पूरी दुनिया के लिए जलवायु परिवर्तन और ऊर्जा, ये दो ऐसे मुद्दे हैं, जिन पर हर देश विचार कर रहा है. जलवायु परिवर्तन को देखते हुए, कई देश जीवाश्म ईंधन के इस्तेमाल को कम करने के लिए वैकल्पिक ईंधन हाइड्रोजन के इस्तेमाल पर काम कर रहे हैं. लेकिन इसे भी इस्तेमाल करने में कई चुनौतियां हैं.
भविष्य का ईंधन हाइड्रोजन (फोटो - Getty Images)
हैदराबाद: जलवायु परिवर्तन और ऊर्जा दो परस्पर संबंधित प्रमुख मुद्दे हैं, जिनसे आधुनिक समाज जूझ रहा है. जीवाश्म ईंधन के दहन - पारंपरिक ऊर्जा स्रोत - कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ते हैं - एक प्रमुख ग्रीनहाउस गैस जो गर्मी को रोकती है, जिससे पृथ्वी का तापमान बढ़ता है. पृथ्वी के वायुमंडल में ग्रीनहाउस गैसों की सांद्रता पिछले 2 मिलियन वर्षों में उच्चतम स्तर पर है.
जलवायु परिवर्तन पर अंतर सरकारी पैनल द्वारा जारी 2022 जलवायु रिपोर्ट कहती है कि 'दीर्घकालिक रूप से ग्लोबल वार्मिंग को रोकने के लिए, कम से कम, यह आवश्यक है कि मानवीय गतिविधियों से कोई अतिरिक्त CO2 उत्सर्जन वातावरण में न जोड़ा जाए (यानी, CO2 उत्सर्जन 'शुद्ध शून्य' तक पहुँचना चाहिए).
यह देखते हुए कि CO2 उत्सर्जन वैश्विक जलवायु पर प्रमुख मानव प्रभाव का गठन करता है, वैश्विक शुद्ध शून्य CO2 किसी भी स्तर पर वार्मिंग को स्थिर करने के लिए एक शर्त है. उभरते जलवायु संबंधी खतरे दुनिया को हरित ऊर्जा विकल्प विकसित करने के लिए मजबूर करते हैं. विकल्पों में से हाइड्रोजन हरित ऊर्जा के स्रोत के रूप में उभर रहा है. हालांकि, व्यावसायिक पैमाने की मांग को पूरा करने के लिए हाइड्रोजन उत्पादन की एक कुशल विधि को सूचीबद्ध करना चुनौती है.
हाइड्रोजन का उपयोग पारंपरिक रूप से पेट्रोलियम शोधन कार्यों और उर्वरक उत्पादों के एक घटक के रूप में किया जाता रहा है. 'ग्रे हाइड्रोजन' के रूप में संदर्भित, इस प्रकार का हाइड्रोजन जलवायु-अनुकूल नहीं है, क्योंकि इसे प्राकृतिक गैस को परिष्कृत करके जीवाश्म ईंधन से प्राप्त किया जाता है. वर्तमान में वैश्विक स्तर पर उद्योग द्वारा प्रतिवर्ष उपयोग किए जाने वाले 70 मिलियन टन हाइड्रोजन में से अधिकांश जीवाश्म ईंधन से प्राप्त होता है, जो इसे एक बड़ा कार्बन पदचिह्न देता है.
हाल ही में, नवीकरणीय स्रोतों से उत्पादित 'हरित हाइड्रोजन' पर ध्यान बढ़ा दिया गया है. शोध से पता चलता है कि जल-विभाजन इलेक्ट्रोलिसिस हरित हाइड्रोजन का उत्पादन करने की एक कुशल विधि है. संयुक्त राज्य अमेरिका, जर्मनी, दक्षिण कोरिया, चीन, जापान और भारत जैसे देश अब सौर ऊर्जा और पवन जैसे कम कार्बन ऊर्जा स्रोतों से उत्पादित हरित हाइड्रोजन पैदा करने वाले स्टार्ट-अप स्थापित करने के लिए कमर कस रहे हैं.
