એક ઈંધણ તરીકે હાઈડ્રોજનના 'લાભાલાભ' વિશે એક વિચક્ષણ સમીક્ષા - Hydrogen as a Fuel

બળતણ તરીકે હાઈડ્રોજનના ઉપયોગ પર રાત દિવસ સંશોધન અને પ્રયોગો ચાલી રહ્યા છે. થોડાઘણા અંશે હાઈડ્રોજનના બળતણ તરીકે ઉપયોગમાં સફળતા પણ મળી છે. જો કે હાઈડ્રોજનને બળતણ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાથી ભવિષ્યમાં શું 'લાભાલાભ' થશે તેના પર સી.પી. રાજેન્દ્રને એક વિચક્ષણ સમીક્ષા કરી છે. વાંચો વિગતવાર. Hydrogen as a Fuel Future Risks Possibilities C P Rajendran

હૈદરાબાદઃ કલાયમેન્ટ ચેન્જ અને ઊર્જાની અછત એ 2 મુખ્ય સમસ્યાથી આધુનિક વિશ્વ ઝઝૂમી રહ્યું છે. પરંપરાગત ઈંધણ(અશ્મિગત ઈંધણ)ના વપરાશથી કાર્બન ડાયોક્સાઈડનું પુષ્કળ ઉત્સર્જન થાય છે. જેનાથી ગ્રીનહાઉસ ઈફેક્ટનું સર્જન થાય છે જે ગરમીમાં વધારાનું મુખ્ય કારણ છે. પૃથ્વીના વાતાવરણમાં છેલ્લા 2 મિલિયન વર્ષોમાં ગ્રીન હાઉસ ગેસીસની માત્રા સૌથી વધુ છે. ક્લાયમેટ ચેન્જ પર 2022માં જાહેર કરાયેલ રિપોર્ટ અનુસાર, લાંબા ગાળે ગ્લોબલ વોર્મિંગને રોકવા માટે કાર્બન ડાયોક્સાઈડ(CO2) ઉત્સર્જન વાતાવરણમાં ઓછામાં ઓછું થાય તે જરુરી છે. CO2ના ઉપયોગના વિકલ્પમાં ગ્રીન એનર્જીના એક સ્ત્રોત તરીકે હાઈડ્રોજન પર સૌ કોઈની નજર છે. જો કે કોમર્શિયલ લેવલે હાઈડ્રોજનના ઉપયોગની માંગને પહોંચી વળવું તે એક મોટો પડકાર છે.

પરંપરાગત રીતે પેટ્રોલિયમ રિફાઈનિંગ અને ખાતર ઉત્પાદનોના ઘટક તરીકે હાઈડ્રોજનનો ઉપયોગ થાય છે. જેને "ગ્રે હાઇડ્રોજન" તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આ પ્રકારનો હાઈડ્રોજન આબોહવા માટે અનુકૂળ નથી, કારણ કે તે કુદરતી ગેસને શુદ્ધ કરીને અશ્મિભૂત ઈંધણમાંથી મેળવવામાં આવે છે. ઉદ્યોગો દ્વારા હાલમાં વૈશ્વિક સ્તરે વાર્ષિક ધોરણે ઉપયોગમાં લેવાતા 70 મિલિયન ટન હાઈડ્રોજનમાંથી મોટા ભાગના અશ્મિભૂત ઈંધણમાંથી મેળવવામાં આવે છે. જે તેની વિશાળ કાર્બન ફૂટપ્રિન્ટ છે. અંતમાં, નવિનીકરણીય સ્ત્રોતોમાંથી ઉત્પાદિત "ગ્રીન હાઇડ્રોજન" પર વધુ ધ્યાન આપવામાં આવ્યું છે. સંશોધન દર્શાવે છે કે પાણી-વિભાજન વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ એ ગ્રીન હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવાની એક કાર્યક્ષમ પદ્ધતિ છે. યુનાઈટેડ સ્ટેટ્સ, જર્મની, દક્ષિણ કોરિયા, ચીન, જાપાન અને ભારત જેવા દેશો હવે સૌરઊર્જા અને પવન જેવા ઓછા કાર્બન ઉત્સર્જિત ઊર્જા સ્ત્રોતોમાંથી ઉત્પાદિત ગ્રીન હાઈડ્રોજન મેળવતા સ્ટાર્ટ-અપ્સ સ્થાપવાની તૈયારી કરી રહ્યા છે.

