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हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था क्या है? भारत कैसे हाइड्रोजन पर कार चलाने की योजना बना रहा है?

What is Hydrogen Economy? How India is planning to run cars on hydrogen?

प्रासंगिकता:

जीएस 3 II विज्ञान और प्रौद्योगिकी II ऊर्जा II गैस-आधारित ऊर्जा

विषय: हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था क्या है? भारत कैसे हाइड्रोजन पर कार चलाने की योजना बना रहा है?

सुर्खियों में क्यों?

परंपरागत रूप से सीमांत इलेक्ट्रिक वाहन (EV) प्रौद्योगिकियों में एक धीमी गति से चलने वाले, भारत ने ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर तत्व की ऊर्जा क्षमता-हाइड्रोजन का दोहन करने के लिए दौड़ में एक अपरिवर्तनीय रूप से सबसे प्रारंभिक प्रविष्टि की है।

परिचय:

  • संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा विभाग द्वारा हाइड्रोजन उत्पादन और ईंधन सेल प्रौद्योगिकी अनुसंधान और विकास में $ 100 मिलियन तक के निवेश की घोषणा के बाद चार महीने से भी कम समय के अंदर, भारत ने एक राष्ट्रीय हाइड्रोजन मिशन की घोषणा की है।
  • अगले कुछ महीनों में मिशन के मसौदे के साथ बजट में प्रस्ताव प्रस्तुत किया जाएगा – ऊर्जा स्रोत के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करने का रोडमैप।
  • जबकि प्रस्तावित अंत-उपयोग क्षेत्रों में स्टील और रसायन क्षेत्र शामिल हैं, वहीं प्रमुख उद्योग जिसे हाइड्रोजन रूपांतरित करने की क्षमता रखता है – परिवहन है, जो सभी ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन में एक तिहाई के लिए जिम्मेदार है। यहां हाइड्रोजन को जीवाश्म ईंधन के प्रत्यक्ष प्रतिस्थापन के रूप में देखा जा रहा है, जिसमें पारंपरिक ईवी पर विशिष्ट लाभ भी शामिल हैं।

पायलट परियोजनाएं पहले ही शुरू हो चुकी हैं:

  • अक्टूबर में, दिल्ली छह महीने की पायलट परियोजना में हाइड्रोजन स्पाइक्ड कम्प्रेस्ड नेचुरल गैस (H-CNG) पर चलने वाली बसों का संचालन करने वाला पहला भारतीय शहर बना।
  • H-CNG (सीएनजी में 18% हाइड्रोजन) के उत्पादन के लिए बसें एक नई तकनीक पर चलेंगी, जिसका इंडियन ऑयल कॉर्प द्वारा पेटेंट किया गया है।
  • ऊर्जा प्रमुख NTPC लिमिटेड, लेह और दिल्ली में 10 हाइड्रोजन ईंधन सेल-आधारित इलेक्ट्रिक बसों और ईंधन सेल इलेक्ट्रिक कारों को चलाने के लिए एक पायलट परियोजना का संचालन कर रहा है।
  • IOC, फरीदाबाद में अपने अनुसंधान एवं विकास केंद्र में बसों को चलाने के लिए हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए एक समर्पित इकाई स्थापित करने की योजना बना रहा है।

हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था क्या है?

