1. எரிமக் கலன் - அட்டவணை
  2. சிலிக்கன் சில்லு செய்முறை - அட்டவணை
  3. காற்றில் மாசு கட்டுப்படுத்துதல் அட்டவணை
  4. இயற்பியல் பதிவுகள் தொகுப்பு-1. அட்டவணை
  5. காலத்தின் வரலாறு - அட்டவணை
  6. சோலார் செல் அட்டவணை

Saturday, December 22, 2007

Fuel Cell - எரிமக்கலன் வடிவமைப்பு. பகுதி-5


எரிமக்கலனின் வடிவமைப்பு இங்கே (ரொம்ப எளிமையாக/simpleஆக) கொடுக்கப்பட்டு இருக்கிறது.




இதில் இரண்டு கார்பன்/கரி/Carbon மின் தகடுகள் எனப்படும் எலக்ட்ரோடுகள் (electrodes) மற்றும் பிளாட்டினம் (Pt) மின் தகடுகள் ஆகியவை இருப்பதையும், எரிபொருளான ஹைட்ரஜன் செல்லவும் , ஆக்சிஜன் செல்லவும் வழி இருப்பதையும் கவனிக்கவும்.


  • ஹைட்ரஜன் அணுவிலிருந்து எலக்ட்ரான் இந்த மின் தகடு வழியாக வெளிச்சுற்று (external circuit) வழியே செல்லும்.
    எலக்ட்ரானை இழந்த பின் அது ஹைட்ரஜன் அயனி என்று சொல்லப்படும். இது H+ என்று பொதுவாக எழுதப்படும்.
  • ஆக்சிஜன் அணு இரண்டு எலக்ட்ரான்களை எடுத்துக்கொண்டு ஆக்சைடு என்ற அயனியாக மாறும். இது O2- என்று எழுதப்படும்.
  • இந்த வினை மொத்தத்தில் 2 H2 + O2 = 2 H2O என்று எழுதப்படும்.
இப்போது பல கேள்விகள் எழுகின்றன.

ஒரு ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறில் (H2 வில்) இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் (2 H atoms) இருக்கின்றன. அதைப்போலவே ஒரு ஆக்சிஜன் மூலக்கூறில் இரண்டு ஆக்சிஜன்கள் இருக்கின்றன. ஆனால், நாமோ மின் தகடில் ஹைட்ரஜன் அணுவிலிருந்து (கவனிக்கவும். ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறிலிருந்து என்று சொல்லவில்லை) எலக்ட்ரான் பிரிந்து செல்லும் என்று சொல்கிறோம். பத்தாததற்கு அது ஆக்சிஜன் அணுவுடன் சேரும் என்றும் சொல்கிறோம்.

  1. எப்படி ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறு ஹைட்ரஜன் அணுக்களானது?

  2. ஏன் ஹைட்ரஜன் அணுவிலிருந்து எலக்ட்ரான் பிரிய வேண்டும்?

  3. ஏன் கம்பி வழியே சென்று ஆக்சிஜனை சேரவேண்டும்?
இன்னொரு சுவாரஸ்யமான விஷயம்: இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்களிலிருந்து எலக்ட்ரான்கள் சென்று ஒரு ஆக்சிஜனை அடையும். பின்னர் ஆக்சிஜன் அயனி இதே இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்களுடன் தான் சேரும் என்று சொல்ல முடியாது. எதாவது இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்களுடன் சேரும். இது குறிப்பாக மின்வேதி வினைகளில் நடக்கும்.

இதே ஹைட்ரஜனை நாம் ஆக்சிஜனுடன் ஒரு குடுவையில் கலந்து தீப்பொறியை செலுத்தினால், அங்கு எந்த ஹைட்ரஜனிலிருந்து எலக்ட்ரான் ஒரு ஆக்சிஜனுக்குப் போகிறதோ அதே ஹைட்ரஜன் அணுதான் ஆக்சிஜனுடன் சேர்ந்து இருக்கும். சொல்லப்போனால், ஒரு ஆக்சிஜனுடன் ஹைட்ரஜன் மோதி ஒட்டிக்கொள்ளும் போதுதான் அதிலிருந்து ஒரு எலக்ட்ரான் ஆக்சிஜனுக்குப் போகும்.

எரிமக் கலன்களில் பல வகைகள் உண்டு. எரிமக் கலனில் முக்கியமான விஷயங்கள் என்னவென்றால்

  • எரிபொருள். இது ஹைட்ரஜன் வாயுவாகவோ, அல்லது மெத்தனாலாகவோ அல்லது பெட்ரோலாகவோ இருக்கலாம்.

  • உள்ளே இருக்கும் மின்வேதி பொருள் (electrolyte).

  • வேலை செய்யும் வெப்ப நிலை (operating temperature)

இவற்றின் அடிப்படையில், எரிமக்கலன்களைக் கீழ்க்கண்டவாறு வகைப்படுத்தலாம்.

