प्रकाश-उत्प्रेरकीय हाइड्रोजन-उत्पादनम् (PC) सूर्यशक्तेः रासायनिकशक्तौ परिवर्तनस्य एकः उपायः अस्ति, यस्मिन् अर्धचालक-उत्प्रेरकेण प्रकाशस्य अवशोषणात् उत्पन्नानि इलेक्ट्रॉन–रिक्तिका-युग्मानि जलस्य reduction तथा oxidation अभिक्रियाः पृष्ठे प्रवर्तयन्ति। Photo-electrocatalytic जलविभाजनम् (PEC) तु प्रकाशेन उद्दीपितम् एकं वा अधिकानि फोटोइलेक्ट्रोडानि electrochemical cell मध्ये उपयुज्य hydrogen evolution reaction (HER) तथा oxygen evolution reaction (OER) पृथक् electrode-प्रदेशेषु प्रवर्तयति। Argirusis इत्यस्य सहकर्मिणां च समीक्षायां PC तथा PEC प्रणालीभ्यः विस्तारस्य सम्भावना केवलं catalyst-क्रियाशीलतया न, अपि तु पदार्थोपलब्धता, photocarrosion, प्रकाशवितरणम्, द्रव्यमान-संचरणम्, वायुविभाजनम्, reactor-ज्यामितिः, स्थायित्वम्, विशिष्ट-ऊर्जा-उपभोगः तथा levelized hydrogen cost इत्यादिभिः परस्परं कार्यरतैः मापकैः परीक्ष्यते।

समीक्षायाः प्रमुखं निष्कर्षम् एतत् यत् प्रयोगशालायां अत्युच्चां hydrogen-उत्पादन-गतिं प्राप्तुमात्रं विस्तारक्षमतायाः प्रमाणं न भवति। अल्प-catalyst-मात्रया, शक्तिशालिभिः solar simulators, विविधैः sacrificial reagents तथा अनुकूलितैः लघु-reactor-प्रयोगैः प्राप्तानि mmol·g⁻¹·h⁻¹ मूल्यानि परस्परं प्रत्यक्षतया मात्रात्मक-प्रदर्शन-क्रमे स्थापयितुं न युक्तम्। औद्योगिक-विस्ताराय m² स्तरपर्यन्तं प्रदर्शनस्य संरक्षणम्, पदार्थस्य दीर्घकालिकं स्थैर्यम्, समरूपः photon-वितरणः, पर्याप्ता current density, न्यूनः प्रणाली-ऊर्जा-उपभोगः, H₂/O₂ सुरक्षित-विभाजनम् तथा स्वीकार्यः LCOH एकत्र साधनीयाः।

स्रोतः अनेकानि आशाजनकानि विस्तारोदाहरणानि संगृह्णाति। उदाहरणतः 692,5 cm² कुलक्षेत्रयुक्तानि पञ्च tandem perovskite-modules प्राकृतिक-सूर्यप्रकाशे एकसप्ताहिक-परीक्षणे प्रतिघण्टं 105 mL H₂ तथा औसतं %1,21 solar-to-hydrogen (STH) efficiency दर्शितवन्ति। Cd_0.7Zn_0.3S-आधारितं 10 m² integrated system प्राकृतिकप्रकाशे 6 घण्टासु 177,9 L H₂ तथा %98,2 hydrogen-purity इति प्रतिवेदितवान्। 100 m² SrTiO₃:Al panel-system तु विशालक्षेत्रे सुरक्षितं gas-उत्पादनं विभाजनं च सम्भवम् इति दर्शितवान्, किन्तु न्यूनः STH conversion आर्थिक-विस्तारस्य अद्यापि समाधानयोग्यः पक्षः अवशिष्टः।

आर्थिक-विश्लेषणानि अपि दर्शयन्ति यत् technology-चयनं केवलं catalyst-क्रियाशीलतया निश्चितुं न शक्यते। एकस्मिन् तुलनात्मक-अध्ययने PV-AEC कृते LCOH 3,86 $·kg_H2⁻¹, PV-PEM electrolysis कृते 4,24 $·kg_H2⁻¹, न्यूनतम-व्यययुक्तस्य steam-fed PEC-3 कृते च 6,32 $·kg_H2⁻¹ गणितम्। अन्यस्मिन् विशिष्टे hybrid photocatalysis–electrolysis परिदृश्ये STH efficiency %3 स्तरपर्यन्तं संरक्षितुं शक्यते चेत् 1,8 $·kg_H2⁻¹ LCOH सम्भावना प्रतिवेदिता। एतानि मूल्यानि विभिन्न-अध्ययनानां model-assumptions आश्रितानि; सर्वेषां वास्तविक-स्थापनानां एकमेव बाजार-मूल्यं न सूचयन्ति।