ભારત સરકારે જાન્યુઆરી 2023માં નેશનલ ગ્રીન હાઈડ્રોજન મિશનને રૂ. 19,744 કરોડની બજેટ ફાળવણી સાથે મંજૂરી આપી હતી. આ મિશનનો હેતુ ભારતને વૈશ્વિક સ્તરે ગ્રીન હાઇડ્રોજનનો મુખ્ય ઉત્પાદક અને સપ્લાયર બનાવવાનો છે. આ મિશન 2030 સુધીમાં લગભગ 125 GWની સંલગ્ન રિન્યુએબલ એનર્જી ક્ષમતા સાથે વાર્ષિક ઓછામાં ઓછા 5 MMT(મિલિયન મેટ્રિક ટન) ગ્રીન હાઈડ્રોજન ક્ષમતા હાંસલ કરશે.

હાઈડ્રોજન ઉત્પાદન પ્રક્રિયા સ્વયં ઘણી સરળ છે. પાણી (H2O)માંથી હાઈડ્રોજન(H2) અને ઓક્સિજન(O2) પરમાણુઓને વિભાજીત કરીને હાઈડ્રોજન મેળવી શકાય છે. હાઈડ્રોજનને યોગ્ય રીતે બનાવેલ પાઈપમાં સ્ટોર કરી શકાય છે. ડીકાર્બોનાઈઝિંગ અર્થતંત્રમાં ઊર્જા વાહક તરીકે હાઈડ્રોજનને મહત્વનો ગણાવતા પીટર ફેરલીએ 14 ડિસેમ્બર 2023ના રોજ નેચર જર્નલમાં પ્રકાશિત થયેલા આઉટલૂક આર્ટિકલમાં હાઈડ્રોજન-બર્નિંગ પ્લાન્ટ્સના મોટા હાઈડ્રોલોજિકલ ઈશ્યૂ વિશે સવાલ કર્યા હતા. આ જ લેખ જણાવે છે કે, હાઈડ્રોજનના ઉત્પાદન માટે H2Oના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ માટે 9 લિટર પાણીની જરૂર પડે છે અને કિલોગ્રામ દીઠ શુદ્ધિકરણ હેતુ માટે વધારાના 15 લિટર પાણીનો વપરાશ કરવામાં આવશે. આ લેખ એ હકીકત તરફ નિર્દેશ કરે છે કે જો ફોટો-વોલ્ટેઈક સેલ્સ અને વિન્ડ ટર્બાઈન સહિત સૌર પેનલ્સના ઉત્પાદનના તબક્કામાં ઉપયોગમાં લેવાતા પાણીની ગણતરી કરીએ તો ગ્રીન હાઈડ્રોજનમાં વધુ પાણી વપરાય છે.

જો કે દરિયાઈ પાણી હાઈડ્રોજનનો અમર્યાદિત સ્ત્રોત પ્રદાન કરે છે. હાઈડ્રોજનને ઉત્પાદિત કરતા ડિસેલિનેશન પ્લાન્ટ ગંભીર પર્યાવરણીય અસરોની શક્યતા વધારે છે. ડિસેલિનેશન પ્લાન્ટ દરિયાના પાણીમાંથી તાજા પાણીને અલગ તારવી હાનિકારક તત્વોને ફરીથી દરિયામાં ઠાલવે છે. જે દરિયાઈ પાણીની કેમેસ્ટ્રીમાં ફેરફાર કરે છે. આ ફેરફારને પરિણામે માછલી સહિત દરિયાઈ જીવોનો નાશ થાય છે. આ હાનિકારક તત્વો જળચર જીવોના કોષોને નિર્જલીકૃત કરે છે અને તેમને મારી નાખે છે. હાલમાં ડિસેલિનેશન ક્ષમતાનો લગભગ 50% વિસ્તાર પર્સિયન ગલ્ફની આસપાસ કેન્દ્રિત છે. એવી આગાહી કરવામાં આવી છે કે ક્લાયમેટ ચેન્જ સાથે ડિસેલિનેશન 2050 સુધીમાં સમગ્ર અખાતમાં દરિયાકાંઠાના પાણીનું તાપમાન ઓછામાં ઓછું 3 ડીગ્રી વધારી દેશે. મરિન પોલ્યુશન બુલેટિનના ડિસેમ્બર 2021ના અંકમાં પ્રકાશિત થયેલા પેપરમાં આગાહી કરવામાં આવી છે. આબોહવા પરિવર્તનના સંકેતોમાં ભારે વરસાદ અને ભયાનક પૂરના સ્વરૂપમાં પહેલેથી જ દેખાઈ રહ્યા છે.