Friday, December 21, 2007

சூரிய ஒளி - அணுக்கரு சேர்தல் (Sunlight and Nuclear Fusion)

இந்தப் பதிவுகளைப் படிப்பவர்களுக்கு ஒரு வேண்டுகோள். இப்பதிவுகளில் உள்ள தமிழ் சொற்கள், குறிப்பாக அறிவியல் சொற்கள், சரியான அர்த்தத்தில் பயன்படுத்தப்படாவிட்டால், திருத்த்வும். நான் தமிழில் அறிவியல் சொற்களைப் பயன்படுத்தி பல வருடங்கள் ஆகிவிட்டன.

நாம் பொதுவாகப் பேசுவது போல ஆங்கிலத்தையும் தமிழையும் கலந்து எழுதுகிறேன். தூய தமிழில் எழுத வேண்டும் என்பதை விட, சாதாரணமாகத் தமிழ் பேசுபவர்கள் எளிதில் புரிந்து கொள்ளும்படி இருக்க வேண்டும் என்ற எண்ணத்தில்தான் எழுதுகிறேன். எனவே பொருள் சரியாக, புரியும் படி இருந்தால் அதை கடினமான சொல்லாக மாற்ற விரும்பவில்லை. நன்றி.


---------------------------------------------------------------------

"சூரியனுக்கு எப்படி ஒளி வருகின்றது?" என்றால், அது அணு வினை (nuclear reaction) ஆகும். குறிப்பாக, ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் இணைந்து ஹீலியம் அணு உருவாகும் வினை ஆகும். மனித குலம் இப்பொழுது யுரேனியம் என்ற தனிமத்தின் அணுக்கருவைப் பிளந்து (nuclear fission) அதில் வெளிப்படும் ஆற்றலை மின்சாரமாக்கும் வழியை தெரிந்து வைத்திருக்கின்றது. இதை வைத்து அணுகுண்டு / nuclear bomb செய்யவும் தெரிந்து வைத்திருக்கிறோம். இந்த வகையில் யுரேனியம் (அல்லது புளூட்டோனியம்) போன்ற தனிமங்கள் தேவை. இவை எல்லா இடங்களிலும் கிடைப்பதில்லை.

அணுக்கருக்களை ஒன்றோடு ஒன்று சேர்த்து , புது அணுவை உருவாக்கும் தொழில் நுட்பம் (nuclear fission technology) ஓரளவு தான் நமக்கு தெரியும். இந்த முறையில் குண்டு செய்யும் தொழில் நுட்பம் சில நாடுகளில் உள்ளது. ஆனால், கட்டுப்பாடாக (control செய்து) ஆற்றலை கொஞ்சம் கொஞ்சமாக வெளியிட்டு, அதை மின்சாரமாக மாற்ற இன்னமும் வழி தெரியவில்லை. இந்த முறையில் நமக்கு தேவையான பொருள் ஹைட்ரஜன் மட்டுமே. இந்த முறையில், ஒரு லிட்டர் தண்ணீரில் இருக்கும் ஹைட்ரஜன், ஒரு மனிதனுக்கு வாழ்நாள் முழுதும் தேவையான மின்சாரத்தை தரும். (இது நாம் கணக்கு போடாமல் சொல்கிறேன். சரியாக கணக்குப்போடத்தெரிந்து பொறுமையுடன் கணிப்பவர்கள் இதை திருத்துமாறு கேட்டுக் கொள்கிறேன்). அதனால், இது தீருமோ என்ற கவலை இல்லை.

இங்கு சில கேள்விகள்: ஒரு ஹைட்ரஜனில் ஒரு புரோட்டானும் ஒரு எலக்ட்ரானும் இருக்கும். ஒரு ஹீலியத்தில் இரண்டு புரோட்டானும் இரண்டு நியூட்ரானும் அணுக்கருவில் இருக்கும். வெளியே இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் இருக்கும். இப்போது, ஹைட்ரஜன் இணைந்து ஹீலியம் வருவது எப்படி?

* 2 H --> He ??? (இரண்டு நியூட்ரான்கள் எங்கிருந்து வரும்?)
* 4 H --> He ??? ( 2 புரோட்டான் + 2 எலக்ட்ரான் = 2 நியூட்ரான்?)

* எப்படியோ, ஹைட்ரஜன் சேர்ந்து ஹீலியம் ஆனால் அதிலிருந்து ஆற்றல் ஏன் வர வேண்டும்?


* இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் ஒன்றை ஒன்று எதிர்க்கும் (repulsive force). அதனால் அவை ஒரே இடத்தில் இருக்க முடியாது. இது கூலும் விதி (Coloumbs law) எனப்படும். ஹீலியம் அணுக்கருவில் இரண்டு ப்ரோட்டான்கள் மற்றும் இரண்டு நியூட்ரான்கள் எப்படி பக்கத்திலேயே இருக்கின்றன? சரி, நியூட்ரான்களுக்காவது மின்னூட்டம் (சார்ஜ்) இல்லை, அவற்றை விட்டுவிடலாம். இரண்டு ப்ரோட்டான்கள் எப்படி அருகருகே இருக்கின்றன? கூலும் விதிப்படி ப்ரோட்டான்களுக்கு இடையே எதிர்ப்பு விசை (repulsive force) இருக்காதா?
* ஹீலியமாவது பரவாயில்லை. யுரேனியம் போன்ற தனிமங்களில், 100க்கும் மேற்பட்ட ப்ரோட்டான்கள் மிகச் சிறிய இடத்தில் இருக்கின்றன. எப்படி இவ்வளவு ப்ரோட்டான்களும் (கூலும் விதியின் படி இருக்கும் எதிர்ப்பு விசையை மீறி) இருக்கின்றன?

