ఎలక్ట్రిక్ బైక్స్, కార్లు చూసుంటారు... ఎలక్ట్రిక్ విమానాలు, ఓడలు చూసారా? : ఎంఐటి పరిశోధకుల అద్భుత సృష్టి

17

Image Credit : stockphoto

ఎంఐటి పరిశోధకుల అద్భుత ఆవిష్కరణ

ఎలక్ట్రిక్ రవాణా రంగంలో గేమ్‌చేంజింగ్ ఆవిష్కరణను మసాచుసెట్స్ ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ టెక్నాలజీ (MIT) ఇంజినీర్లు సాధించారు. ప్రస్తుతం వాడుతున్న లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల కంటే మూడు రెట్లు అధిక శక్తి (Energy Density) కలిగిన సోడియం-ఎయిర్ ఫ్యూయల్ సెల్‌ను అభివృద్ధి చేశారు. ఇది తేలికపాటిగా ఉండటమే కాదు రీచార్జ్ చేయదగినది. కర్బన ఉద్గారాలను ఉత్పత్తి చేయదు. దీంతో ఎలక్ట్రిక్ బైక్, కార్లు మాదిరిగానే ఈవి విమానాలు, నౌకలు, రైళ్ల వంటివాటి తయారీలో ఇది విప్లవాత్మక మార్పులకు నాంది పలకనుంది.

జౌల్ (Joule) అనే ప్రముఖ శాస్త్రీయ జర్నల్‌లో ఈ పరిశోధనకు సంబంధించిన పూర్తి వివరాలు ప్రచురితమయ్యాయి. ఇప్పటి వరకు విమానాల వంటి భారీ రవాణా వాహనాలను ఎలక్ట్రిక్‌గా మార్చడంలో బ్యాటరీల తక్కువ శక్తి పెద్ద అడ్డంకిగా నిలుస్తోంది. ఈ సమస్యకు పరిష్కారం MIT శాస్త్రవేత్తలు రూపొందించిన సోడియం-ఎయిర్ ఫ్యూయల్ సెల్ చూపించింది.

ఈ ఫ్యూయల్ సెల్‌లో ప్రధానంగా లిక్విడ్ సోడియం మెటల్, వాతావరణంలోని ఆక్సిజన్ మధ్య జరిగే రసాయనిక ప్రతిచర్య ఆధారంగా విద్యుత్ ఉత్పత్తి జరుగుతుంది. సెల్ మధ్య భాగంలో ఘన సెరామిక్ ఎలక్ట్రోలైట్‌ను ఏర్పాటు చేశారు. ఒక వైపున ద్రవ సోడియం, మరో వైపు గాలి ఎలక్ట్రోడ్ ఉంటుంది. సోడియం ఆక్సీకరణ ద్వారా నేరుగా విద్యుత్ ఉత్పత్తి చేయడమే దీని ప్రత్యేకత.

సాధారణ బ్యాటరీల మాదిరిగా ఈ ఫ్యూయల్ సెల్‌ను రీచార్జ్ చేయాల్సిన అవసరం లేదు. కొత్త సోడియం మెటల్‌ను జతచేసి మళ్లీ ఉపయోగించవచ్చు. సోడియం మెటల్ లభ్యత చాలా ఎక్కువగా ఉండటంతో దీని తయారీ ఇప్పటికే పెద్ద ఎత్తున జరుగుతోంది. దీంతో ఇది లిథియం కంటే చౌకగా, స్థిరంగా, పర్యావరణహితంగా ఉంటుంది.

ఈ సాంకేతికతను ప్రధానంగా విమానయానం, సముద్ర రవాణా, రైలు వాహనాల రంగాల్లో అమలు చేయడం ద్వారా భారీ స్థాయిలో కార్బన్ ఉద్గారాలను తగ్గించవచ్చని పరిశోధకులు అభిప్రాయపడుతున్నారు.

ఈ పరిశోధన MIT ఎలక్ట్రానిక్ ఇంజినీరింగ్ శాఖ నేతృత్వంలో జరిగింది. ఇది భవిష్యత్ ఎలక్ట్రిక్ రవాణాకు మార్గదర్శకంగా నిలవనుంది.

