு இடையே இயக்கப்படவுள்ளது. இந்த ரயில், சென்னையைத் தளமாகக் கொண்ட ஒருங்கிணைந்த ரயில் பெட்டித் தொழிற்சாலையால் (Integral Coach Factory (ICF)) உருவாக்கப்பட்டுள்ளது. 10 பெட்டிகளைக் கொண்ட இந்த ஹைட்ரஜன் ரயில் , மணிக்கு அதிகபட்சமாக 75 கிலோமீட்டர் வேகத்தில் இயங்கும்.

2. 2070-ஆம் ஆண்டுக்குள் நிகர-பூஜ்ஜிய இலக்கை அடைவதற்கு, ரயில்வேயில் கரியமில வாயு வெளியேற்றத்தைக் குறைப்பது ஒரு  முக்கிய நடவடிக்கையாக பார்க்கப்படுகிறது. இந்திய ரயில்வே, “பாரம்பரியத்திற்கான ஹைட்ரஜன்” (Hydrogen for Heritage) திட்டத்தின்கீழ், நாடு முழுவதும் உள்ள பாரம்பரிய மற்றும் மலைப்பாதைகளில் 35 ஹைட்ரஜன் மூலம் இயங்கும் ரயில்களை இயக்கத் திட்டமிட்டுள்ளது.

3. ஹைட்ரஜன் ரயில்கள் என்பது, மேலே செல்லும் மின்கம்பிகள் மூலம் மின்சாரம் பெறும் பாரம்பரிய மின்சார ரயில்களிலிருந்து வேறுபட்டு, தானாகவே மின்சார உற்பத்தி அமைப்பைக் கொண்ட மின் ரயில்களாகும். அவை  ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் மின்கலத் தொழில்நுட்பத்தை (Hydrogen Fuel Cell (HFC)) பயன்படுத்துகின்றன. இது அழுத்தம் அதிகமாக உள்ள ஹைட்ரஜன் மற்றும் வளிமண்டலத்தில் உள்ள ஆக்ஸிஜன் ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான மின்வேதியியல் (electrochemical) வினை மூலம் தேவையான ஆற்றலை உருவாக்குகிறது. மேலும், இது பயன்படுத்தப்படும் இடத்தில் பூஜ்ஜிய உமிழ்வு (Zero-emission) அமைப்பாக செயல்படுகிறது.

4. எரிபொருள் கலத்தால் உற்பத்தி செய்யப்படும் மின்சாரம், ரயிலின் இழுவை (traction) அமைப்புகளுக்கு (Traction systems) நேரடியாக சக்தி அளிக்கிறது. அதேநேரத்தில், ரயிலில் உள்ள மின்கலன்கள் அதிகப்படியான மின்சாரத்தை சேமித்து வைத்து, வேக அதிகரிப்பு மற்றும் மீளுருவாக்க பிரேக்கிங் (regenerative braking) நேரங்களில் கூடுதல் மின்சாரத்தை வழங்குகின்றன. ஹைட்ரஜன் ரயில்கள் மீளுருவாக்க பிரேக்கிங் (regenerative braking) தொழில்நுட்பத்தையும் பயன்படுத்துகின்றன. இந்த தொழில்நுட்பம், பிரேக் போடும்போது உருவாகும் இயக்க ஆற்றலை (kinetic energy) மின்சாரமாக மாற்றி, ரயிலில் உள்ள மின்கலன்களை மீண்டும் ரீசார்ஜ் செய்கிறது.

ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் மின்கலத் (Hydrogen Fuel Cell technology) தொழில்நுட்பம் எவ்வாறு செயல்படுகிறது?

5. ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் மின்கலத் தொழில்நுட்பங்கள், ஹைட்ரஜனில் சேமிக்கப்பட்டுள்ள வேதியியல் ஆற்றலை மின் ஆற்றலாக மாற்றுவதன் மூலம், தூய்மையான மற்றும் உயர்தர மின்சாரத்தை உருவாக்குகின்றன. ஒரு ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் மின்கலத் தொழில்நுட்பத்தின் முக்கியக் கூறுகள் மெல்லிய சவ்வு மின்முனை அமைப்பு (Membrane Electrode Assembly (MEA)) மற்றும் இருமுனைத் தகடுகள் ஆகும்.