समीक्षा वदति यत् विस्तारस्य श्रेष्ठतमः प्रत्याशी एकः “परिपूर्णः catalyst” न, अपि तु पदार्थ + reactor + विभाजन + ऊर्जा-व्यवस्थापन + आर्थिक-एकीकरणम् एतानि संयुक्ततया अनुकूलयन्तः hybrid systems सन्ति। विशेषतः photocatalysis तथा electrolysis ययोः संयोजनं भवति, ते hybrid-processes photon-उपयोगं, gas-विभाजनं तथा system-control एकत्र उन्नेतुं शक्नुवन्ति।

Photocatalytic तथा Photo-Electrocatalytic जलविभाजनयोः मुख्यः भेदः कः?

Photocatalytic प्रणालीमध्ये प्रकाश-अवशोषणं catalytic reaction च तस्मिन्नेव अर्धचालक-कणे अथवा पृष्ठे प्रत्यक्षतया सम्बद्धे भवतः; PEC प्रणालीमध्ये तु प्रकाशेन उद्दीपितानि photoelectrodes electrochemical cell इत्यस्य anode तथा cathode प्रदेशौ निर्मान्ति। एषः विभेदः PEC प्रणालीभ्यः gas-विभाजनम्, current-control तथा modular cell-design इत्येषु अतिरिक्ताः अभियान्त्रिकी-सुविधाः ददाति।

Photocatalytic प्रणालीस्य मूलतत्त्वम्

अर्धचालकः पर्याप्त-ऊर्जायुक्तं photon अवशोषयति चेत् valence band स्थितः electron conduction band प्रति उन्नीयते, पश्चात् एका रिक्तिका अवशिष्यते। conduction band स्थितः electron reduction reaction मध्ये, valence band स्थितं रिक्तस्थानं oxidation reaction मध्ये च भागं ग्रहीतुं शक्नोति।

Hydrogen-उत्पादने लक्ष्यं यत् photocharges पृष्ठे पुनःसंयोजनात् पूर्वं पर्याप्तकालं पृथक् स्थित्वा उचित-reaction-centers पर्यन्तं प्राप्नुयुः। electron–hole recombination वर्धते चेत् उपयोगयोग्या photochemical energy न्यूना भवति।

Type I, Type II तथा Type III heterojunctions

स्रोतः द्वयोः अर्धचालकयोः energy bands इत्येषां सापेक्ष-स्थितेः आधारेण विभिन्न-heterojunction-विन्यासान् वर्णयति। Type I संरचनायां electrons तथा holes बहुधा तस्मिन्नेव अर्धचालके सञ्चीयन्ते, अतः recombination-जोखिमः वर्धितुं शक्नोति। Type II संरचनायां bands क्रमशः स्थिताः भवन्ति, अतः electrons तथा holes विभिन्नेषु अर्धचालकेषु गच्छन्ति, spatial charge separation च सुधरितुं शक्नोति।

Type III संरचनायां bands स्पष्टतया पृथक् भवन्ति; यतः उचितं charge transfer न भवति, अतः photocatalysis मध्ये अल्पतरं प्रयुज्यते।

Z-scheme तथा S-scheme किमर्थं महत्त्वपूर्णौ?

Z-scheme design प्राकृतिक-photosynthesis मध्ये द्विस्तरीय-energy-transfer तर्कं अनुकरोति। द्वौ light absorbers एकस्मिन् समये उद्दीप्येते; न्यून-reduction/oxidation-शक्तियुक्ताः carriers interface मध्ये recombine भवन्ति, उच्च-redox-potential युक्ताः electrons तथा holes तु रक्ष्यन्ते।

S-scheme पद्धत्यां द्वयोः अर्धचालकयोः Fermi-level-भेदः तथा आन्तरिक-electric field न्यून-ऊर्जायुक्त-carriers इत्येषां interface तः निष्कासनं तथा प्रबल-redox-क्षमतायुक्त-carriers इत्येषां संरक्षणं समर्थयतः।

pH किमर्थं band-edges परिवर्तयति?