भारत सरकार ने जनवरी 2023 में 19,744 करोड़ रुपये के बजट आवंटन के साथ राष्ट्रीय हरित हाइड्रोजन मिशन को मंजूरी दी. मिशन का लक्ष्य भारत को वैश्विक स्तर पर ग्रीन हाइड्रोजन का एक प्रमुख उत्पादक और आपूर्तिकर्ता बनाना है. मिशन का लक्ष्य 2030 तक लगभग 125 गीगावॉट की संबद्ध नवीकरणीय ऊर्जा क्षमता के साथ प्रति वर्ष कम से कम 5 एमएमटी (मिलियन मीट्रिक टन) हरित हाइड्रोजन क्षमता स्थापित करना है.
हाइड्रोजन उत्पादन प्रक्रिया अपने आप में सरल है. पानी (H2O) के अणुओं को गैसीय H2 (हाइड्रोजन) और O2 (ऑक्सीजन) में विभाजित करके हाइड्रोजन बनाया जाता है. फिर हाइड्रोजन को उचित रूप से बनाए गए भंडारण क्षेत्रों में पाइप से भेजा जा सकता है. डीकार्बोनाइजिंग अर्थव्यवस्था में ऊर्जा वाहक के रूप में हाइड्रोजन की भूमिका को बढ़ाते हुए, 14 दिसंबर 2023 को नेचर जर्नल में प्रकाशित एक आउटलुक लेख में पीटर फेयरली ने हाइड्रोजन जलाने वाले पौधों के एक बड़े हाइड्रोलॉजिकल पदचिह्न का सवाल उठाया है.
वही लेख एक बैक-ऑफ-द-एनवलप गणना प्रस्तुत करता है कि सूचित करता है कि प्रत्येक किलोग्राम हाइड्रोजन (H2) अणुओं को H2O के इलेक्ट्रोलिसिस के लिए 9 लीटर पानी की आवश्यकता होती है और प्रति किलोग्राम H2 के शुद्धिकरण के लिए अतिरिक्त 15 लीटर पानी की खपत होगी. लेकिन हाइड्रोलॉजिकल पदचिह्न यहीं समाप्त नहीं होते हैं. लेख इस तथ्य की ओर इशारा करता है कि यदि फोटो-वोल्टाइक कोशिकाओं और पवन टर्बाइनों सहित सौर पैनलों के निर्माण चरणों में उपयोग किए जाने वाले पानी का हिसाब लगाया जाए तो हरित हाइड्रोजन का जल पदचिह्न बढ़ जाता है.
यद्यपि समुद्री जल हाइड्रोजन का एक असीमित स्रोत प्रदान करता है, लेकिन उत्पादन प्रक्रियाओं के लिए अलवणीकरण संयंत्रों की आवश्यकता होती है, जिससे गंभीर पर्यावरणीय प्रभावों की संभावना बढ़ जाती है. अलवणीकरण संयंत्र समुद्री जल से ताजा पानी निकालते हैं और उपचारित रसायनों के साथ बचे हुए नमकीन पानी को वापस समुद्र में फेंक दिया जाता है, जिससे समुद्री जल का रसायन बदल जाता है और मछली सहित समुद्री जीवन नष्ट हो जाता है.
अत्यधिक नमकीन नमकीन पानी उनकी कोशिकाओं को निर्जलित करता है और उन्हें मार देता है. वर्तमान में, अलवणीकरण क्षमता का लगभग 50 प्रतिशत भूमि से घिरे फारस की खाड़ी के आसपास केंद्रित है. यह अनुमान लगाया गया है कि जलवायु परिवर्तन के साथ संयोजन में अलवणीकरण से 2050 तक खाड़ी भर में तटीय जल का तापमान कम से कम 3 डिग्री सेल्सियस बढ़ जाएगा, जैसा कि समुद्री प्रदूषण बुलेटिन के दिसंबर 2021 अंक में प्रकाशित एक पेपर में भविष्यवाणी की गई थी.
