Fuel Cell - எரிமக்கலன்.

Fuel Cell - எரிமக்கலன்.
.
Fuel Cell (ஃபூயல் செல் - எரிமக்கலன்) என்பது சமீபகாலமாக அதிகம் பேசப்பட்டு வருகின்றது. சாதாரணமாக, பெட்ரோல் அல்லது டீசல் போன்ற எரிபொருள்களை பயன்படுத்தி, நாம் ஜெனரேட்டர் (generator) மூலம் மின்சாரம் தயாரிக்கலாம். ஜெனரேட்டரில், பெட்ரோல் அல்லது டீசல் எரிந்து அது (மோட்டார் பைக் போன்ற) ஒரு என்ஜினை ஓட வைக்கும். அந்த என்ஜின் ஒரு டைனமோவுடன் இணைக்கப் பட்டு இருக்கும். டைனமோ சுற்றும் பொழுது மின்சாரம் வரும். டைனமோவின் அமைப்பைப் பொறுத்து நேர் மின்சாரம் (direct current or DC) அல்லது alternating current (or AC) வகை மின்சாரம் கிடைக்கும்.

இந்த வகையில் சில குறைபாடுகள் இருக்கின்றன. ஒன்று பெட்ரோல் / டீசல் முழுதும் எரியாது. முழுவதும் எரியாமல் இருப்பதால் கொஞ்சம் (அல்லது அதிகம்) புகை வரும். இதனால் நாம் சுவாசிக்கும் காற்று மாசுபடும். இது தவிர, கொஞ்சம் வருடங்களுக்குப் பிறகு என்ஜின் தேய்மானம் இருக்கும். ஒரு லிட்டர் பெட்ரோல் எரிந்தால், அதிலிருக்கும் ஆற்றல் (energy) முழுவதும் மின்சாரமாக மாறாது. பெட்ரோலில் இருக்கும் ரசாயன ஆற்றலை (chemical energy) இயந்திர ஆற்றலாக (மெக்கானிக்கல் / mechanical) மாற்றும் பொழுது கொஞ்சம் இழப்பு இருக்கும்.மெக்கானிக்கல் ஆற்றலை மின் ஆற்றலாக மாற்றும் பொழுது இன்னமும் கொஞ்சம் இழப்பு இருக்கும். அதனால் நமக்கு ஓரளவுதான் பயன்கிடைக்கும்.

இதற்கு பதிலாக மின்சாரத்தை கெமிக்கல் / ரசாயன ஆற்றலிலிருந்து நேராக எடுத்தால் என்ன? தற்போது பேட்டரி செல் (batter cell) என்பது அந்த வகையைச் சார்ந்ததுதான். உதாரணமாக, செல்போன் பேட்டரிகளில் வேதிவினை நடந்து மின்சாரம் கிடைக்கின்றது. நாம் மீண்டும் சார்ஜ் (charge) செய்யும்பொழுது வேதிவினை ரிவர்ஸில் (reverse) நடக்கும். இந்த முறையில் தேய்மானம் இல்லை. ஏனென்றால், இதில் நகரும் சாமான் (moving parts) இல்லை. அதைப்போலவே கெமிக்கல் ஆற்றல் சேதாரம் இல்லாமல் மின்சாரமாக மாறிவிடும். அடுத்து இங்கு புகை போன்ற மாசுக்கள் வருவதில்லை. (பேட்டரியை தூக்கி எறிந்தால், அதுவே ஒரு பெரிய பிரச்சனை. ஆனால், இங்கு அதை விட்டு விடுவோம்).