  • हाइड्रोजन एक होनहार ऊर्जा वाहक है और इसमें विभिन्न ऊर्जा क्षेत्र की चुनौतियों और तकनीकी दृष्टि से पारंपरिक ईंधन को प्रतिस्थापित करने की क्षमता है। इसका उपयोग CO2 संबंधित उत्सर्जन को काफी कम कर सकता है और संपूर्ण मूल्य श्रृंखला को गैर-कार्बनीकृत कर सकता है, जिससे कम उत्सर्जन और कम जलवायु परिवर्तन खतरों को सक्षम किया जा सकता है।
  • हाइड्रोजन भी केंद्रीकृत या विकेन्द्रीकृत तरीके से, आपूर्ति और मांग के बीच की खाई को पाट सकता है, जिससे समग्र ऊर्जा प्रणाली लचीलापन बढ़ता है। हाइड्रोजन का उपयोग, नवीकरण के मामले में मौसमी और दैनिक आपूर्ति-मांग दोनों को पूरा करने के लिए किया जा सकता है। ग्रामीण भारत में, जहां ग्रिड तक पहुंच नहीं है, हाइड्रोजन का उपयोग ऊर्जा सेवाएं प्रदान कर सकता है।
  • 1970 में ‘हाइड्रोजन इकोनॉमी’ शब्द जॉन बॉक्रीस द्वारा गढ़ा गया था। उन्होंने उल्लेख किया कि हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था वर्तमान हाइड्रोकार्बन आधारित अर्थव्यवस्था को प्रतिस्थापित कर सकती है जिससे स्वच्छ वातावरण का मार्ग प्रशस्त होगा।
  • हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था एक भावी भविष्य है जहां हाइड्रोजन का उपयोग वाहनों, ऊर्जा भंडारण और ऊर्जा की लंबी दूरी के परिवहन के लिए ईंधन के रूप में किया जाता है। हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था का उपयोग करने के लिए विभिन्न मार्ग, हाइड्रोजन उत्पादन, भंडारण, परिवहन और इसके उपयोग में निहित हैं।
  • वर्तमान में, हाइड्रोजन की वर्तमान वैश्विक मांग 70 मिलियन मीट्रिक टन है, जिसमें से अधिकांश, जीवाश्म ईंधन से उत्पादित की जा रही है – प्राकृतिक गैस से 76% और कोयले से 23% और शेष पानी के इलेक्ट्रोलिसिस से । यह वैश्विक प्राकृतिक गैस का 6% और वैश्विक कोयले का 2% खपत करता है। इसके परिणामस्वरूप लगभग 830Mt /वर्ष का CO2 उत्सर्जन होता है, जिसमें से केवल 130Mt /वर्ष का उपयोग उर्वरक उद्योग में किया जाता है।

हाइड्रोजन ही क्यों?

  • स्वच्छ ईंधन स्रोत के रूप में हाइड्रोजन की क्षमता का एक लंबा इतिहास रहा है।
  • 1937 में, जर्मन यात्री हवाई पोत LZ129 हिंडेनबर्ग ने अटलांटिक में उड़ान भरने के लिए हाइड्रोजन ईंधन का उपयोग किया, जिसमें न्यू जर्सी में नौसेना एयर स्टेशन लेकहर्स्ट में डॉकिंग करते समय विस्फोट हो गया, जिसमें 36 लोग मारे गए।
  • 1960 के दशक के उत्तरार्ध में, हाइड्रोजन ईंधन सेल ने NASA के अपोलो मिशनों को चंद्रमा पर लाने में मदद की। 1970 के दशक के तेल मूल्यों में झटके के बाद, जीवाश्म ईंधन को प्रतिस्थापित करने वाले हाइड्रोजन की संभावना को गंभीरता से लिया जाने लगा।
  • तीन कार निर्माता – जापान की होंडा और टोयोटा, और दक्षिण कोरिया की हुंडई – ने तब से तकनीकी रूप से व्यावसायीकरण की दिशा में निर्णायक रूप से कदम रखा है, भले ही वह सीमित पैमाने पर रहा हो।

 

हाइड्रोजन के प्रकार:

  • प्रकृति में सबसे आम यह तत्व स्वतंत्र रूप से नहीं पाया जाता है।
  • हाइड्रोजन केवल अन्य तत्वों के साथ संयुक्तरूप से रहता है, और इसे प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले यौगिकों जैसे पानी (2 हाइड्रोजन परमाणु और 1 ऑक्सीजन परमाणु) से निकाला जाता है।
  • यद्यपि हाइड्रोजन एक साफ अणु है, लेकिन इसे निकालने की प्रक्रिया ऊर्जा-गहन है।
  • जिन स्रोतों और प्रक्रियाओं से हाइड्रोजन प्राप्त होता है, उन्हें रंग टैब द्वारा वर्गीकृत किया जाता है।
  • जीवाश्म ईंधन से उत्पादित हाइड्रोजन को ग्रे हाइड्रोजन कहा जाता है; यह आज उत्पादित हाइड्रोजन के थोक का गठन करता है।
  • कार्बन कैप्चर और भंडारण विकल्पों के साथ जीवाश्म ईंधन से उत्पन्न हाइड्रोजन को ब्लू हाइड्रोजन कहा जाता है;
  • अक्षय ऊर्जा स्रोतों से पूरी तरह से उत्पन्न हाइड्रोजन को ग्रीन हाइड्रोजन कहा जाता है।

ग्रीन हाइड्रोजन का मामला:

  • ग्रीन हाइड्रोजन के विशिष्ट फायदे हैं। पहला कि, यह एक साफ जलने वाला अणु है, जो लोहे और इस्पात, रसायन और परिवहन सहित कई क्षेत्रों को डी-कार्बोनाइज कर सकता है।
  • दूसरा, अक्षय ऊर्जा, जिसे ग्रिड द्वारा संग्रहीत या उपयोग नहीं किया जा सकता है, को हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए चैनल किया जा सकता है। यह 2021-22 में शुरू किए जाने वाले सरकार के हाइड्रोजन ऊर्जा मिशन का लक्ष्य है।
  • भारत की बिजली ग्रिड मुख्य रूप से कोयला आधारित है और ऐसा जारी रहेगा, जिससे बड़े पैमाने पर ईवी प्रोत्साहन से मिलने वाले संपार्श्विक लाभों की उपेक्षा होगी, क्योंकि इन वाहनों को ऊर्जा देने वाली बिजली उत्पन्न करने के लिए कोयले को जलाना होगा।
  • कई देशों में जिन्होंने EV को प्रोत्साहित किया है, में अधिकांश बिजली नवीकरणीय ऊर्जा से उत्पन्न होती है – नॉर्वे में उदाहरण के लिए, 99% बिजली हाइड्रोइलेक्ट्रिक ऊर्जा से आती है।
  • विशेषज्ञों का मानना है कि हाइड्रोजन वाहन, लंबी-लंबी यात्रा वाले ट्रकिंग और अन्य जटिलता से -विद्युतीकृत होने वाले क्षेत्रों जैसे कि शिपिंग और लंबी-लंबी हवाई यात्रा में प्रभावी हो सकते हैं।
  • इन अनुप्रयोगों में भारी बैटरी का उपयोग करना प्रतिकूल होगा, विशेष रूप से भारत जैसे देशों के लिए, जहां बिजली ग्रिड मुख्य रूप से कोयला आधारित है।

हाइड्रोजन ईंधन सेल कैसे काम करते हैं?

  • हाइड्रोजन एक ऊर्जा वाहक है, ऊर्जा का स्रोत नहीं है।
  • हाइड्रोजन ईंधन को एक कार या ट्रक को ऊर्जा देने के लिए इस्तेमाल करने से पहले ईंधन सेल स्टैक नामक एक उपकरण द्वारा बिजली में रूपांतरित होना होगा।
  • एक ईंधन सेल, ऑक्सीकरण एजेंटों के माध्यम से ऑक्सीकरण-अपचयन प्रतिक्रिया के माध्यम से रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है।
  • ईंधन सेल आधारित वाहन विद्युत मोटर को चलाने के लिए बिजली का उत्पादन करने के लिए आमतौर पर हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को मिलाते हैं।
  • चूंकि ईंधन सेल वाहन चलाने के लिए बिजली का उपयोग करते हैं, इसलिए उन्हें इलेक्ट्रिक वाहन माना जाता है।
  • प्रत्येक ईंधन सेल के अंदर, हाइड्रोजन को एक ऑन-बोर्ड दबाव टैंक से खींचा जाता है और एक उत्प्रेरक के साथउसकी प्रतिक्रिया कराई जाती है। यह उत्प्रेरक आमतौर पर प्लैटिनम से बनाया जाता है।
  • जैसे ही हाइड्रोजन उत्प्रेरक के माध्यम से गुजरता है, उससे उसके इलेक्ट्रॉनों अलग हो जाते हैं, जो एक विद्युत प्रवाह का उत्पादन करते हुए बाहरी सर्किट के साथ आगे बढ़ने के लिए मजबूर होते हैं।
  • इस बिजली का उपयोग इलेक्ट्रिक मोटर द्वारा वाहन को ऊर्जा देने के लिए किया जाता है, जिसमें एकमात्र उपोत्पाद जल वाष्प होता है।
  • हाइड्रोजन ईंधन सेल की कारों में शून्य कार्बन फुटप्रिंट होता है।
  • जलते हुए पेट्रोल की तुलना में हाइड्रोजन लगभग दो से तीन गुना अधिक कुशल है, क्योंकि एक इलेक्ट्रिक रासायनिक प्रतिक्रिया, दहन की तुलना में बहुत अधिक कुशल है।

ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को कम करने में स्वच्छ हाइड्रोजन उद्योग की क्षमता:

  • हाइड्रोजन ईंधन के उपयोग के परिणामस्वरूप होने वाला एकमात्र उपोत्पाद पानी है – जो ईंधन को 100 प्रतिशत स्वच्छ बनाता है।
  • हाइड्रोजन को एक वैकल्पिक ईंधन माना जाता है। ऐसा शून्य-उत्सर्जन इलेक्ट्रिक वाहनों में ईंधन सेल को ऊर्जा देने की इसकी क्षमता के कारण है; घरेलू उत्पादन के लिए इसकी क्षमता और उच्च दक्षता के लिए ईंधन सेल की क्षमता के कारण है।
  • वास्तव में, एक इलेक्ट्रिक मोटर के साथ मिलकर काम करने वाला ईंधन सेल, गैसोलीन पर चलने वाले आंतरिक दहन इंजन की तुलना में दो से तीन गुना अधिक कुशल है।
  • हाइड्रोजन आंतरिक दहन इंजन के लिए ईंधन के रूप में भी काम कर सकता है।