जलवायु परिवर्तन के संकेत क्षेत्र में असामयिक भारी बारिश और अचानक बाढ़ के रूप में पहले से ही दिखाई दे रहे हैं. 21 अप्रैल 2024 को सीएनएन द्वारा अपनी साइट पर प्रकाशित एक ब्लॉग में सिंगापुर के पश्चिमी तट पर हवा और समुद्री जल से कार्बन डाइऑक्साइड को बदलने की प्रक्रिया में एक संयंत्र बनाने की अमेरिका-आधारित स्टार्टअप की महत्वाकांक्षी योजनाओं को दिखाया गया है, जो हरित हाइड्रोजन का उत्पादन करेगा.
संयंत्र निर्माता समुद्री जल को पंप करके इसे एक विद्युत क्षेत्र के माध्यम से चलाकर इसे एक साथ अम्लीय और क्षारीय तरल पदार्थ और दो गैसों: हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में अलग करने की उम्मीद कर रहे हैं.
समुद्री जल के पीएच को सामान्य करने के लिए अम्लीय पानी को कुचली हुई चट्टानों के साथ मिलाया जाता है और इसे वापस समुद्र में भेज दिया जाता है. पंखे क्षारीय तरल के माध्यम से हवा को प्रवाहित करेंगे जो कार्बन डाइऑक्साइड को ठोस कैल्शियम कार्बोनेट जैसी सामग्री बनाने के लिए प्रेरित करता है, जिससे सीपियां बनती हैं. यह हजारों वर्षों तक समुद्री जल से अतिरिक्त कार्बन को रोकने में मदद करता है. परियोजना के नेता इसे न केवल हरित हाइड्रोजन का उत्पादन करने बल्कि समुद्र को कम अम्लीय बनाने का एक आशाजनक तरीका मानते हैं. हालांकि, आलोचकों का मानना है कि यह प्रक्रिया समुद्री रसायन विज्ञान के नाजुक संतुलन को बिगाड़ सकती है, क्योंकि यह अधिक क्षारीय हो जाता है.
यदि उत्साही लोग हरित हाइड्रोजन के लिए अपशिष्ट जल का दोहन करते हैं, तो कुछ शोधकर्ता संभावित पर्यावरणीय लाभ की आशा करते हैं. उनमें से कई लोग सोचते हैं कि हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को विभाजित करने के लिए पुनर्नवीनीकृत अपशिष्ट जल में अधिक प्रयास करने से हरित ऊर्जा का उत्पादन करते हुए जल संरक्षण में काफी मदद मिलेगी. उनका सुझाव है कि नई इलेक्ट्रोलिसिस तकनीक और इंजीनियरिंग एकीकरण हरित हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का उत्पादन करने के लिए अपशिष्ट जल के गैर-पारंपरिक उपयोग की लागत को कम करने में सक्षम होना चाहिए.
यह अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र बन गया है जो न केवल हरित हाइड्रोजन का मुद्रीकरण करता है, बल्कि उपोत्पाद के रूप में ऑक्सीजन भी प्राप्त करता है, जिसका उपयोग अपशिष्ट खाने वाले रोगाणुओं को बनाए रखने के लिए किया जा सकता है. वर्तमान में, अपशिष्ट जल संयंत्र पंप की गई हवा का उपयोग करते हैं और ऑक्सीजन का उपयोग करके तेजी से अपशिष्ट पाचन सुनिश्चित किया जाएगा.
बताया जाता है कि सिडनी के नगरपालिका जल प्राधिकरण और सिडनी विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने गणना की है कि शहर के 13.7 गीगालीटर प्रति वर्ष अप्रयुक्त अपशिष्ट से प्रति वर्ष 0.88 मेगाटन हरित हाइड्रोजन प्राप्त हो सकता है. बेंगलुरु जैसे भारतीय शहर हरित हाइड्रोजन उत्पन्न करने के लिए अपशिष्ट जल के उपयोग में एक उदाहरण स्थापित कर सकते हैं.