நாம் 10ம் வகுப்பு படிக்கும் பொழுது ஹைட்ரஜனில் ஒரு ப்ரோட்டான் , ஹீலியத்தில் 2 ப்ரோட்டான் என்று படிக்கிறோம். கூலும் விதிப்படி 2 ப்ரோட்டான் ஒன்றை ஒன்று எதிர்க்கும் என்றும் படிக்கிறோம். ஆனால் ஹீலியத்தில் 2 ப்ரோட்டான்கள் சேர்ந்து இருப்பதன் ரகசியம் என்ன என்ற கேள்வி எழுகிறது. விடை தெரிய M.Sc.க்கு மேல் படிக்க வேண்டி இருக்கின்றது. விடை தெரியாவிட்டால் கவலை இல்லை. ஆனால், 10 வகுப்பு படிக்கும் மாணவ மாணவியருக்கு கேள்வி எழ வேண்டும் என்பது என் ஆசை. அப்படி எழாவிட்டால், ஆசிரியராவது இந்தக் கேள்விகளை அவர்கள் மனதில் தூவ வேண்டும்.

Monday, December 17, 2007

Fuel Cell- எரிமக்கலன் பகுதி 9

வருங்காலத்தில், சுமார்க் 10 அல்லது 20 வருடங்களில் பெரும்பாலன் மின்சாரம் அணு உலை, காற்று, கரி ஆகியவற்றிலிருந்து எடுக்கப்படும். கரியை தற்போது பொடியாக்கி, எரித்து அதில் வரும் வெப்பத்தால் தண்ணீரை ஆவியாக்கி, அந்த நீராவியைக் கொண்டு சுழலி (steam turbine) என்ற கருவியை சுழல வைத்து மின்சாரம் எடுக்கிறார்கள். இதில் சில குறைகள் இருக்கின்றன. கரியில் சிறிது மணலும் (SiO2) கலந்திருக்கும். கரி எரிந்தபின்னர் மணல் துகள்கள் காற்றில் கலந்து வரும். இவை மிகச் சிறிய துகள்களாக இருப்பதால் கீழே விழாமல் காற்றில் வெகு தூரம் பரவி மாசுப்படுத்தும். (அதே சமயம் கடற்கரையில் நீங்கள் நடந்து செல்லும்போது காற்று அடித்து சிறிது மணல் சுவாசிக்கப்பட்டு உள்ளே சென்றால் அவ்வளவு பாதிப்பு இல்லை. ஏன்?)

அதற்கு பதிலாக கரியுடன் நீராவியை அதிக வெப்ப நிலையில் வினை புரிய வைத்தால் (C + H2O --> CO + H2), வெளிவரும் வாயுக் கலவை (CO, H2) சின்-கேஸ் (Syn Gas - short for synthetic gas) எனப்படும். இந்த வினை நடக்க நாம்தான் வெப்பம் கொடுக்க வேண்டும். (Endothermic Reaction) பின்னர் இந்த வாயுக்கலவையை எரிய வைத்து அந்த வெப்பத்தில் நீராவி உருவாக்கி மின்சாரம் எடுக்கலாம். இது கரியை வைத்து மின்சாரம் எடுக்கும் முறை.

பெட்ரோல் மற்றும் டீசல் வகை எரிபொருள்களின் advantage என்னவென்றால், குறைந்த எடையில் நிறைய ஆற்றலை அவை கொண்டுள்ளன. எங்கு வேண்டுமானாலும் எளிதில் எடுத்து செல்லலாம். இதை நாம் அறிமுகத்தில் பார்த்தோம். இவற்றின் குறைபாடு சரியாக எரியாவிட்டால் வரும் மாசுக்கள் மற்றும் ஆற்றல் இழப்பு (energy loss) இயந்திரங்களின் தேய்மானம் (mechanical wear and tear).

பெட்ரோல் மற்றும் டீசல் வண்டிகள் இப்போது internal combustion engine அல்லது IC engine என்ற வகை இயந்திரத்தில் எரிக்கப்படுகின்றன. இவற்றிற்கு பதிலாக எரிமக் கலன் வருமா?

நமது ரேடியோவில் வானிலை அறிக்கை போல சொல்லப்போனால், “இன்னும் 25 ஆண்டுகளில் IC engineக்கு பதில் எரிமக்கலன் பயன்படுத்தப்படும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது” என்று பொதுவாகச் சொல்லிவிடலாம். ஆனால் உண்மையில் எப்பொழுது அது நடக்கும் என்றால் எரிமக்கலனைப் பயன்படுத்துவது IC engineஐப் பயன்படுத்துவதை விட பொருளாதார ரீதியில் லாபம் / economical என்ற நிலை வரும்பொழுதுதான்.