स्रोतः जलमाध्यमे अर्धचालकस्य valence तथा conduction band-edge इत्येषां pH-सम्बद्धं परिवर्तनं एताभ्यां समीकरणाभ्यां ददाति:

\[ E_{vb}=E_{vb}^{0}-0.059\,pH \]

\[ E_{cb}=E_{cb}^{0}-0.059\,pH \]

\(E_{vb}\) valence-band-edge potential, \(E_{cb}\) conduction-band-edge potential, तथा \(E^0\) पदानि reference-condition मध्ये band-edges सूचयन्ति। स्रोते प्रत्येकस्य pH-unit परिवर्तनस्य कृते 0,059 V shift प्रयुक्तः।

एषः सम्बन्धः दर्शयति यत् electrolyte-pH केवलं reaction-kinetics न, अपि तु reduction तथा oxidation कृते अर्धचालकस्य उचित-energy-levels अपि परिवर्तयितुं शक्नोति।

स्रोतः तस्मिन्नेव विभागे जलस्य oxidation कृते +1,23 V आवश्यकतां चर्चयति तथा visible light उपयोक्तुं समर्थस्य photocatalyst इत्यस्य band-gap लगभग 1,23–3,0 eV मध्ये भवेत् इति व्यवहारिकं ढाँचा ददाति।

Sacrificial reagents किमर्थं लाभकराः अपि च समस्याजनकाः?

Methanol, ethanol, glycerol अथवा triethanolamine (TEOA) इत्यादयः sacrificial electron donors photocharge-recombination न्यूनीकर्तुं शक्नुवन्ति। एते पदार्थाः photocharge-holes उपभुञ्जते, अतः अधिकाः electrons proton-reduction प्रति निर्देशिताः भवन्ति तथा प्रयोगशालायां H₂ उत्पादनगतिः वर्धितुं शक्नोति।

किन्तु विशाल-मापे अस्य लाभस्य मूल्यं विद्यते। sacrificial reagent इत्यस्य क्रयः, पुनःपूर्तिः तथा उपोत्पाद-व्यवस्थापनम् व्यय-स्थायित्वयोः समस्याः जनयति। अतः स्रोतः wastewater, biomass अथवा plastic waste इत्येतत् photoreforming द्वारा electron donor रूपेण उपयुज्यमानान् systems अधिक-स्थायी-दिशा इति मन्यते।

प्रयोगशाला-catalyst-गतयः किमर्थं प्रत्यक्षतया न तुलनीयाः?

स्रोतः Table 1 मध्ये अनेकानां catalysts इत्येषां H₂ उत्पादनगतिं सूचीबद्धं करोति; केचन मूल्याः दशाधिकाः वा शताधिकाः mmol·g⁻¹·h⁻¹, केषुचित् विशेष-systems मध्ये ततोऽपि उच्चाः दृश्यन्ते। किन्तु प्रयोगेषु विभिन्न-light-spectra, प्रकाशशक्ति, reactor-volumes, catalyst-loadings, sacrificial-reagent-concentrations तथा catalyst-geometries उपयुज्यन्ते।

अतः 400 mmol·g⁻¹·h⁻¹ प्रतिवेदयन् system, 20 mmol·g⁻¹·h⁻¹ प्रतिवेदयतः अन्य-system अपेक्षया स्वयमेव “20 गुना श्रेष्ठः” इति निष्कर्षः न कर्तव्यः। विस्तारक्षमतायां उत्पादन-क्षेत्र-प्रति gas-output, STH, energy-input, कार्यकालः तथा system-cost अधिकं अर्थपूर्णाः भवन्ति।

विस्तारस्य मूर्तोदाहरणानि

reactor वर्धमानः सन् प्रकाश-समस्या किमर्थं जनयति?