ऐसा माना जाता है कि हाइड्रोजन, जिसमें प्राकृतिक हाइड्रोजन भी शामिल है, जो पृथ्वी के गहरे हिस्सों में हो सकता है, एक ऊर्जा वाहक के रूप में, ऊर्जा प्रणाली को डीकार्बोनाइजिंग करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है, लेकिन इस ईंधन के उत्पादन, भंडारण और संचरण में प्रभावकारिता प्रौद्योगिकियों की बहुमुखी प्रतिभा पर निर्भर करती है.
हैदराबाद: जलवायु परिवर्तन और ऊर्जा दो परस्पर संबंधित प्रमुख मुद्दे हैं, जिनसे आधुनिक समाज जूझ रहा है. जीवाश्म ईंधन के दहन - पारंपरिक ऊर्जा स्रोत - कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ते हैं - एक प्रमुख ग्रीनहाउस गैस जो गर्मी को रोकती है, जिससे पृथ्वी का तापमान बढ़ता है. पृथ्वी के वायुमंडल में ग्रीनहाउस गैसों की सांद्रता पिछले 2 मिलियन वर्षों में उच्चतम स्तर पर है.
जलवायु परिवर्तन पर अंतर सरकारी पैनल द्वारा जारी 2022 जलवायु रिपोर्ट कहती है कि 'दीर्घकालिक रूप से ग्लोबल वार्मिंग को रोकने के लिए, कम से कम, यह आवश्यक है कि मानवीय गतिविधियों से कोई अतिरिक्त CO2 उत्सर्जन वातावरण में न जोड़ा जाए (यानी, CO2 उत्सर्जन 'शुद्ध शून्य' तक पहुँचना चाहिए).
यह देखते हुए कि CO2 उत्सर्जन वैश्विक जलवायु पर प्रमुख मानव प्रभाव का गठन करता है, वैश्विक शुद्ध शून्य CO2 किसी भी स्तर पर वार्मिंग को स्थिर करने के लिए एक शर्त है. उभरते जलवायु संबंधी खतरे दुनिया को हरित ऊर्जा विकल्प विकसित करने के लिए मजबूर करते हैं. विकल्पों में से हाइड्रोजन हरित ऊर्जा के स्रोत के रूप में उभर रहा है. हालांकि, व्यावसायिक पैमाने की मांग को पूरा करने के लिए हाइड्रोजन उत्पादन की एक कुशल विधि को सूचीबद्ध करना चुनौती है.
हाइड्रोजन का उपयोग पारंपरिक रूप से पेट्रोलियम शोधन कार्यों और उर्वरक उत्पादों के एक घटक के रूप में किया जाता रहा है. 'ग्रे हाइड्रोजन' के रूप में संदर्भित, इस प्रकार का हाइड्रोजन जलवायु-अनुकूल नहीं है, क्योंकि इसे प्राकृतिक गैस को परिष्कृत करके जीवाश्म ईंधन से प्राप्त किया जाता है. वर्तमान में वैश्विक स्तर पर उद्योग द्वारा प्रतिवर्ष उपयोग किए जाने वाले 70 मिलियन टन हाइड्रोजन में से अधिकांश जीवाश्म ईंधन से प्राप्त होता है, जो इसे एक बड़ा कार्बन पदचिह्न देता है.
हाल ही में, नवीकरणीय स्रोतों से उत्पादित 'हरित हाइड्रोजन' पर ध्यान बढ़ा दिया गया है. शोध से पता चलता है कि जल-विभाजन इलेक्ट्रोलिसिस हरित हाइड्रोजन का उत्पादन करने की एक कुशल विधि है. संयुक्त राज्य अमेरिका, जर्मनी, दक्षिण कोरिया, चीन, जापान और भारत जैसे देश अब सौर ऊर्जा और पवन जैसे कम कार्बन ऊर्जा स्रोतों से उत्पादित हरित हाइड्रोजन पैदा करने वाले स्टार्ट-अप स्थापित करने के लिए कमर कस रहे हैं.