CNN દ્વારા 21 એપ્રિલ 2024ના રોજ તેમની વેબસાઈટ પર પ્રકાશિત થયેલા બ્લોગમાં સિંગાપોરના પશ્ચિમ કિનારે હવા અને દરિયાઈ પાણીમાંથી કાર્બન ડાયોક્સાઈડને ગ્રીન હાઈડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટે પ્લાન્ટ બનાવવા માટે યુએસ સ્થિત સ્ટાર્ટઅપની યોજનાઓ દર્શાવવામાં આવી છે. જેમાં એકસાથે એસિડિક, આલ્કલાઈન પ્રવાહી અને 2 વાયુઓ હાઈડ્રોજન અને ઓક્સિજનમાં અલગ કરીને ઈલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર દ્વારા ચલાવવાની આશા રાખે છે. દરિયાઈ પાણીના pHને સામાન્ય બનાવવા માટે એસિડિક પાણીને નિસ્યંદિત કરી ખડકો સાથે ભેળવવામાં આવે છે. તેને દરિયામાં પાછું ભેળવી દેવામાં આવે છે. આલ્કલાઈન પ્રવાહીમાંથી હવા પસાર થતાં કાર્બન ડાયોક્સાઈડને ઘન કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ જેવી સામગ્રી બનાવવા માટે પ્રેરિત કરે છે. જેમાંથી સી શેલ્સ રચાય છે. આ હજારો વર્ષો સુધી દરિયાઈ પાણીમાંથી વધારાના કાર્બનને બંધ કરવામાં મદદ કરે છે. પ્રોજેક્ટ લીડર્સ આને માત્ર ગ્રીન હાઈડ્રોજન જ નહિ પરંતુ મહાસાગરને ઓછો એસિડિક બનાવવાની આશાસ્પદ રીત તરીકે જૂએ છે. જો કે વિવેચકો માને છે કે પ્રક્રિયા સમુદ્ર રસાયણશાસ્ત્રના નાજુક સંતુલનને ખલેલ પહોંચાડી શકે છે કારણ કે તે વધુ આલ્કલાઈન બની જાય છે.

કેટલાક સંશોધકોની આગાહી છે કે, હાઈડ્રોજન અને ઓક્સિજનને વિભાજિત કરવા માટે રિસાયકલ કરેલા ગંદા પાણીમાં વધુ પ્રયત્નો કરવાથી ગ્રીન એનર્જીના ઉત્પાદન માટે હજૂ દિલ્હી બહુ દૂર છે. તેઓ કહે છે કે નવી વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ ટેકનિક અને એન્જિનિયરિંગ ગ્રીન હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજન ઉત્પન્ન કરવા માટે ગંદાપાણીના બિન-પરંપરાગત ઉપયોગની કિંમતને ઘટાડવામાં સક્ષમ હોવા જોઈએ. આ સંશોધનનું એક સક્રિય ક્ષેત્ર બની ગયું છે. જે માત્ર ગ્રીન હાઈડ્રોજન બનાવવા ઉપરાંત બાયપ્રોડક્ટ તરીકે ઓક્સિજન પણ મેળવે છે. જેનો ઉપયોગ કચરો ખાનારા બેક્ટેરિયાને ટકાવી રાખવા માટે થઈ શકે છે. હાલમાં ગંદાપાણીના છોડ પમ્પ્ડ હવાનો ઉપયોગ કરે છે અને ઓક્સિજનનો ઉપયોગ કરીને કચરો ઝડપથી પાચન થાય છે. સીડનીની મ્યુનિસિપલ વોટર ઓથોરિટી અને યુનિવર્સિટી ઓફ સીડની સાથેના સંશોધકોએ એવી ગણતરી કરી હોવાનું જાણવા મળે છે કે શહેરના 13.7 ગીગા લીટર પાણીમાંથી 0.88 મેગાટન ગ્રીન હાઇડ્રોજન મળી શકે છે. બેંગાલુરુ જેવા ભારતીય શહેરો ગ્રીન હાઈડ્રોજન પેદા કરવા માટે ગંદાપાણીના ઉપયોગમાં એક ઉદાહરણ સ્થાપિત કરી શકે છે.

એવું માનવામાં આવી રહ્યું છે કે, કુદરતી હાઈડ્રોજન પૃથ્વીના ઊંડા ભાગોમાં ઉત્પન્ન થઈ શકે છે. જે ઊર્જા વાહક તરીકે ઊર્જા પ્રણાલીને ડીકાર્બોનાઈઝ કરવામાં નોંધપાત્ર ભૂમિકા ભજવી શકે છે. જો કે આ ઈંધણના ઉત્પાદન, સંગ્રહ અને ટ્રાન્સમિશનમાં ટેકોનોલોજીની વૈવિધ્યતા મોટી ભૂમિકા ભજવી શકે છે.