ஒரு கருவி பரவலாகப் பயன்படுத்தப்பட்டால், அதன் தயாரிப்பு விலை குறையும். எரிமக் கலனின் தயாரிப்பு விலை, அதன் பராமரிக்கும் செலவு (maintenance cost) , எவ்வளவு சுலபமாகப் பராமரிக்க முடியும் என்ற விவரம் (ease of maintenance) ஆகியவை சாதகமாக இருக்க வேண்டும். இப்பொழுது சாதகமாக இல்லை. இவற்றை தொழில்னுட்ப முன்னேற்றங்கள் மூலம் சாதகமாக்கினால் IC engineக்கு பதில் எரிமக்கலன் வந்துவிடும்.

சூரிய கலன்/ solar cell , wind energy, Geothermal energy போன்ற மற்ற துறைசாரா (non conventional) தொழில் நுட்பங்கள் மூலம் வருங்காலத்தில் அதிக அளவு மின்சாரம் எடுக்கப்படும். ஆனால் மின்சாரத்தை தேவையான இடத்திற்கு எளிதில் எடுத்துச் செல்ல முடியாது என்பதால் எரிமக்கலனின் வளர்ச்சி நன்றாக இருக்கும் என்றே நினைக்கிறேன். இதற்கு மாறாக, நல்ல திறன் வாய்ந்த பேட்டரிகளை குறைந்த எடை/ விலையில் செய்ய முடிந்தால், மற்றும் அந்த பேட்டரிகளை விரைவில் (2 நிமிடத்தில்) Full charge செய்ய முடிந்தால், எரிமக்கலன் அடிபட்டுப்போக வாய்ப்பு உண்டு. இப்போது super capacitor என்ற துறையில் ஆராய்ச்சி நடக்கிறது. அதில் விரைவில் புதிய கண்டுபிடிப்பு நிகழ்ந்தால் இது நடக்கலாம்.

குறிப்பு: சாதாரணமாக மின்கலம்/battery என்பது வேதிவினை மூலம் மின் ஆற்றலைத் தரும். நாம் ரீ-சார்ஜ் செய்தால் வேதிவினை ரிவர்ஸில் நடக்கும். Super Capacitorஇல் வேதிவினை நடக்காது. ஆனால் அதிலிருந்து DC மின்சாரம் எடுக்கலாம். அதை மறுபடி ரீ-சார்ஜ் செய்யலாம். இந்த வகையுஇல் super capacitorஐ மின்கலம் போல பயன்படுத்தலாம். மேலும் விவரங்களுக்கு அணுக வேண்டிய முகவரி http://www.google.co.in/

தற்போது இருக்கும் பெட்ரோலியத்தின் ரிசர்வ் அடுத்த 30 ஆண்டுகளுக்கு வரும் அல்லது 50 ஆண்டுகளுக்கு வரும் என்று வல்லுனர்கள் / நிபுணர்கள் சொல்லுவார்கள். எப்படி இவ்வாறு மதிப்பிடுகிறார்கள்?