लघु-प्रयोगशाला-reactors मध्ये catalyst-layer अथवा suspension तुल्यरूपेण प्रकाशयितुं शक्यते। reactor वर्धते चेत् प्रकाशस्य absorption तथा scattering कारणेन गभीरतराः प्रदेशाः अल्पतरान् photons प्राप्नुवन्ति। एवं “dark regions” उत्पद्यन्ते, तथा catalyst-मात्रा-वृद्धिः hydrogen-उत्पादनं रेखीयतया न वर्धयेत्।

अतः विशाल-photo-reactors मध्ये केवलं catalyst-chemistry न, किन्तु window-geometry, optical-path-length, catalyst-concentration, liquid-flow, light-entry-direction तथा reactor surface/volume ratio संयुक्ततया विन्यस्यन्ताम्।

reactor-architecture इत्येषां विस्तार-तुलना

Hydrogen-उत्पादने विस्तारक्षमतां कानि चत्वारि आयामानि निर्धारयन्ति?

स्रोतेन प्रस्तावितस्य बहु-आयामीयस्य ढाँचस्य अनुसारम् औद्योगिक-विस्तारक्षमता चतुर्णां मुख्य-अक्षाणां संयुक्त-मूल्याङ्कनम् अपेक्षते: उत्पादन-प्रदर्शनम्, material-durability, reactor-architecture तथा techno-economic suitability; केवलं प्रयोगशाला H₂ उत्पादनगतिः एतेषां चतुर्णाम् आयामानाम् एकं भागमेव दर्शयति।

विशिष्ट-ऊर्जा-उपभोगः कथं मूल्याङ्क्यते?

स्रोतस्य विस्तार-ढाँचे विशिष्ट-ऊर्जा-उपभोगः (SEC) cell-voltage तथा Faradaic efficiency द्वारा एवं दीयते:

\[ SEC=\frac{26.58\cdot V_{cell}}{\eta} \]

अत्र \(SEC\) hydrogen-उत्पादनस्य विशिष्ट-ऊर्जा-उपभोगं, \(V_{cell}\) cell-operation-voltage, तथा \(\eta\) Faradaic efficiency सूचयति।

ततः स्रोतः %100 Faradaic efficiency इति मान्यतायाम्:

\[ SEC=26.58\cdot V_{cell} \]

इति अभिव्यक्तिं ददाति।

स्रोतान्तर्गत-notation-सूचना: पाठः \(\eta\) इति “Faradaic efficiency (%)” इति निर्दिशति; किन्तु %100 स्थितौ द्वितीय-समीकरणं प्रति गमनं गणिततः \(\eta=1\) इति dimensionless fraction अपेक्षते। अतः स्रोते प्रतिशत/भिन्न-notation स्पष्टतया एकरूपं नास्ति। Verianla समीकरणं न परिवर्तितवान्, अनिश्चिततां दृश्यां रक्षितवान्।

स्रोतः वदति यत् विस्ताराय यथार्थ-कार्यावस्थासु 60–80 °C temperature, 30 bar अधिकः system-pressure तथा gas-bubbles इत्येषां mass-transfer प्रति प्रभावः विचारणीयः। औद्योगिक-मापाय आशाजनक current-density 500 mA·cm⁻² अधिका भवेत् इत्यपि चर्च्यते।

लेखः तस्मिन्नेव विभागे न्यूनतमं electrolysis-potential 1,48 V इति ददाति। पूर्वस्य photoelectrode band-edge चर्चायां जल-oxidation कृते +1,23 V प्रयुक्तम्। स्रोतः एतयोः मूल्ययोः भौतिक-सन्दर्भभेदं विस्तरेण न व्याख्यायति, अतः Verianla तौ मौनेन एकस्मिन् मूल्ये न परिवर्तयति।

Durability कतिपय-घण्टा-stability तः किमर्थं भिन्नम्?

स्रोतः औद्योगिक-electrolysis-स्थापनानां 80.000 घण्टाभ्यः अधिकं सतत-सञ्चालन-आयुः संदर्भरूपेण गृह्णाति। अतः प्रयोगशालायां 10, 30 अथवा 100 घण्टाः stable भवन् catalyst औद्योगिक-durability इत्यस्य प्रत्यक्षं प्रमाणं नास्ति।

उदाहरणतः single-atom Pt, Ni–N-doped CNT-supported PEM water-electrolysis system 1,63 V तथा 1 A·cm⁻² अवस्थासु 4500 घण्टाः सञ्चालितः। स्रोतः बलं ददाति यत् एतादृशः दीर्घकालिक current-density अथवा degradation-data विस्तारक्षमता-मूल्याङ्कने अल्पकालिक-अधिकतम H₂ rates अपेक्षया अधिकं अर्थपूर्णः।

LCOH कथं परिभाष्यते?