6. மெல்லிய சவ்வு மின்முனை அமைப்பு (Membrane Electrode Assembly (MEA)) என்பது மின்வேதியியல் முறை  நடைபெறும் இடமாகும். இது, இரண்டு வினையூக்கி அடுக்குகளுக்கு இடையில் வைக்கப்பட்டுள்ள ஒரு புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வை (Proton Exchange Membrane (PEM)) கொண்டுள்ளது. அவை ஆனோடு (எரிபொருள் கலத்திற்குள் ஹைட்ரஜன் வாயு நுழையும் இடம்) மற்றும் கேத்தோடு (காற்றிலிருந்து ஆக்ஸிஜன் நுழையும் இடம்) ஆகியவற்றையும் கொண்டுள்ளது. அவற்றைச் சுற்றி வாயு அடுக்குகள் பரவலாக அமைந்துள்ளன. இவை ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்சிஜன் வாயுவை பரவ உதவி செய்கின்றன. மேலும், எதிர்வினை மூலம் உருவாகும் துணைப்பொருட்களான நீர் மற்றும் வெப்பத்தை வெளியேற்றவும் உதவுகின்றன.

கூறு	இடம்/செயல்பாடு
மெல்லிய சவ்வு மின்முனை அமைப்பு (Membrane Electrode Assembly (MEA))	மின்னணுக்களைப் பிரிப்பதன் மூலம் மின்சாரத்தை உருவாக்கத் தேவையான வேதியியல் வினையை உருவாக்க உதவும் ஒரு மின்வேதியியல் முறை இதுவாகும். இவை ஒரு புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு (Proton Exchange Membrane (PEM)), வாயுப் பரவல் அடுக்குகள் மற்றும் வினைவேகமாற்றி அடுக்குகளை கொண்டுள்ளன.
புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு (Proton Exchange Membrane (PEM))	ஆனோடுக்கும் கேத்தோடுக்கும் இடையில் வைக்கப்பட்டுள்ள, சாதாரண சமையலறை நெகிழி உறை போன்ற தோற்றமுடைய மையச் சவ்வு இதுவாகும். இது நேர்மின் அயனிகளை மட்டுமே கடத்துகிறது மற்றும் எலக்ட்ரான்களைத் தடுக்கிறது.
ஆனோடு வினையூக்கி	ஹைட்ரஜன் நுழைந்து புரோட்டான்கள்/எலக்ட்ரான்களாகப் பிரியும் இடம் இதுவாகும்.
எதிர்மின்வாய் வினையூக்கி	காற்றில் உள்ள ஆக்ஸிஜன் புரோட்டான்கள்/எலக்ட்ரான்களுடன் இணையும் இடத்தில் இது உள்ளது.
வாயு பரவல் அடுக்குகள்	வினையூக்கி அடுக்குகளைச் சூழ்ந்து, வாயுக்களைப் பரப்பி, நீர் மற்றும் வெப்பத்தை அகற்றலாம்.
இருமுனைத் தகடுகள்	வெளிப்புறப் பக்கங்களில், வாயு விநியோகம், அடுக்கில் உள்ள மின்கலன்களுக்கு இடையேயான எலக்ட்ரான் கடத்தல் மற்றும் வெப்ப மேலாண்மை ஆகியவற்றை எளிதாக்கலாம்.

7. அமெரிக்க எரிசக்தித் துறையின் கூற்றுப்படி, சாதாரண சமையலறையில் பயன்படுத்தப்படும் நெகிழி உறையைப் போன்று தோற்றமளிக்கும், சிறப்பாகப் பதப்படுத்தப்பட்ட ஒரு பொருளான PEM, நேர்மின் அயனிகளை மட்டுமே கடத்தி, எலக்ட்ரான்களைத் தடுக்கிறது. எரிபொருள் மின்கலத் தொழில்நுட்பத்திற்கு PEM தான் முக்கியமானது. அது ஆனோடுக்கும் கேத்தோடுக்கும் இடையில் தேவையான அயனிகளை மட்டுமே கடந்து செல்ல அனுமதிக்க வேண்டும்.