समस्याएँ:

  • अपने वादे के बावजूद, हाइड्रोजन तकनीक को अभी और बढ़ाया जाना बाकी है।
  • टेस्ला के CEO एलोन मस्क ने ईंधन सेल तकनीक को ”पूर्ण मूर्खता ” कहा है।
  • वैश्विक रूप से, 2020 के अंत में सड़क पर 25,000 हाइड्रोजन ईंधन सेल वाहन थे; तुलनात्मक रूप से, इलेक्ट्रिक कारों की संख्या 8 मिलियन थी।
  • हाइड्रोजन ईंधन सेल वाहनों को अपनाने के लिए एक बड़ा अवरोधक मौजूद रहा है यानी ईंधन स्टेशन की बुनियादी सुविधाओं की कमी – ईंधन सेल कारें पारंपरिक कारों के जैसे ही समान पद्धति से ईंधन भरती हैं, लेकिन समान स्टेशन का उपयोग नहीं कर सकती हैं।
  • आज दुनिया में 500 से कम परिचालन हाइड्रोजन स्टेशन हैं, ज्यादातर यूरोप में, उसके बाद जापान और दक्षिण कोरिया में। उत्तरी अमेरिका में भी कुछ हैं।
  • सुरक्षा को चिंता के रूप में देखा जा रहा है। हाइड्रोजन को एक क्रायोजेनिक टैंक में दबाया और संग्रहीत किया जाता है, वहाँ से इसे एक निम्न-दबाव सेल में डाला जाता है और विद्युत-रासायनिक प्रतिक्रिया से गुजारा जाता है जो बिजली पैदा करता है।

भविष्य के लिए क्या किया जा सकता है?

  • सरकारों और OEM का कार्य: दुनिया भर की सरकारों और प्रमुख मूल उपकरण निर्माताओं (OEM) को इस क्षेत्र में निवेश करने के लिए आगे बढ़ना चाहिए क्योंकि उनके निवेश से इन वाहनों के लिए उच्च उत्पादन और रखरखाव लागत में काफी कमी आयगी।
  • भारत की प्रतिबद्धताएँ: भारत को पेरिस जलवायु समझौते के लिए अपनी प्रतिज्ञा और अपने ‘राष्ट्रीय रूप से समर्पित उद्दिष्ट (INDC) लक्ष्यों को पूरा करना चाहिए और भविष्य में इसकी गतिशीलता के लिए शून्य उत्सर्जन सुनिश्चित करना चाहिए।
  • नवीनतम तकनीकों का स्वागत: HFCVs भारत में बड़ी संख्या में निर्मित होने वाले ट्रक और ट्रैक्टर जैसे भारी शुल्क वाहनों के मामले में सबसे अच्छे विकल्प हैं, जबकि इलेक्ट्रिक वाहन बड़े पैमाने पर उत्सर्जन समस्याओं को हल करते हैं। इसलिए सॉफ्टवेयर को खुले हाथों के साथ स्वीकारा जाना चाहिए।
  • हाइड्रोजन आंतरिक दहन इंजन वाहन: भारत हाइड्रोजन आंतरिक दहन इंजन वाहनों का अग्रणी निर्माता है, जिसे वैकल्पिक प्रौद्योगिकी के रूप में उच्च लागत वाले हाइड्रोजन ईंधन सेल वाहनों के विकल्प के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।

निष्कर्ष:

वर्तमान में HFC अभी भी अपने प्रारंभिक चरण में है, हालांकि हम भविष्य के लिए पारंपरिक ईंधन पर निर्भर नहीं हो सकते हैं, इसलिए हमें परिवहन उद्देश्यों के लिए ऊर्जा आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए HFC, बिजली, सौर ऊर्जा जैसे विकल्पों पर काम करना चाहिए। भविष्य में गतिशीलता और शून्य उत्सर्जन तकनीक में, हाइड्रोजन ईंधन सेल एक बड़ी भूमिका निभाएगा।

मुख्य परीक्षा अभ्यास प्रश्न:

भारत के पास एक विशाल बायोमास भण्डार है जो या तो जलाया जाता है या बस बेकार हो जाता है। भविष्य के लिए इसका प्रभावी तरीके से उपयोग कैसे किया जा सकता है? (200 शब्द)