स्रोतः levelized hydrogen cost एतस्मिन् सरलीकृत-समीकरणे ददाति:

\[ LCOH= \frac{CAPEX+OC+MC} {\text{yıllık H}_{2}\text{ üretimi}} \]

CAPEX कुल-capital-investment, OC operation-cost तथा MC maintenance-cost सूचयति। परिणामः उत्पादित-hydrogen-मात्रा प्रति व्ययरूपेण मूल्याङ्क्यते।

एतत् सरल-सूत्रं विभिन्न-plant-scales, reactor-architectures तथा auxiliary-system-costs hydrogen-उत्पादने कथं प्रतिबिम्बिताः भवन्ति इति दृश्यं कर्तुं प्रयुक्तम्।

Scale-economy LCOH कथं परिवर्तयितुं शक्नोति?

स्रोते उद्धृत-दक्षिण-Spain solar-hydrogen-panel-विश्लेषणे 1000-panel लघु-plant कृते LCOH लगभग 49 €·kg_H2⁻¹ गणितम्। Hydrogen-storage योजिते compressor इत्यस्य अल्पकालिक-peak-flow अनुसारम् अतिमापन-आवश्यकता न्यूना भवति तथा LCOH लगभग %40 न्यूनीभूय 31 €·kg_H2⁻¹ स्तरं प्राप्नोति।

100.000 panel-मापे गणितः व्ययः 9,1 €·kg_H2⁻¹, 10 million panel-मापे 7,3 €·kg_H2⁻¹ अस्ति। यदि STH efficiency %23 भवेत् तथा panel-cost 120 €·m⁻² पर्यन्तं न्यूनः भवेत्, लगभग 3,8 €·kg_H2⁻¹ सम्भावना गण्यते। एते सर्वेषां वास्तविक-plant इत्येषां वास्तविक-उत्पादन-व्ययाः न, किन्तु सम्बन्धित-techno-economic-अध्ययनस्य assumptions-आश्रितानि scenarios सन्ति।

PEC Systems, PV-Electrolysis सह स्पर्धायां किमर्थं कठिनताम् अनुभवन्ति?

PEC systems प्रकाश-अवशोषणं तथा electrochemical hydrogen-उत्पादनं एकस्मिन् device मध्ये संयोज्य system-simplicity सम्भावनां ददति, तथापि अद्य PV-electrolysis systems gigawatt-मापं प्राप्तः PV-production-chain, standardized electrolyzer-technology, अधिक-technology-maturity तथा न्यूनतरं गणितं LCOH इत्येषां कारणेन आर्थिक-श्रेष्ठतां बहुधा रक्षन्ति।

Steam-fed PEC-3 परीक्षणेषु PEC-विकल्पेषु न्यूनतमं LCOH धारयति, तथापि PV-AEC अपेक्षया लगभग %64 अधिक-मूल्यवान्। परन्तु PEC-3 मध्ये pumps, water-feed equipment तथा piping इत्यादीनि balance-of-system घटकानि अल्पानि, अतः केचन सहायक-व्ययाः न्यूनीभवन्ति।

स्रोतः बलं ददाति यत् भविष्ये PEC इत्यस्य लाभः केवलं अधिकतम-STH वर्धनात् न, अपि तु module तथा system-architecture सरलयित्वा balance-of-plant cost न्यूनीकरणात् आगन्तुं शक्नोति।

अध्ययनस्य विधिः परिणामाश्च

समीक्षायाः क्षेत्रम्

अध्ययनं नूतनम् एकं प्रयोगं न करोति। Photocatalytic तथा photo-electrocatalytic hydrogen-production विषयक प्रकाशित-अध्ययनानि पदार्थ, cell, reactor, scale-up, pilot-plant तथा economic-evaluation स्तरैः संयोजयति।

स्रोतस्य समीक्षा-विन्यासः सामान्यतः एतादृशः:

1. Photocatalyst तथा heterojunction वर्गाः।
2. Electrocatalyst तथा photoelectrode systems।
3. PC/PEC reactor-architectures।
4. Pilot तथा field-scale उदाहरणानि।
5. Techno-economic evaluations।
6. Large-scale वैज्ञानिक तथा engineering bottlenecks।
7. चार-आयामीय scalability-evaluation framework।

Pilot तथा field उदाहरणानां भूमिका

समीक्षा प्रयोगशाला-प्रदर्शनं यथार्थ-engineering-सन्दर्भे संयोजयितुं विभिन्न-technology-readiness-level युक्तान् projects परीक्षते।

एते विभिन्नाः projects एकं technology न सन्ति तथा प्रत्यक्ष-performance-competition मध्ये न स्थापनीयाः। समीक्षा एतान् photon-management, feed-water, gas-separation, system-integration तथा technology-readiness-level इत्यादीनां भिन्न-scale-up समस्याणां यथार्थ-प्रयोग-उदाहरणरूपेण उपयुङ्क्ते।

प्रत्यक्ष-seawater-उपयोगः किमर्थं कठिनः?

समुद्रजले Cl⁻, Mg²⁺ तथा Ca²⁺ इत्यादयः ions catalyst तथा membrane उपरि अनिष्ट-reaction, precipitation तथा fouling जनयितुं शक्नुवन्ति। Chloride ions OER सह स्पर्धमानान् chlorine-evolution reactions तथा electrode-corrosion जनयितुं शक्नुवन्ति।

स्रोतः वदति यत् scalable seawater systems कृते precipitation-resistant electrodes, self-cleaning surfaces, chloride-competition न्यूनीकर्तृ interfaces तथा उत्तम mass-transfer आवश्यकाः।

Large-scale मुख्य bottlenecks

• Visible-light सीमित-उपयोगः।
• Electron–hole recombination।
• Photocorrosion तथा catalyst-leaching/deactivation।
• STH आर्थिक-लक्ष्येभ्यः न्यूनः रहति।
• Rare अथवा precious metals आवश्यकता।
• Large reactors मध्ये असमरूप-light-distribution।
• Gas-bubbles सक्रिय-पृष्ठं तथा mass-transfer सीमयन्ति।
• H₂ तथा O₂ सुरक्षित-विभाजनम्।
• Membrane-cost तथा fouling।
• Slurry systems मध्ये catalyst-recovery।
• Seawater मध्ये salt-precipitation तथा chloride-जनित side-reactions।
• दीर्घकालिक catalyst तथा electrolyte stability।
• Balance-of-plant तथा gas-storage/transport costs।

Hybrid systems किमर्थं प्रमुखाः?

समीक्षायाः निष्कर्ष-विभागानुसारम् एकं technology सर्वाः scale-up समस्याः एकस्मिन् समये समाधानं कर्तुं कठिनताम् अनुभवन्ति। Photocatalysis सूर्यशक्तेः प्रत्यक्षं chemical-fuel परिवर्तनं तथा सरल-reactor सम्भावनां ददाति, electrolysis systems तु current-control, gas-separation तथा industrial modularity मध्ये अधिक-परिपक्वाः।

अतः photocatalysis तथा electrolysis इत्यादीन् उपायान् संयोजयन्तः hybrid systems एकस्य उपायस्य दोषं अन्यस्य बलात् सन्तुलयितुं शक्नुवन्ति। स्रोते उद्धृते photocatalysis–electrolysis hybrid-evaluation मध्ये, यदि STH %3 स्तरपर्यन्तं रक्ष्यते, LCOH 1,8 $·kg_H2⁻¹ पर्यन्तं प्राप्तुं शक्नोति इति गणितम्।

Material-selection इत्यस्य आर्थिक-सीमा

यदि उच्च-प्रयोगशाला-प्रदर्शनं III–V semiconductors, Ga, Ge, As अथवा precious metals इत्यादीन् महर्घ-दुर्लभ-पदार्थान् आश्रयति, तर्हि large-area application raw-material supply तथा CAPEX द्वारा सीमितं भवितुं शक्नोति।

समीक्षायां 240.000-module युक्तस्य conceptual industrial artificial-leaf मूल्याङ्कने perovskite/silicon-आधारित P-PEC systems इत्येषां गणितं LCOH 2,51–3,81 $·kg_H2⁻¹ मध्ये अस्ति। Ge-PEC कृते 21,51–32,82 $·kg_H2⁻¹, GaAs-PEC कृते 16,96–25,89 $·kg_H2⁻¹ प्रतिवेदितम्।