27

Image Credit : freepik

ఎలక్ట్రిక్ విమానయానం దిశగా కీలక ముందడుగు

ఎలక్ట్రిక్ విమానయాన రంగంలో విప్లవాత్మకంగా మారే అవకాశమున్న నూతన సోడియం-ఎయిర్ ఫ్యూయల్ సెల్‌ను మసాచుసెట్స్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ టెక్నాలజీ (MIT) శాస్త్రవేత్తలు అభివృద్ధి చేశారు. ఈ టెక్నాలజీ ప్రయోగశాల స్థాయిలో జరిగిన పరీక్షల్లో దాదాపు 1,700 వాట్-అవర్స్ పర్ కిలోగ్రామ్ (Wh/kg) శక్తిని, ఫుల్ సిస్టమ్ లెవెల్ లో 1,000 Wh/kg ను అందించింది.

ఈ విషయాన్ని ఎంఐటి సీనియర్ శాస్త్రవేత్త, కియోసెరా ప్రొఫెసర్ ఆఫ్ సెరామిక్స్ యెట్-మింగ్ చియాంగ్ తెలిపారు. ఆయన ప్రకారం ఎలక్ట్రిక్ విమానయానానికి కావలసిన కనిష్ట శక్తి 1,000 Wh/kg. కానీ ప్రస్తుత ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల్లో ఉపయోగించే లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు గరిష్టంగా 300 Wh/kg వరకు మాత్రమే శక్తినిస్తాయి. ఇది చాలా తక్కువ శక్తి… దీన్ని ఉపయోగించి సుదూర ప్రాంతాలకు వెళ్లే ఎలక్ట్రిక్ విమానాలకు అవసరమైన శక్తిని అందించలేము'' అని తెలిపారు.

ఈ నేపథ్యంలో MIT అభివృద్ధి చేసిన సోడియం-ఎయిర్ ఫ్యూయల్ సెల్ టెక్నాలజీ దేశీయ విమాన సేవలను పూర్తిగా విద్యుతీకరించడంలో కీలక పాత్ర పోషించనుంది. ఇది చౌకగా లభించే సోడియం ఆధారంగా పనిచేసే ఫ్యూయల్ సెల్ కావడంతో భవిష్యత్ ఎలక్ట్రిక్ విమానయానానికి ఇది సరైన దారి చూపుతున్నట్లు పరిశోధన వివరాలు స్పష్టం చేస్తున్నాయి.

37

Image Credit : freepik.com

కాలుష్యాన్ని తగ్గించే టెక్నాలజీ అద్భుతం

వాతావరణ కాలుష్యాన్ని తగ్గిస్తూ శుభ్రమైన శక్తి ఉత్పత్తికి దోహదపడే సోడియం-ఎయిర్ ఫ్యూయల్ సెల్ ను ఎంఐటి శాస్త్రవేత్తలు అభివృద్ధి చేశారు.ఇది శక్తిని ఉత్పత్తి చేయడమే కాదు వాతావరణంలో ఉన్న కార్బన్ డై ఆక్సైడ్‌ను ఉపయోగించి పర్యావరణానికి మేలు చేసే రసాయనాలుగా మార్చే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది.

ఈ టెక్నాలజీ ప్రకారం, సోడియం అనేది ఆక్సిజన్‌తో ప్రతిస్పందించి సోడియం ఆక్సైడ్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఇది వాతావరణంలో కార్బన్ డై ఆక్సైడ్‌ను గ్రహించి సోడియం హైడ్రాక్సైడ్‌ను తయారు చేస్తుంది. అనంతరం ఇది సహజంగా సోడియం కార్బోనేట్, చివరికి సోడియం బైకార్బోనేట్‌గా (బేకింగ్ సోడా) మారుతుంది.

MIT ప్రొఫెసర్ యెట్-మింగ్ చియాంగ్... "ఇది స్వయంచాలకంగా జరిగే ప్రక్రియ. ఇందుకు ఎలాంటి ప్రత్యేక చర్య తీసుకోవాల్సిన అవసరం లేదు. విమానం ఎగరాల్సిన అవసరం మాత్రమే ఉంది" అని తెలిపారు.

ఈ ఫ్యూయల్ సెల్ పునర్వినియోగించదగిన శక్తిని ఉత్పత్తి చేయడమే కాకుండా దాని ఉప ఉత్పత్తులు కూడా పర్యావరణానికి ఉపయోగకరంగా ఉంటాయి. సోడియం హైడ్రాక్సైడ్‌ను ఇప్పటివరకు కార్బన్ డై ఆక్సైడ్‌ను తక్కువ చేయడానికి ఓ పరిష్కారంగా ప్రతిపాదించారు, కానీ దీన్ని ఉత్పత్తి చేయడం ఖర్చుతో కూడుకున్న ప్రక్రియగా ఉండేది. "కానీ ఇప్పుడు ఇది ఒక ఉప ఉత్పత్తిగా ఏర్పడుతోంది. అందువల్ల ఇది తక్కువ ఖర్చుతో పర్యావరణ ప్రయోజనాలను ఇస్తోంది" అని చియాంగ్ అన్నారు. ఈ టెక్నాలజీ భవిష్యత్తులో పర్యావరణహితమైన శక్తి ఉత్పత్తికి ఒక దిశగా నిలిచే అవకాశం ఉంది.