8. முதலில், ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் (H2) ஆனோடு வழியாகச் செலுத்தப்பட்டு, ஒரு வினையூக்கியைப் பயன்படுத்தி ஆக்சிஜனேற்றம் மூலம் புரோட்டான்கள் (H+) மற்றும் எலக்ட்ரான்களாக (e-) பிரிக்கப்படுகிறது. பின்னர் PEM, புரோட்டான்களை மட்டுமே கேத்தோடிற்குச் செல்ல அனுமதிக்கிறது. எலக்ட்ரான்களைத் தடுக்கிறது.

இந்தியாவிற்கு ஹைட்ரஜன் ரயில்கள் (Hydrogen Trains) முக்கியத்துவம் வாய்ந்தவை? அவை, 2070-க்குள் நிகர பூஜ்ஜிய இலக்கை அடைதல், டீசலைச் சார்ந்திருப்பதைக் குறைத்தல், ரயில்வேயில் கார்பன் வெளியேற்றத்தைக் குறைக்கும் இந்தியாவின் முயற்சிக்கு ஆதரவளித்தல், தூய ஆற்றலுக்கு மாறுவதை ஊக்குவித்தல் போன்றவையாகும்.

9. எலக்ட்ரான்கள் வெளிப்புற சுற்று வழியாகப் பாய்ந்து மின்சாரத்தை உருவாக்குகின்றன. கேத்தோடில் (cathode), காற்றில் உள்ள ஆக்ஸிஜன் வினையூக்கியுடன் இணைந்து அதன் அளவு குறைகிறது. பின்னர், சவ்வு வழியாக வந்த புரோட்டான்களும் வெளிப்புற சுற்றிலிருந்து வரும் எலக்ட்ரான்களும் ஆக்ஸிஜனுடன் வினைபுரிந்து தண்ணீரை உருவாக்குகின்றன.

10. இருமுனைத் தகடுகள் வாயு (bipolar plates facilitate) விநியோகம், அடுக்கில் உள்ள மின்கலங்களுக்கு இடையேயான எலக்ட்ரான் கடத்தல் மற்றும் வெப்ப மேலாண்மை போன்றவற்றை எளிதாக்குகின்றன. இந்தத் தொடர்ச்சியான மின்வேதியியல் செயல்முறையானது, ஹைட்ரஜனின் வேதியியல் ஆற்றலை நேரடியாக மின் ஆற்றலாக மாற்றுகிறது. இதில் நீராவி மட்டுமே துணை விளைபொருளாக உருவாகிறது.

11. எரிபொருள் மற்றும் ஆக்ஸிகரணிகள் தொடர்ந்து வழங்கப்படும் வரை இந்தச் செயல்முறை ஆற்றலை உருவாக்கும். மின்வேதியியல் (electrochemical) முறையின் மூலம் இவை இயங்குவதால், ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் கலன்களில் நகரும் பாகங்கள் எதுவும் இல்லை. இதுவே இவற்றின் செயல்பாட்டை அமைதியாகவும், அதிக நம்பகத்தன்மை கொண்டதாகவும் மாற்றுகிறது

தேசிய ஹைட்ரஜன் ஆற்றல் இயக்கம்

1. 2047-ஆம் ஆண்டுக்குள் எரிசக்தி சுதந்திரம் மற்றும் 2070-ஆம் ஆண்டுக்குள் நிகர பூஜ்ஜியம் என்ற இந்தியாவின் இலக்குகளில் பசுமை ஹைட்ரஜனின்  முக்கியத்துவதை அங்கீகரித்து, தேசிய பசுமை ஹைட்ரஜன் இயக்கம் 2023-ஆம் ஆண்டில் ஒன்றிய  அமைச்சரவையால் அங்கீகரிக்கப்பட்டது.