இந்த முறையில் குறை என்ன என்றால், சிறிய மின்சாரத் தேவைகளுக்கு இது போதும். ஆனால், உங்கள் கார் அல்லது ஸ்கூட்டியை நல்ல வேகத்தில் செலுத்த நிறைய ஆற்றல் தேவை. அதற்கு பேட்டரி வைத்து ஓட்டப் பார்த்தால், பேட்டரியின் எடை 200 கிலோவிற்கு மேல் வந்து விடும். அது தவிர, நீங்கள் இப்போது எங்கே வேண்டுமானாலும் 5 நிமிடத்தில் பெட்ரோல் பங்க்கில் உங்கள் வண்டியின் டேங்க்கை நிரப்பிக்கொள்ளலாம். இந்த மாதிரி பேட்டரியை ரீ-சார்ஜ் செய்ய வசதி இல்லை. தவிரவும் ஒரு சின்ன செல்போன் பேட்டரியை சார்ஜ் செய்யவே 1 மணி ஆகிறது என்றால், பெரிய பேட்டரிகளை சார்ஜ் செய்ய எவ்வளவு நேரம் ஆகும் என்பதை யோசிக்க வேண்டும்.

ரீ சார்ஜபிள்/ re-chargeable வகையான பேட்டரியிலிருந்து நாம் மின்சாரம் பெற்றாலும்,
அது சார்ஜ் தீர்ந்த பின்னர் (திறன் இழந்த பின்னர்) அதற்கு மீண்டும் மின்சாரத்தை செலுத்தித்தான் திறனை திரும்ப பெற வேண்டும். எனவே நம் கண்ணுக்கு முன்னால் நாம் பொருளை எரிக்காவிட்டாலும், வேறு இடத்தில் (கரி மின் நிலையத்திலோ அல்லது அணு மின் நிலையத்திலோ அல்லது நீர் மின் நிலையத்திலோ) ஒரு சக்தியை நாம் மின்சக்தியாக மாற்றித்தான் பயன்படுத்துகின்றோம். இந்த ரீ சார்ஜபிள் பேட்டரியில், மின்சாரத்தை ரசாயன ஆற்றலாக மாற்றி, சேமித்து வைத்து, நாம் தேவைப்படும்பொழுது ப்யனபடுத்துகின்றோம். அவ்வளவே.


பேட்டரியின் நல்ல பயன்களையும் (அதாவது தேய்மானம் இல்லை, கெமிக்கல் ஆற்றலை சேதாரம் இல்லாமல் மின் ஆற்றலாக மாற்றலாம், மாசு வெளிப்படுதல் இல்லை), சாதாரண மோட்டர் பைக் திறனையும் ( குறைந்த எடை உள்ள என்ஜின், 5 நிமிடத்தில் 10 லிட்டர் பெட்ரோலை நிரப்பி அதிக நேரம் உபயோகப்படுத்தக் கூடிய வசதி ) சேர்த்து அமைக்கப்படும் கருவிதான் ஃபூயல் செல் / Fuel Cell அல்லது ‘எரிமக்கலன’. இது நல்ல குறிக்கோள்தான். ஆனால், இன்னமும் இத்துறையில் பெரிய முன்னேற்றம், அதாவது பெரிய அளவில் (large scale) எகனாமிகலாக (economical) பொருளாதார ரீதியில் தயார் செய்யும் அளவில் முன்னேற்றம் இல்லை என்பதே உண்மை. சில இடங்களில் பெரிய அளவில் தயாரித்து ஓட்டுகிறார்கள் என்றாலும், நாம் கடையில் சென்று மோட்டார் பைக் வாங்குவது போலவோ அல்லது டீசல் ஜெனரேட்டர் வாங்குவது போலவோ, எரிமக்கலனை வாங்க முடியாது.
எரிமக்கலன் பகுதி-2. வரலாறு. (Fuel Cell- History)
கி.பி.1800-ம் ஆண்டில் நிக்கல்சன்(Nicholson) மற்றும் கார்லிஸ்ஸி (Carlislee) ஆகியோர் மின்சாரத்தை செலுத்தி தண்ணீரிலிருந்து ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்சிஜன் வாயுவைத் தயாரித்தனர். இது மின்னாற்பகுப்பு (electrolysis) எனப்படும்.
சுமார் 1839-ம் ஆண்டில் இங்கிலாந்தை சேர்ந்த சர் வில்லியம் குரோவ்(Sir William Grove) என்ற நீதிபதி தனது வேலை இல்லாத ஓய்வுநேரத்தில் ஹைட்ரஜனையும், ஆக்ஸிஜனையும் இணைத்து மின்சாரம் தயாரிக்க முடியுமா என்று யோசித்தார். அதை செய்து பார்க்கவும் முயற்சித்தார்.
அப்போது ஒரு தண்ணீர்த் தொட்டியில் இரு முன் தகடுகளை வைத்து அவற்றின் ஒரு மின் தகடின் அருகில் / பக்கத்தில் ஹைட்ரஜன் வாயுவைச் செலுத்தினார். இன்னொரு மின் தகடின் பக்கத்தில் ஆக்சிஜனை செலுத்தவில்லை. ஏனென்றால் காற்றிலேயே ஆக்ஸிஞன் இருப்பதால் காற்றையே செலுத்தினார். அதில் சிறிதளவு மின்சாரம் வந்தது. அது 0.6V அளவு மின் அழுத்தம்(Voltage) தந்தது. இதுதான் உலகின் முதல் எரிமக்கலன்.