ఈ టెక్నాలజీ ద్వారా తయారయ్యే సోడియం బైకార్బోనేట్ మలినాలను మింగే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉండటంతో అది సముద్ర జలాల ఆమ్లత్వాన్ని కూడా తగ్గించే అవకాశాన్ని కలిగిస్తుంది.  ఇలా ఇది పర్యావరణ పరిరక్షణలో మరింత ప్రయోజనం అందించేదిగా మారనుంది. 

47

Image Credit : AI Generated photo

భద్రత పరంగా బ్యాటరీల కంటే ఫ్యూయల్ సెల్ మెరుగైన ఎంపిక

సోడియం లేదా లిథియం వంటి ప్రతిచర్యకు గురయ్యే లోహాలు ఉన్న బ్యాటరీలు ప్రమాదకరమని చాలాకాలంగా పరిగణించబడుతోంది. అయితే మసాచుసెట్స్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ టెక్నాలజీ (MIT) అభివృద్ధి చేసిన సోడియం-ఎయిర్ ఫ్యూయల్ సెల్ వాటి కంటే భద్రత పరంగా మెరుగైనదని పరిశోధకులు స్పష్టం చేశారు.

ఈ టెక్నాలజీపై ప్రొఫెసర్ యెట్-మింగ్ చియాంగ్ మాట్లాడుతూ.. ''అధిక ఎనర్జీ డెన్సిటీ కలిగిన ఏ బ్యాటరీ అయినా భద్రత పరంగా ఆందోళన కలిగిస్తుంది. ఉదాహరణకి రెండు రియాక్టెంట్లను వేరు చేసే మెంబ్రేన్ పగిలితే ప్రమాదకరమైన రసాయనిక ప్రతిచర్యలు జరగవచ్చు. అయితే మా ఫ్యూయల్ సెల్‌లో ఒక వైపు కేవలం గాలి మాత్రమే ఉంటుంది. అది కూడా అరుదుగా ఉండటంతో ప్రమాదం తక్కువ. ఇలాంటి డిజైన్ వల్ల రెండు సాంద్రీకృత రసాయనాలు పక్కపక్కనే ఉండవు. అందుకే అత్యధిక శక్తి అవసరమైన సందర్భాల్లో, భద్రత దృష్ట్యా ఫ్యూయల్ సెల్ బ్యాటరీ కంటే మెరుగైనదిగా నిలుస్తుంది.” అన్నారు

ఈ ఫ్యూయల్ సెల్‌లో ఒక వైపు ద్రవ రూపంలో సోడియం ఉండగా, మరోవైపు ఆక్సిజన్ ఉంటుంది. వీటి మధ్యలో ఘన సెరామిక్ ఎలెక్ట్రోలైట్ పనిచేస్తుంది. ఈ ఏర్పాటుతో సోడియం ఆక్సిడేషన్ జరిగి విద్యుత్ ఉత్పత్తి అవుతుంది. అయితే ఇది తక్షణ ప్రమాదాలకు లోనయ్యే బ్యాటరీలుగా కాకుండా, శక్తిని సురక్షితంగా ఉత్పత్తి చేసేలా ఉంటుంది.

ఎంఐటి బృందం అభివృద్ధి చేసిన ఈ డిజైన్ భవిష్యత్తులో ప్రాంతీయ విమానయానంను విద్యుతీకరించడంలో కీలకపాత్ర పోషించనుంది. గగనతల మౌలిక భద్రత అవసరాల దృష్ట్యా, ఈ ఫ్యూయల్ సెల్ ఆధారిత శక్తి వ్యవస్థలు మరింత ఉపయోగపడే అవకాశం ఉందని పరిశోధకులు పేర్కొన్నారు.