भारत सरकार ने जनवरी 2023 में 19,744 करोड़ रुपये के बजट आवंटन के साथ राष्ट्रीय हरित हाइड्रोजन मिशन को मंजूरी दी. मिशन का लक्ष्य भारत को वैश्विक स्तर पर ग्रीन हाइड्रोजन का एक प्रमुख उत्पादक और आपूर्तिकर्ता बनाना है. मिशन का लक्ष्य 2030 तक लगभग 125 गीगावॉट की संबद्ध नवीकरणीय ऊर्जा क्षमता के साथ प्रति वर्ष कम से कम 5 एमएमटी (मिलियन मीट्रिक टन) हरित हाइड्रोजन क्षमता स्थापित करना है.
हाइड्रोजन उत्पादन प्रक्रिया अपने आप में सरल है. पानी (H2O) के अणुओं को गैसीय H2 (हाइड्रोजन) और O2 (ऑक्सीजन) में विभाजित करके हाइड्रोजन बनाया जाता है. फिर हाइड्रोजन को उचित रूप से बनाए गए भंडारण क्षेत्रों में पाइप से भेजा जा सकता है. डीकार्बोनाइजिंग अर्थव्यवस्था में ऊर्जा वाहक के रूप में हाइड्रोजन की भूमिका को बढ़ाते हुए, 14 दिसंबर 2023 को नेचर जर्नल में प्रकाशित एक आउटलुक लेख में पीटर फेयरली ने हाइड्रोजन जलाने वाले पौधों के एक बड़े हाइड्रोलॉजिकल पदचिह्न का सवाल उठाया है.
वही लेख एक बैक-ऑफ-द-एनवलप गणना प्रस्तुत करता है कि सूचित करता है कि प्रत्येक किलोग्राम हाइड्रोजन (H2) अणुओं को H2O के इलेक्ट्रोलिसिस के लिए 9 लीटर पानी की आवश्यकता होती है और प्रति किलोग्राम H2 के शुद्धिकरण के लिए अतिरिक्त 15 लीटर पानी की खपत होगी. लेकिन हाइड्रोलॉजिकल पदचिह्न यहीं समाप्त नहीं होते हैं. लेख इस तथ्य की ओर इशारा करता है कि यदि फोटो-वोल्टाइक कोशिकाओं और पवन टर्बाइनों सहित सौर पैनलों के निर्माण चरणों में उपयोग किए जाने वाले पानी का हिसाब लगाया जाए तो हरित हाइड्रोजन का जल पदचिह्न बढ़ जाता है.
यद्यपि समुद्री जल हाइड्रोजन का एक असीमित स्रोत प्रदान करता है, लेकिन उत्पादन प्रक्रियाओं के लिए अलवणीकरण संयंत्रों की आवश्यकता होती है, जिससे गंभीर पर्यावरणीय प्रभावों की संभावना बढ़ जाती है. अलवणीकरण संयंत्र समुद्री जल से ताजा पानी निकालते हैं और उपचारित रसायनों के साथ बचे हुए नमकीन पानी को वापस समुद्र में फेंक दिया जाता है, जिससे समुद्री जल का रसायन बदल जाता है और मछली सहित समुद्री जीवन नष्ट हो जाता है.
अत्यधिक नमकीन नमकीन पानी उनकी कोशिकाओं को निर्जलित करता है और उन्हें मार देता है. वर्तमान में, अलवणीकरण क्षमता का लगभग 50 प्रतिशत भूमि से घिरे फारस की खाड़ी के आसपास केंद्रित है. यह अनुमान लगाया गया है कि जलवायु परिवर्तन के साथ संयोजन में अलवणीकरण से 2050 तक खाड़ी भर में तटीय जल का तापमान कम से कम 3 डिग्री सेल्सियस बढ़ जाएगा, जैसा कि समुद्री प्रदूषण बुलेटिन के दिसंबर 2021 अंक में प्रकाशित एक पेपर में भविष्यवाणी की गई थी.