நாம் இரண்டு 1.5V பேட்டரி(மின் கலத்தை) சேர்த்து 3V எடுப்பதைப் போல, அவரும் பல(50) எரிமக்கலன்களை இணைத்து சுமார் 25-30V மின் அழுத்தம் பெறுமாறு செய்தார். ஆனால் அதற்கு மேல் அவர் பெரிதாக முயற்சிக்கவில்லை.

ஏறக்குறைய 100 ஆண்டுகளாக ஜெர்மனியில் இது பற்றி ஆராய்ச்சி நடந்தது. சிறிய முன்னேற்றங்கள் இருந்தாலும் சொல்லிக் கொள்ளும் அளவிற்கு இல்லை. 1932-ல் இங்கிலாந்தை சேர்ந்த தாமஸ் பிரான்ஸிஸ் பேகன்(Thomas Francis Bacon) என்பவர் இத்துறையில் ஈடுபட்டார்.

அவர் ஒரு விசை சுழலி(Turbine) தயாரிக்கும் நிறுவனத்தில் Engineer ஆக வேலை பார்த்துக் கொண்டிருந்தார். அப்போது அவருக்கு மின் வேதியியல் பற்றியோ அல்லது எரிமக்கலன் பற்றியோ ஒன்றும் தெரியாது. ஒரு நாள் தனது நிறுவனத்தின் மூலையில் தண்ணீரிலிருந்து ஹைட்ரஜன் தயாரிப்பதைப் பார்த்தார். பார்த்தவுடன் நூறு ஆண்டுகளுக்கு முன் சர் வில்லியம் குரோவிற்கு உதித்த அதே கேள்வி இவர் மூளையில் உதித்தது. மின்சாரம் செலுத்தி ஹைட்ரஜன் பெற்றால், ஏன் ஹைட்ரஜன் செலுத்தி மின்சாரம் பெற முடியாது?


ஆனால் அவர் வேலை செய்த நிறுவனத்திற்கு இதில் எந்தவித ஈடுபாடும் இல்லை. அதனால் நிறுவனத்திற்குத் தெரியாமலேயே இவர் ஒரு அலமாரியில் தனது கருவிகளை ஒளித்து வைத்து, ஹைட்ரஜன் மற்றும் காற்றிலிருந்து(ஆக்சிஜனிலிருந்து) மின்சாரம் தயாரிக்க முடியும் என்பதைக் கண் கூடாகப் பார்த்தார்.அதன் பிறகு அவருக்கு இதைவிட மனமேயில்லை. அவருக்கு மூதாதையர் வழியாக பெரிய அளவில் சொத்து இருந்தது. அதனால் விசை சுழலி நிறுவனத்தில் இருந்து வேலையை ராஜினாமா செய்துவிட்டு, எரிமக்கலனை சிறந்த முறையில் தயாரிப்பதிலேயே கண்ணும், கருத்துமாக ஈடுபட்டார்.