57

Image Credit : Getty

ల్యాబ్‌ నుంచి ఆకాశాలవైపు: సోడియం ఫ్యూయల్ సెల్ కమర్షియలైజేషన్‌కు రంగం సిద్ధం

సోడియం ఆధారిత ఎయిర్ ఫ్యూయల్ సెల్ టెక్నాలజీని అభివృద్ధి చేసిన ఎంఐటి శాస్త్రవేత్తలు ఇప్పుడు ఈ ఆవిష్కరణను వాణిజ్యరంగానికి తీసుకురావడానికై చర్యలు ప్రారంభించారు. MIT ఇన్నోవేషన్ హబ్ 'ది ఇంజన్' లో ఏర్పాటైన కొత్త స్టార్టప్ Propel Aero ఈ టెక్నాలజీని మార్కెట్‌కు అందించేందుకు ఏర్పాటైంది.

ప్రస్తుతం ఎంఐటి శాస్త్రవేత్తలు అభివృద్ధి చేసిన ఫ్యూయల్ సెల్ చిన్న పరిమాణంలో, ల్యాబ్ స్థాయిలో ఉన్నప్పటికీ దీనిని వ్యాప్తి చేయడం పెద్ద సమస్య కాదని వారు భావిస్తున్నారు. ఈ క్రమంలో మొదటిగా ఇటుక పరిమాణంలో ఉన్న ఒక ఫ్యూయల్ సెల్‌ను అభివృద్ధి చేయాలని Propel Aero లక్ష్యంగా పెట్టుకుంది. ఇది 1,000 వాట్-ఆవర్స్ శక్తిని అందించగలదు — ఇది ఒక పెద్ద వ్యవసాయ డ్రోన్‌కు అవసరమైన శక్తిని సరఫరా చేయగల సామర్థ్యం.

ఈ డెమో యూనిట్‌ ఒక సంవత్సరంలోగా సిద్ధం కావొచ్చని సంస్థ అంచనా వేస్తోంది. ఈ ప్రయత్నం భవిష్యత్తులో విద్యుత్ ఆధారిత విమానయాన, వ్యవసాయ డ్రోన్లు,  భారీ రవాణా వ్యవస్థలకు సరైన శక్తి నిల్వ పరిష్కారం అవుతుందని భావిస్తున్నారు.

ఈ ప్రాజెక్టును సమన్వయం చేస్తున్న ప్రొఫెసర్ యెట్ మింగ్ చియాంగ్... “ఇది పూర్తిగా పిచ్చి ఆలోచన అని ప్రజలు భావిస్తారని మేం ఊహిస్తున్నాం. వాళ్లు అలా అనకపోతే, అది విప్లవాత్మక ఆవిష్కరణగా పరిగణించబడదు.” అన్నారు. సోడియం-ఎయిర్ ఫ్యూయల్ సెల్ తక్కువ ఖర్చుతో తయారవుతుండటంతో పాటు, దీని ఉప ఉత్పత్తులు కార్బన్‌ను తగ్గించే లక్షణం కలిగి ఉండడం వల్ల ఇది పర్యావరణపరంగా కూడా ప్రయోజనకరంగా మారనుంది. MIT, Propel Aero సంయుక్తంగా ఈ టెక్నాలజీని వాణిజ్యరంగానికి తీసుకురావడం ద్వారా, ఇది గగనతల రవాణాలో మరొక దశను ప్రారంభించనుంది.

67

Image Credit : Joule Journal

సోడియం-ఎయిర్ ఫ్యూయల్ సెల్ టెక్నాలజీలో శాస్త్రవేత్త కృషి

ఎలక్ట్రిక్ విమానయాన రంగాన్ని మార్చివేసే సామర్థ్యం ఉన్న సోడియం-ఎయిర్ ఫ్యూయల్ సెల్ టెక్నాలజీ విజయవంతంగా అభివృద్ధి కావడంలో పలు రంగాల శాస్త్రవేత్తలు, ఇంజినీర్లు కలిసి పనిచేయడం కీలకంగా నిలిచింది. ఈ ప్రాజెక్ట్‌లో మెటీరియల్ సైన్స్, ఫ్యూయల్ సెల్ ఇంజినీరింగ్, హై-టెంపరేచర్ బ్యాటరీ పరిశోధన వంటి విభిన్న విభాగాల సమన్వయం జరిగింది.

“మేము ఎలక్ట్రోడ్ డిజైన్ కోసం ఫ్యూయల్ సెల్ పరిశోధనను, పాత హై-టెంపరేచర్ బ్యాటరీల పరిశోధనను, అలాగే కొత్తగా అభివృద్ధి చెందుతున్న సోడియం-ఎయిర్ బ్యాటరీ డేటాను ఉపయోగించాము. ఇవన్నీ కలిపిన ఫలితమే ఈ గొప్ప పనితీరు.” అని MIT డాక్టరల్ విద్యార్థి సాహీర్ గంటి-అగ్రవాల్ తెలిపారు.