  1. சாடிலைட் மற்றும் பிற சாதனங்கள் மூலம் எங்கெல்லாம் பெட்ரோலியம் இருக்கிறது, எவ்வளவு ஆழத்தில் இருக்கிறது அதன் தரம் என்ன என்பது ஓரளவு தெரியும். இதுவே துல்லியமாகத்தெரியாது.
  2. அடுத்து தற்போது உள்ள தொழில் நுட்பத்தில் எவ்வளவு பெட்ரோலியம் எடுக்க எவ்வளவு செலவாகும் என்று கணிப்பார்கள். 10 வருடம் கழித்து தொழில் நுட்பத்தில் முன்னேற்றம் இருக்கும். அப்போது அதிக ஆழத்தில் இருக்கும் , தரம் குறைந்த பெட்ரோலியத்தைக் கூட, குறைந்த செலவில் எடுக்க முடியும் என்று தோராயமாக கணக்கிடலாம். மிக அதிக ஆழத்தில், இருக்கும் பெட்ரோலியத்தை எடுக்க அதிக செலவாகும் என்பதால் அதை ‘உப்யோகிக்க முடியாத' பெட்ரோலியம் என்று விட்டு விடுவார்கள். இப்படி உலகில் இருக்கும் 'உபயோகிக்க கூடிய' பெட்ரோலியத்தின் அளவைக் கணக்கிடலாம்.
  3. ஒரு உதாரணத்திற்கு குவைத்தில் இன்று 1 லிட்டர் பெட்ரோலியம் எடுக்க 10 பைசா செலவாகும் என்றும், அடுத்த 10 ஆண்டுகளில் 8 பைசா செலவாகும் என்றும் கணக்கிடலாம். அதைப்போலவே, அஸ்ஸாமில் இன்று 20 பைசா என்றும், 10 ஆண்டுகள் கழித்து 10 பைசா என்றும் கணக்கிடலாம். (குவைத்தில் 2 பைசா இறங்கியது அஸ்ஸாமில் 10 பைசா இறங்கக் காரணம் என்ன?)
  4. ஒரு லிட்டர் பெடோலியத்திலிருந்து 15 பைசா செலவில் 50 யூனிட் மின்சாரம் தயாரிக்கலாம் என்று வைத்துக்கொள்வோம். இதில் தயாரிக்கும் செலவு, வரும் மாசுக்களின் அளவு ஆகியவற்றை தொழில் நுட்ப முன்னேற்றங்களின் மூலம் குறைக்கலாம்.
  5. இது தவிர மக்கள் தொகையும் ஒவ்வொருவரும் பயன்படுத்தும் ஆற்றலின் அளவும் (population and energy usage per person) நாளுக்கு நாள் அதிகரித்துக்கொண்டு இருக்கின்றது. முன்பெல்லாம், வீட்டிலோ கடையிலோ கரண்ட் (மின்சாரம்) இல்லை என்றால் இல்லைதான். இப்போது, Generator/ஜெனரேட்டர் வைத்து எல்லோரும் தயாராக இருக்கிறார்கள். இது போல, எல்லா விதங்களிலும் நாம் ஆற்ற்லைப் பயன்படுத்த தயங்குவதில்லை. உலகத்தில் மக்கள் தொகை பெருக்கத்தின் அளவையும், அவர்கள் பயன்படுத்தும் ஆற்றலின் அளவையும் மதிப்பிட்டு, அதில் 10 வருடங்களில், சுமார் 30% கரி, 30% பெட்ரோலியம் 20% அணு உலை 30% மற்றவை என்று availability and cost வைத்து மதிப்பிடுவார்கள்.
  6. தற்சமயம் நீர்நிலை மின்சாரம்(hydro power), கரி மின்சாரம், அணு உலை மின்சாரம், காற்றாலை ஆகியவற்றின் மூலமும் மின்சாரம் தயாராகிறது. சில வகைகள் மூலம் தயாரிக்க ஆகும் செலவும் வருடாவருடம் குறைந்து வருகிறது. ஒரு காலத்தில் இவற்றின் மூலம் த்யாரித்து வரும் மின்சாரத்தை பேட்டரியில் வைத்து வண்டி ஓட்டுவது சுலபமாகவும், விலை குறைவாகவும் இருந்தால், பெட்ரோல் வாங்க ஆள் இருக்காது. அதற்குள், பெட்ரோலியமும் பெரும்பாலான இடங்களில் தீர்ந்து விடும். மிச்சம் மீதமுள்ள பெட்ரோலியத்தை எடுக்க அதிக செலவாகும். அப்போது effectively பெட்ரோலியம் தீர்ந்து விடும்.
இதைத்தான் பல computer modelகள் வைத்து, 30 வருடத்தில் தீரும், 50 வருடத்தில் தீரும் என்று ஆளாளுக்கு சொல்கிறார்கள். இந்த மதிப்பீடுகள் துல்லியமாக இருக்காது. ஏனென்றால், எல்லாம் நாம் நினைத்த படி நடப்பதில்லை (மக்கள் தொகைப் பெருக்கமோ, தொழில் நுட்ப முன்னேற்றமோ எதையுமே ஓரளவு தான் மதிப்பிட முடியும். computer modelஇல், எல்லா input மே அரைகுறையாக இருந்தால், வெளிவரும் எண் (model prediction) ஏறக்குறைய பயனற்றது (almost useless).

ஹைட்ரஜன், மெத்தனால், பெட்ரோல் எனப் பல வகை எரிபொருள்களைக் கொண்டு எரிமக்கலன்களை இயக்கலாம். பெட்ரோலைக் கொண்டு இயங்கும் எரிமக்கலன்கள் சுமார் 50 ஆண்டுகளுக்கு மேல் அதிகம் உபயோகத்தில் இருக்காது. (நானும் குத்துமதிப்பாகத்தான் சொல்கிறேன்). ஏனென்றால் பெட்ரோலியம் அதற்கு மேல் லாபகரமாக கிடைக்காது. ஆனால் மெத்தனால் அல்லது எத்தனால் எரிபொருளை, சோளம் அல்லது கரும்பிலிருந்து தயாரிக்கலாம். இவை தீர்ந்துவிடுமோ என்ற கவலை கிடையாது.

இம்முறையில் மின்சாரம் தயாரிப்பது, சூரிய ஒளியில் இருந்து ஆற்றலை சோளமாக மாற்றி, பின்னர் மெத்தனால் அல்லது எத்தனால் ஆக்கி எரிப்பதாகும். மெத்தனால் ‘எரிந்து' மின்சாரத்தையும், கார்பன் டை ஆக்சைடு மற்றும் தண்ணீரையும் தரும்.

ஒருவகையில் பார்த்தால், எல்லாவித எரிபொருள்களும் சூரிய ஆற்ற்லைத்தான் நமக்கு சேமித்து வழங்குகின்றன. சோலார் செல் /solar cell என்பது நேரடியாக சூரிய ஒளியை மின்சாரமாக்கும். மெத்த்னால்/எத்தனால் என்று நாம் பயன்படுத்த சுமார் 6 மாதம் ஆகலாம். (சோளத்தை பயிரிட்டு வளர்த்து அறுவடை செய்து மெத்தனால்/எத்தனால் ஆக்க ஆகும் நேரம் 4 முதல் 6 மாதம் என்று கணக்கிடுவோம்).