एते परिणामाः वास्तविक-सञ्चालित-plant-व्ययाः न, किन्तु TRL 3–4 स्तरस्य artificial-leaf systems इत्येषां औद्योगिक-scale modelling अस्ति।

अध्ययनेन समर्थिताः निष्कर्षाः

• PC तथा PEC systems मध्ये laboratory-performance तः pilot/industrial scale प्रति गमनं रेखीयं नास्ति।
• Reactor-geometry photon-distribution तथा mass-transfer प्रति catalyst इव प्रबलं प्रभावं कर्तुं शक्नोति।
• H₂/O₂ सुरक्षित-विभाजनं scale-up इत्यस्य मुख्य-engineering-आवश्यकता अस्ति।
• Fixed-bed तथा photocatalytic membrane reactors scale-up कृते महत्त्वपूर्ण-लाभान् दातुं शक्नुवन्ति।
• दीर्घकालिक-durability अधिकतम-अल्पकालिक H₂ production-rate तः पृथक् मूल्याङ्कनीया।
• cm² electrodes तः m² areas प्रति गमनकाले nonlinear losses उत्पद्यन्ते।
• PV-electrolysis अद्य economic तथा technological maturity मध्ये direct PEC कृते प्रबलः प्रतिस्पर्धी अस्ति।
• Hybrid photocatalysis–electrolysis approaches scalability तथा sustainability कृते विशेषतः आशाजनकाः।
• Seawater तथा wastewater उपयोगः freshwater-consumption न्यूनीकर्तुं शक्नोति, किन्तु नूतन corrosion, precipitation तथा selectivity समस्याः जनयति।
• Techno-economic evaluation तथा life-cycle analysis औद्योगिकीकरण-निर्णयस्य अविभाज्य-अङ्गौ भवेताम्।

अध्ययनेन असमर्थिताः निष्कर्षाः

• समीक्षा न प्रमाणयति यत् एकः catalyst व्यापारिकतया श्रेष्ठतमं technology अस्ति।
• विभिन्न-laboratory-studies इत्येषां mmol·g⁻¹·h⁻¹ मूल्यानि प्रत्यक्षतया क्रमबद्धानि न कर्तव्यानि।
• उच्च-laboratory H₂ production-rate दीर्घकालिक-industrial-efficiency न सूचयति।
• 100 m² अथवा pilot-scale demonstration आर्थिक-स्पर्धाक्षमतायाः स्वयंसिद्धं प्रमाणं नास्ति।
• स्रोतः न दर्शयति यत् अद्य सर्वे PEC systems PV-electrolysis अपेक्षया सस्ताः।
• Techno-economic scenarios भविष्यत् material, panel तथा system costs आश्रिताः; ते निश्चित-market-prices न सन्ति।
• STH, LCOH, durability तथा production-rate एकस्मिन् अङ्के संयोजयितुं न शक्यन्ते।
• Seawater-सञ्चालितस्य एकस्य system इत्यस्य सफलता सर्वे catalysts raw seawater मध्ये कार्यं करिष्यन्ति इति न अर्थयति।

भविष्यत्-अनुसन्धान-प्राथमिकताः

• Photon-use efficiency वर्धयितुम्।
• Photocorrosion तथा catalyst-degradation न्यूनीकर्तुम्।
• Precious-metal cocatalysts कृते प्रचुर-विकल्पान् विकसितुम्।
• Electrolyte दीर्घकालिक-stability वर्धयितुम्।
• Direct seawater splitting सुरक्षितं कर्तुम्।
• उच्च-STH प्राकृतिक-सूर्ये विशाल-क्षेत्रेषु नेतुम्।
• Semi-continuous तथा continuous reactor designs प्रति गन्तुम्।
• Gas-bubble तथा mass-transfer bottlenecks न्यूनीकर्तुम्।
• Gas-phase photocatalysis मध्ये high-diffusion लाभान् मूल्याङ्कयितुम्।
• Sacrificial reagents स्थाने organic-waste photoreforming उपयोक्तुम्।
• Techno-economic analysis तथा life-cycle assessment pilot-projects इत्येषां प्रारम्भिक-अवस्थासु स्थापयितुम्।

स्रोतः तथा विधेः टिप्पणी

मूल-अध्ययनम्: Photo-Electrocatalytic Hydrogen Production Emphasising Process Scalability.