ఈ ప్రాజెక్టుకు ARPA-E, Breakthrough Energy Ventures, National Science Foundation వంటి సంస్థల మద్దతు లభించిందని MIT వెల్లడించింది. టెక్నాలజీ అభివృద్ధి ప్రక్రియలో MIT యొక్క ఆధునిక ఫ్యాబ్రికేషన్ కేంద్రం MIT.nano కీలకంగా పనిచేసింది. ఇంకా Form Energy,  Battery Aero, University of Michigan కు చెందిన పరిశోధకులు కూడా ఈ ప్రాజెక్ట్‌లో పాలుపంచుకున్నారు. ఆసక్తికరంగా అరిజోనా నుండి వచ్చిన హై స్కూల్ ఇంటర్న్ ఆల్డెన్ ఫ్రీసెన్ కూడా ఈ ప్రాజెక్ట్‌లో సహకరించారు.

ఈ విధంగా వివిధ రంగాల నిపుణులు ఒకే లక్ష్యంతో పనిచేయడం ద్వారా సోడియం-ఎయిర్ ఫ్యూయల్ సెల్ టెక్నాలజీకి ఒక భద్రమైన, శక్తివంతమైన భవిష్యత్తు దిశలో అడుగులు పడుతున్నాయి.

77

Image Credit : Joule Journal

సోడియం-ఎయిర్ ఫ్యూయల్ సెల్ తయారి చాలాసులభం..

సోడియం వంటి సులభంగా లభ్యమయ్యే మూలకాన్ని ఉపయోగించి అభివృద్ధి చేసిన MIT సోడియం-ఎయిర్ ఫ్యూయల్ సెల్ రవాణా రంగాన్ని సమూలంగా మార్చివేసే అవకాశముంది. ఈ ఫ్యూయల్ సెల్‌ను సాధారణ ఉప్పు (సోడియం క్లొరైడ్) నుండి పొందే సోడియం ఉపయోగించి తయారు చేయవచ్చు.

ప్రస్తుతం అమెరికాలో సంవత్సరానికి 2 లక్షల టన్నులకు పైగా సోడియం ఉత్పత్తి సామర్థ్యం ఉన్నట్లు తెలుస్తోంది. MIT శాస్త్రవేత్తలు అభివృద్ధి చేసిన ఈ టెక్నాలజీ భారీ స్థాయిలో అమలుకు సిద్ధంగా ఉందని భావిస్తున్నారు.

ఈ ఫ్యూయల్ సెల్ విజయవంతమైతే అది కేవలం డ్రోన్లు, విమానాలు మాత్రమే కాకుండా, ట్రక్కులు, రైళ్లు, నౌకలు వంటి భారీ రవాణా మాధ్యమాలను కూడా విద్యుత్ ద్వారా నడిపే మార్గాన్ని సుసాధ్యం చేస్తుందని పరిశోధకులు తెలిపారు.

అంతేకాక ఈ టెక్నాలజీ పనిచేసే సమయంలో కార్బన్ డై యాక్సైడ్‌ను వాతావరణం నుండి తొలగించే లక్షణాన్ని కలిగి ఉండటం పర్యావరణపరంగా మరింత విలువైనదిగా మారుస్తోంది. సోడియం-ఆక్సిజన్ ప్రతిక్రియ వల్ల సోడియం హైడ్రాక్సైడ్, తరువాత సోడియం కార్బొనేట్, చివరికి సోడియం బయాకార్బొనేట్ (బేకింగ్ సోడా) తయారవుతుంది. ఇది పర్యావరణానికి హాని కలిగించకుండా, కార్బన్‌ను బంధించడంలో ఉపయోగపడుతుంది.

ఈ పరిశోధన వెనుక ఉన్న MIT ఇంజినీర్ల బృందం, ఇప్పటికే Propel Aero అనే స్టార్టప్‌ను స్థాపించారు. The Engine అనే ఇన్నొవేషన్ కేంద్రంలో దీన్ని వాణిజ్యపరంగా అభివృద్ధి చేయడంపై దృష్టి పెట్టింది. ఈ అభివృద్ధి శుద్ధ వాహన రంగంలో ఓ నూతన అధ్యాయానికి నాంది పలుకుతుందనడం తప్పు కాదు. MIT ప్రాజెక్టు విజయవంతమైతే, ప్రపంచవ్యాప్తంగా గాలి కాలుష్యాన్ని తగ్గిస్తూ, గ్రీన్ ఎనర్జీ రవాణాకు బలమైన మార్గం సిద్ధమవుతుంది.