மரம் வளர்த்தால், அதுவும் சூரிய ஒளியில் வளர்ந்து, சில வருடங்களில் விறகாகப் பயன்படும். (இதற்கு பதில் அரைகுறையாக எரித்து மரக்கரியும் செய்யலாம்.) மரம் செடிகொடிகளை தின்று விலங்கினங்களும் வளரும். ஆயிரக்கணக்கான ஆண்டுகள் கழித்து மரங்கள் நிலக்கரியாகவும், மரமும் விலங்கினங்களும் சேர்ந்து பெட்ரோலியமாகவும் மாறும்.

இப்படி சூரிய ஒளி சோலார் செல் மூலம் சில வினாடிகளிலும், எத்தனால் மூலம் சில மாதங்களிலும், விறகாக சில வருடங்களிலும், கரி மற்றும் பெட்ரோலாக பல நூற்றாண்டுகளிலும் மனிதனுக்கு பயன் தரும் ஆற்றலாக வருகிறது.

”சூரியனுக்கு எப்படி ஒளி வருகின்றது?” என்ற விவரம் அறிய இங்கே சொடுக்கவும்.

Monday, November 26, 2007

Fuel Cell - எரிமக்கலன் மின் வேதியியல்- பகுதி 4

இது வரை ரொம்ப டெக்னிகலாக இல்லாமல் பொதுவாகவே எழுதினேன். இப்பொழுது கொஞ்சம் விவரங்களைப் பார்க்கலாம். முதலில் மின் வேதியியல் (electrochemistry) பற்றி அறிமுகம். பின்னர் எரிமக்கலனின் அமைப்பும் வேலை செய்யும் விதமும். இந்த பிளாக் போஸ்டில் ஃபூயல் செல்லிற்கு தேவையான அளவு, அடிப்படை இயற்பியலும் மின் வேதியியலும் பார்ப்போம்.

எல்லா பொருள்களிலும் மின்னணு என்ற எலக்ட்ரான் (electron) இருக்கும். ஒரு அணு(atom)வில் சாதாரணமாக எவ்வளவு எலக்ட்ரான் இருக்குமோ அவ்வளவு ப்ரோட்டானும் (proton. இதன் தமிழ் பதம் என்ன?) இருக்கும். இது தவிர நியூட்ரான் என்பதும் இருக்கும். ஆனால் அது இந்த விளக்கத்திற்கு தேவையில்லை என்பதால், நாம் கண்டு கொள்ளாமல் இருப்போம்.

ஒரு அணுவில் ப்ரோட்டான்களை விட எலக்ட்ரான் அதிகமானாலோ அல்லது குறைந்தாலோ, அது நெகடிவ் (negative) அல்லது பாசிடிவ் (positive) சார்ஜ் (charge) ஆகிவிடும். அவ்வாறு இருக்கும் பொழுது அதை அயனி (ion) என்று கூறுவார்கள்.

உதாரணமாக, நாம் உண்ணும் உப்பிற்கு, வேதியியல் பெயரானது ‘சோடியம் குளோரைடு' (sodium chloride) என்பதாகும். இதில் சோடியம் என்ற அணுவும் குளோரின் என்ற அணுவும் சேர்ந்து உள்ளது. சோடியம் அணுவிலிருந்து ஒரு எலக்ட்ரானை எடுப்பது சுலபம் (ஏன், எப்படி என்று கேட்க வேண்டாம். இப்போதைக்கு நம்பவும்!). குளோரினிலிருந்து எலக்ட்ரானை எடுப்பது மிகக் கடினம். ஆனால், குளோரினுடன் எலக்ட்ரானை சேர்ப்பது சுலபம்.

சோடியம் அணுவில் சாதாரணமாக 11 எலக்ட்ரானும் 11 ப்ரோட்டானும் இருக்கும். இதில் ஒரு எலக்ட்ரானை எடுத்து விட்டால் 10 எலக்ட்ரான்கள் தான் இருக்கும். (ஒவ்வொரு எலக்ட்ரானுக்கும் ஒரு நெகடிவ் சார்ஜ். ஒவ்வொரு ப்ரோட்டானுக்கும் ஒரு பாசிடிவ் சார்ஜ்.) 11 ப்ரோட்டானும் 10 எலக்ட்ரானும் இருக்கும்பொழுது சோடியம் அயனியாக இருக்கும்.

அதைப்போலவே சாதாரணமாக குளோரினில் 17 எலக்ட்ரானும் 17 ப்ரோட்டானும் இருக்கும். அதில் ஒரு எலக்ட்ரானை சேர்த்தால் 18 எலக்ட்ரானும் 17 ப்ரோட்டானும் இருக்கும். அப்போது குளோரின் அயனியாக இருக்கும் ஆங்கிலத்தில் குளோரின் அயனி ‘குளோரைடு' என்று அழைக்கப்ப்டும்.