लेखकाः: Nikolaos Argirusis, Pantelitsa Georgiou, Irene Kanellopoulou, Niyaz Alizadeh, Georgia Sourkouni, Antonis A. Zorpas तथा Christos Argirusis.

सम्पर्क-लेखकः: Christos Argirusis.

संस्थाः: Open University of Cyprus, Faculty of Pure and Applied Sciences, Lab of Chemical Engineering and Engineering Sustainability; National Technical University of Athens, School of Chemical Engineering; Clausthal University of Technology, Clausthal Centre of Materials Technology.

पत्रिका: Energies.

प्रकाशकः: MDPI.

खण्ड / अंक / लेख-संख्या: 19(17), 4177.

DOI: 10.3390/en19174177.

प्रेषणम्: 20 July 2026.

संशोधनम्: 29 August 2026.

स्वीकृतिः: 31 August 2026.

प्रकाशनम्: 3 September 2026.

स्रोत-प्रकारः: Peer-reviewed review article.

अनुज्ञापत्रम्: Creative Commons Attribution (CC BY).

मुख्यशब्दाः: hydrogen; hydrogen evolution reaction (HER); catalysis; photocatalysis; photo-electrocatalysis; PEC technologies.

मुख्य-परिधिः: Photocatalysts, photoelectrodes, Type I/II/III heterojunctions, Z-scheme तथा S-scheme architectures, Schottky structures, PC/PEC reactors, membrane reactors, pilot plants, STH, LCOH, SEC, material durability, seawater use तथा industrial-scale evaluation.

नूतन-प्रयोगः/data: नास्ति। समीक्षा स्पष्टतया वदति यत् नूतन-data-set न निर्मितं न वा विश्लेषितम्।

वित्तपोषणम्: अध्ययनं बाह्य-वित्तपोषणं न प्राप्तवान्।

Data availability: नूतन-data न निर्मितम्, अतः data-sharing लागू नास्ति।

हित-संघर्षः: लेखकाः हित-संघर्षस्य अभावं घोषितवन्तः।

लेखक-योगदानानि: Conceptualization Christos Argirusis तथा Nikolaos Argirusis; methodology Irene Kanellopoulou, Pantelitsa Georgiou तथा Christos Argirusis; validation Christos Argirusis, Niyaz Alizadeh, Georgia Sourkouni, Antonis A. Zorpas तथा Nikolaos Argirusis; formal analysis Irene Kanellopoulou तथा Pantelitsa Georgiou; investigation Irene Kanellopoulou, Pantelitsa Georgiou, Christos Argirusis तथा Georgia Sourkouni; data curation Niyaz Alizadeh, Christos Argirusis तथा Georgia Sourkouni; प्रथमः draft Pantelitsa Georgiou, Irene Kanellopoulou तथा Christos Argirusis द्वारा निर्मितः।

AI-उपयोग-घोषणा: लेखकाः वदन्ति यत् graphical abstract इत्यस्य design तथा preparation कृते OpenAI ChatGPT GPT-5.6 Luna तथा image-generation capability उपयुज्य, output निरीक्षितं सम्पादितं च, प्रकाशनस्य विषयवस्तु-उत्तरदायित्वं च स्वीकृतम्।

महत्त्वपूर्णः स्रोतान्तर्गत-notation-विषयः: SEC समीकरणे Faradaic efficiency \(\eta\) प्रतिशत-रूपेण परिभाष्यते, किन्तु %100 efficiency तः \(SEC=26.58V_{cell}\) समीकरणं प्रति गमनं \(\eta=1\) fraction रूपं सूचयति। Notation मौनेन परिवर्तितं नास्ति।

Potential-value टिप्पणी: स्रोतः band-edge चर्चायां जल-oxidation कृते 1,23 V, औद्योगिक SEC मूल्याङ्कने तु न्यूनतम-electrolysis-potential रूपेण 1,48 V उपयुङ्क्ते। द्वे मूल्ये भिन्न-सन्दर्भेषु दत्ते स्तः तथा Verianla तयोः एकस्मिन् मूल्ये विलयनं न कृतवान्।