அவர் இங்கிலாந்தில் புகழ் பெற்ற கேம்பிரிட்ஜ் பல்கலைக் கழகத்திற்கு அருகில் வசித்து வந்தார். அந்த பல்கலைக்கழகத்தில் இருந்த ஆராய்ச்சியாளர்களிடம் எரிமக்கலன் பற்றி பேச முயன்றார். ஆனால் அவர்கள் அதில் அக்கறை செலுத்தவில்லை. அப்போதும் அவர் தயங்காமல் தனது சொந்த செலவிலேயே அருகில் இருக்கும் குடிசைப் பகுதியில் ஆராய்ச்சிக்கூடம்(Lab) அமைத்து எரிமக்கலனைப் பற்றிய ஆராய்ச்சியில் மூழ்கினார்.

1950-களில் அவர் இதைப் பற்றிச் சரியாகப் புரிந்து கொள்ள மின் வேதியியல் பற்றிய அறிவு தேவை என உணர்ந்தார். 1952-ல் இம்பீரியல் கல்லூரியைச் சேர்ந்த ரெஜினால்ட் வாட்சன்(Reginald Watson) என்ற மின் வேதியியல் நிபுணரை வேலைக்கு அமர்த்தினார். கூடவே இன்னொரு பொறியாளர்/Engineer-ஐயும்(பெயர் தெரியவில்லை) வேலைக்கு சேர்த்துக் கொண்டார். 1959-ல் கடைசியாக அவர்கள் அனைவரும் சேர்ந்தது ஒரு 5 கிலோவாட்(5 KW) மின்சாரம் தயாரிக்கும் எரிமக்கலனை செய்தார்கள். அதைக் கொண்டு ஒரு பெரிய லாரி வகை வண்டியை ஓட்டியும் காண்பித்தார்கள்.

25 வருடங்களாக இதைத் தொடர்ந்து ஆராய்ச்சி செய்த தாமஸ் பேகனின் உழைப்பு, விடா முயற்சிக்கு மிகச் சிறந்த எடுத்துக்காட்டு.
இதன் பின்னரே, இங்கிலாந்தும் பிற நாடுகளும் எரிமக்கலனின் முக்கியத்துவத்தை உணர்ந்தன. லண்டனில் 1959-ம் ஆண்டு ஆகஸ்டு மாதம் டைம்ஸ் பத்திரிகையில் தாமஸ் பேகன் மற்றும் அவருடைய எரிமக்கலனின் புகைப்படம் வெளியானது.

அந்தச் சமயம் சோவியத் யூனியன் ஸ்புட்னிக்(Sputnik) என்ற செயற்கைக்கோளை விண்வெளியில் ஏவி இருந்தது. அதற்குப் போட்டியாக, அமெரிக்க விண்வெளி நிறுவனமான நாஸா தானும் விண்ணுக்கு செயற்கைக் கோளை அனுப்பும் முயற்சியைத் தொடங்கியது.

நாஸா தாமஸ் பேகனின் எரிமக்கலனை எடுத்து பல முன்னேற்றங்களை செய்து விண்வெளியில் பயன்படுத்தியது. மின்சாரம் எடுப்பதைவிட, எரிமக்கலனைப் பயன்படுத்தினால் அதே அளவு மின்சாரம் தயாரிக்க, பேட்டரியில் பாதி எடை இருக்கும் எரிகலனே போதும். விண்வெளியில் செல்லும்போது எடை குறைவாக இருப்பது மிக அவசியம்.அதனால் (எரிமக்கலனைத் தயாரிக்க அதிகம் செலவானாலும்கூட) விண்வெளியில் எரிமக்கலன் பல ஆண்டுகளாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

இலங்கை தமிழரான சுப்ரமணியம் சீனிவாசன் என்பவர் 1960-களிலிருந்து எரிமக்கலன் ஆராய்ச்சியில்(அமெரிக்காவில்) ஈடுபட்டு பல்வேறு முன்னேற்றங்களுக்கு அடிகோலியிருக்கிறார் என்பது குறிப்பிடத்தக்கது. எரிமக்கலன் துறையில் இவரது பெயர் மிகவும் பிரபலமானது.

http://topsitv.blogspot.com/2011/10/2-fuel-cell-history.html