(ஏன் எலக்ட்ரான் அணுவிலிருந்து பிரிகின்றது, ஏன் சில அணுக்களில் சுலபமாக சேர்கின்றது, எலக்ட்ரானை ‘இங்கிருந்து அங்கே' மாற்றுவதைப் போல, ப்ரோட்டானை மாற்ற முடியாதா,
இவற்றை பிளாக் படிக்கும் நண்பர்கள் எழுதுமாறு கேட்டுக்கொள்கிறேன்)

எலக்ட்ரான்கள் செல்லுவதே மின்சாரமாகும். எலக்ட்ரான் ஒரு பொருளில் சுலபமாக செல்ல முடிந்தால் அது ‘மின் கடத்தி' எனப்படும். (உதாரணம் தாமிரக் கம்பி), இல்லாவிட்டால் மின் கடத்தாப்பொருள் ஆகும் (உதாரணம் தாமிரக் கம்பி மேல் இருக்கும் பிளாஸ்டிக்).

அதனால், ஒரு பொருளிலிருந்து எலக்ட்ரானை எடுத்து ஒரு மின்கடத்தி வழியே செலுத்தி இன்னொரு பொருளில் சேர்த்தால் நாம் மின்சாரத்தைப் பெற முடியும். எப்படி நாம் எலக்ட்ரானை ‘நாம் சொல்லும் படி' மின்கடத்தி வழியே கொண்டு வருவது என்பதில் தான் இந்த ‘ஃபூயல் செல்' தொழில் நுட்பம் இருக்கிறது. உதாரணமாக, ஹைட்ரஜன் வாயுவும் ஆக்சிஜன் வாயுவும் சேர்ந்தால் தண்ணீர் கிடைக்கும். அப்பொழுது ஹைட்ரஜனில் இருந்து எலக்ட்ரான் ஆக்சிஜனை சேரும். இதை எரிபொருள் மின்கலத்தில் செய்தால் நாம் மின்சாரம் பெறலாம்.

இல்லாமல் ஒரு பாத்திரத்தில் (கண்ணாடி குடுவையில்) ஹைட்ரஜனையும் ஆக்சினையும் சேர்த்தால் என்ன ஆகும்? சாதாரணமாக ஹைட்ரஜனையும் ஆக்சிஜனையும் சேர்த்தால் ஒன்றும் ஆகாது. வெப்ப நிலை அதிகரித்தால் (தீப்பொறி வைத்தால்), உடனே வெடி சத்தத்துடன் ஹைட்ரஜன் பற்றி எரியும். இந்த வேதி வினையிலும் கடைசியில் தண்ணீர்தான் கிடைக்கும். ஆனால், ஆற்றல் அனைத்தும் நெருப்பாக எரிவதால் பயன்படாமல் போய்விடும். தண்ணீரும் நீராவியாகவே வரும். இப்படி வீணாகப் போகும் ஆற்றலை மின்சாரமாக எடுத்து உபயோகிக்க எரிபொருள் மின்கலன் உதவுகிறது.

அடுத்து: வேதி வினைக்கும், மின்வேதி வினைக்கும் உள்ள வித்தியாசம் என்ன? மின் வேதி வினை என்பது குறிப்பிட்ட வகைப்பட்ட வேதிவினை ஆகும். வேதிவினையில் எலக்ட்ரான்கள் பரிமாற்றம் நடந்தால் அது மின் வேதிவினையாகும். உதாரணமாக பல கரிம வினைகளில் (organic reactions) எலக்ட்ரான் பரிமாற்றம் இருக்காது. அவை ‘வெறும்' வேதிவினையாகும். அதற்கு பதில் ஹைட்ரஜனிலிருந்து ஒரு எலக்ட்ரானை எடுத்து ஆக்சிஜனுடன் சேர்த்து தண்ணீராக வரும் வேதிவினை, மின்வேதிவினை ஆகும்.

Friday, November 23, 2007

Fuel Cell - எரிமக்கலன் மின்கலம் - பொது விவரம். பகுதி 3

ஒரு பேட்டரியில் பாசிடிவ் மற்றும் நெகடிவ் இணைப்புகள் இருப்பது போல இந்த ஃபூயல் செல்லிலும் (எரிபொருள் மின்கலம் ) பாசிடிவ் மற்றும் நெகடிவ் இணைப்புகள் இருக்கும். இது நேர்மின்சாரம் (DC or direct current) தரும்.

இதற்கு முன் நாம் பெட்ரோல் அல்லது டீசல் போன்ற எரிபொருள்களில் இருந்து மின்சாரம் தயாரிக்க எரிபொருள் மின்கலம் பயன்படும் என்று பார்த்தோம். ஆனால், பெட்ரோலை பயன்படுத்தி மின்சாரத்தை நேரடியாக தயாரிக்கும் தொழில் நுட்பம் பெரிய அளவில் இல்லை. அதற்கு பதிலாக, மெத்தனால் (methanol) என்ற ‘விஷ சாராயத்தையோ' அல்லது ஹைட்ரஜன் வாயுவையோ பயன்படுத்தி மின்சாரம் தயாரிக்கும் தொழில் நுட்பம் தான் (ஓரளவாவது) வளர்ந்து இருக்கின்றது. எனவே fuel cellஐப் பொறுத்த வரை தற்போதைக்கு எரிபொருள் என்பது மெத்தனால் அல்லது ஹைட்ரஜன் மட்டுமே.