2. இந்தத் திட்டத்தின் நோக்கம், 2030-ஆம் ஆண்டிற்குள் ஆண்டுக்குக் குறைந்தபட்சம் 5 மில்லியன் மெட்ரிக் டன் ((Million Metric Tonne)) பசுமை ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்யும் திறனை உருவாக்குவதும், ஏற்றுமதி சந்தைகளின் வளர்ச்சியுடன் இதனை ஆண்டுக்கு 10 மில்லியன் மெட்ரிக் டன்னாக உயர்த்துவதற்கான சாத்தியக்கூறுகளைக் கொண்டிருப்பதும் ஆகும்.

3. புதைபடிவ எரிபொருட்கள் மற்றும் புதைபடிவ எரிபொருள் சார்ந்த மூலப்பொருட்களுக்குப் பதிலாக, பசுமை ஹைட்ரஜனை அடிப்படையாகக் கொண்ட புதுப்பிக்கத்தக்க எரிபொருட்கள் மற்றும் மூலப்பொருட்களைப் பயன்படுத்துவதை இந்தத் திட்டம் ஆதரிக்கிறது. இதில், அம்மோனியா உற்பத்தி மற்றும் பெட்ரோலிய சுத்திகரிப்பில் புதைபடிவ எரிபொருள் மூலங்களிலிருந்து உற்பத்தி செய்யப்படும் ஹைட்ரஜனுக்குப் பதிலாக பசுமை ஹைட்ரஜனைப் பயன்படுத்துதல், பசுமை ஹைட்ரஜனைக் கொண்டு எஃகு உற்பத்தி செய்தல் மற்றும் பசுமை ஹைட்ரஜனிலிருந்து பெறப்படும் செயற்கை எரிபொருட்களின் (பசுமை அம்மோனியா, பசுமை மெத்தனால் போன்றவை உட்பட) பயன்பாடு போன்றவை இடம் பெற்றிருக்கும்.

ஹைட்ரஜனின் வகைகள்
சாம்பல் ஹைட்ரஜன்	இது இந்தியாவின் உற்பத்தியில் அதிக பங்கு வகிக்கிறது. இது “நீராவி மீத்தேன் சீர்திருத்த” (Steam Methane Reforming (SMR)) முறையின் மூலம் தயாரிக்கப்படுகிறது. இதில் இயற்கை எரிவாயு (மீத்தேன்) மூலப்பொருளாக பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த செயல்முறை புதைபடிவ எரிபொருட்களை சார்ந்தது மற்றும் கார்பன் டையாக்சைடை வளிமண்டலத்தில் வெளியிடுகிறது.
நீல ஹைட்ரஜன்	நிலக்கரி அல்லது இயற்கை எரிவாயுவை பயன்படுத்தி ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்யும் போது உருவாகும் கார்பனை   பூமிக்கு அடியில் பாதுகாப்பாக சேமிப்பதே கார்பன் பிடிப்பு மற்றும் சேமிப்பு (Carbon Capture and Storage (CCS)) தொழில்நுட்பமாகும். காற்றில் உள்ள கார்பனை நேரடியாக உறிஞ்சி எடுக்கும் கார்பன் -டை-ஆக்சைடு அகற்றுதல் (carbon dioxide removal (CDR)) முறையில் இருந்து இது முற்றிலும் மாறுபட்டது. இந்த முறையின் போது கார்பன் மோனாக்சைடு மற்றும் கார்பன்-டை-ஆக்சைடு போன்ற துணை விளைபொருட்கள்   சேமிக்கப்படுகின்றன.
பச்சை ஹைட்ரஜன்	இதில், புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தியால் இயங்கும் மின்னாற்பகுப்பிகளை (Electrolysers) கொண்டு, நீரின் மின்னாற்பகுப்பு (Water Electrolysis) முறை மூலம் தண்ணீரை ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜனாகப் பிரித்து ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. இது ஹைட்ரஜன் உற்பத்திக்கான, நடைமுறையில் உமிழ்வற்ற ஒரு வழிமுறையாகக் (emission-free pathway) கருதப்படுகிறது.

Original link:

India’s first hydrogen train: How does hydrogen fuel cell technology work?