இதில் ஹைட்ரஜன் எரிந்தால் வருவது தண்ணீர். மெத்தனால் எரிந்தால் வருவது கார்பன் டை ஆக்சைடு (carbon dioxide) மற்றும் தண்ணீர். நாம் ‘எரிந்தால்' என்று சொன்னாலும், ஃபூயல் செல் சரியாக வேலை செய்யும்பொழுது உள்ளே நெருப்பு ஒன்றும் எரியாது. ஹைட்ரஜனும் காற்றும் (அதாவது காற்றில் இருக்கும் ஆக்சிஜனும்) வேதிவினை புரிந்து தண்ணீர் வரும்பொழுது, வேதிவினையின் ஆற்றல் (energy of reaction) மின்சாரமாக எடுக்க முடியும். அதைப்போலவே மெத்தனாலும் காற்றும் வினை புரிந்து தண்ணீரும் கார்பன் டை ஆக்சைடும் வரும்; மின்சாரமும் கிடைக்கும்.

இங்கு ஒரு விஷயத்தை கவனிக்க வேண்டும். ஹைட்ரஜனைக்கொண்டு எரிமக்கலனில் மின்சாரம் எடுக்க வேண்டும் என்றால், முதலில் ஹைட்ரஜன் இருக்க வேண்டும். ஹைட்ரஜனை எங்கிருந்து வரும்? தண்ணீரில் மின்சாரம் செலுத்தினால் ஹைட்ரஜனும் ஆக்சிஜனும் கிடைக்கும் என்றாலும், மொத்தத்தில் இந்த முறையில் ஆற்றல் இழப்புதான் இருக்கும். அதாவது, நீங்கள் 1 யூனிட் மின்சாரத்தை செலுத்தி தண்ணீரில் இருந்து கொஞ்சம் ஹைட்ரஜனை எடுப்பதாக வைத்துக்கொள்வோம். அந்த ஹைட்ரஜனை வைத்து இந்த ‘எரிமக்கலனின்' மூலம் திரும்ப 1 யூனிட் மின்சாரம் பெற முடியாது. சுமார் அரை யூனிட் தான் பெறமுடியம். மற்றவை சேதாரத்தில் போய்விடும்.

பிறகு ஏன் இந்த ஹைட்ரஜன் ஃபூயல் செல்?

சில சமயங்களில் ஹைட்ரஜன் குறைந்த விலையில் கிடைக்கலாம் (பெட்ரோலிய கம்பெனிகளிலிருந்து சில வேதிவினையில் வெளிவரும் ஹைட்ரஜன் கிடைக்கும்). இன்னொன்று, ஹைட்ரஜனை ஒரு சிலிண்டரில் அடைத்து தேவையான இடத்திற்கு கொண்டு சென்று மின்சாரத்தை தயார் செய்து உபயோகப்படுத்தலாம். மின்சாரத்தை ”அப்படியே தூக்கிக் கொண்டு” தேவையான இடத்திற்கு போக வேறு வழி இல்லை. கிலோக் கணக்கில் அல்லது டன் கணக்கில் ஹைட்ரஜனை சேமித்து (store செய்து) வைக்கலாம். மின்சாரத்தை சேமிப்பது அவ்வளவு சுலபமாக முடியாது. (குறிப்பு; ஹைட்ரஜனைக் கூட சிலிண்டரில் அடைப்பது அவ்வளவாக economical மற்றும் பாதுகாப்பு/ safety இல்லை. அதனால் ஹைட்ரஜன் சேமிப்பு / storage என்று ஒரு தனி வழியில் ஆராய்ச்சி போய்க்கொண்டு இருக்கிறது).

மெத்தனால் என்பது மரப்பட்டைகளில் இருந்து காய்ச்சி எடுக்கப்படும். அதனால், மெத்தனால் (பெட்ரோலியம் போல) இன்னும் கொஞ்சம் காலத்தில் தீர்ந்துவிடும் என்று பயம் இல்லை. மரங்கள் சூரிய ஒளியை பயன்படுத்தி (காற்றிலுள்ள கார்பன் டை ஆக்சைடையும் நிலத்திலுள்ள நீரையும் சேர்த்து) வளர்ந்து வருவதால் அவை எப்பொழுதும் கிடைக்கும்; மெத்தனாலும் கிடைக்கும் என்ற நம்பிக்கை உண்டு.

எப்படியோ ஒரு விதத்தில் எரிபொருளான ஹைட்ரஜனையோ, மெத்தனாலையோ கொண்டு வந்து விட்டால், ஃபூயல் செல் அவற்றிலிருந்து மின்சாரத்தை தயார் செய்வது எப்படி?

Fuel Cell - எரிமக்கலன். பகுதி 1- அறிமுகம்.

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.

இந்த ‘எரிமக்கலன்’ எப்படி இருக்கும்? இதன் வடிவமைப்பு (design) என்ன? இது வேலை செய்யும் முறை (operation) என்ன? இதற்கு பதில் அடுத்த சில பதிவுகளில்...