जलवायु परिवर्तन के संकेत क्षेत्र में असामयिक भारी बारिश और अचानक बाढ़ के रूप में पहले से ही दिखाई दे रहे हैं. 21 अप्रैल 2024 को सीएनएन द्वारा अपनी साइट पर प्रकाशित एक ब्लॉग में सिंगापुर के पश्चिमी तट पर हवा और समुद्री जल से कार्बन डाइऑक्साइड को बदलने की प्रक्रिया में एक संयंत्र बनाने की अमेरिका-आधारित स्टार्टअप की महत्वाकांक्षी योजनाओं को दिखाया गया है, जो हरित हाइड्रोजन का उत्पादन करेगा.
संयंत्र निर्माता समुद्री जल को पंप करके इसे एक विद्युत क्षेत्र के माध्यम से चलाकर इसे एक साथ अम्लीय और क्षारीय तरल पदार्थ और दो गैसों: हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में अलग करने की उम्मीद कर रहे हैं.
समुद्री जल के पीएच को सामान्य करने के लिए अम्लीय पानी को कुचली हुई चट्टानों के साथ मिलाया जाता है और इसे वापस समुद्र में भेज दिया जाता है. पंखे क्षारीय तरल के माध्यम से हवा को प्रवाहित करेंगे जो कार्बन डाइऑक्साइड को ठोस कैल्शियम कार्बोनेट जैसी सामग्री बनाने के लिए प्रेरित करता है, जिससे सीपियां बनती हैं. यह हजारों वर्षों तक समुद्री जल से अतिरिक्त कार्बन को रोकने में मदद करता है. परियोजना के नेता इसे न केवल हरित हाइड्रोजन का उत्पादन करने बल्कि समुद्र को कम अम्लीय बनाने का एक आशाजनक तरीका मानते हैं. हालांकि, आलोचकों का मानना है कि यह प्रक्रिया समुद्री रसायन विज्ञान के नाजुक संतुलन को बिगाड़ सकती है, क्योंकि यह अधिक क्षारीय हो जाता है.
यदि उत्साही लोग हरित हाइड्रोजन के लिए अपशिष्ट जल का दोहन करते हैं, तो कुछ शोधकर्ता संभावित पर्यावरणीय लाभ की आशा करते हैं. उनमें से कई लोग सोचते हैं कि हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को विभाजित करने के लिए पुनर्नवीनीकृत अपशिष्ट जल में अधिक प्रयास करने से हरित ऊर्जा का उत्पादन करते हुए जल संरक्षण में काफी मदद मिलेगी. उनका सुझाव है कि नई इलेक्ट्रोलिसिस तकनीक और इंजीनियरिंग एकीकरण हरित हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का उत्पादन करने के लिए अपशिष्ट जल के गैर-पारंपरिक उपयोग की लागत को कम करने में सक्षम होना चाहिए.
यह अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र बन गया है जो न केवल हरित हाइड्रोजन का मुद्रीकरण करता है, बल्कि उपोत्पाद के रूप में ऑक्सीजन भी प्राप्त करता है, जिसका उपयोग अपशिष्ट खाने वाले रोगाणुओं को बनाए रखने के लिए किया जा सकता है. वर्तमान में, अपशिष्ट जल संयंत्र पंप की गई हवा का उपयोग करते हैं और ऑक्सीजन का उपयोग करके तेजी से अपशिष्ट पाचन सुनिश्चित किया जाएगा.
बताया जाता है कि सिडनी के नगरपालिका जल प्राधिकरण और सिडनी विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने गणना की है कि शहर के 13.7 गीगालीटर प्रति वर्ष अप्रयुक्त अपशिष्ट से प्रति वर्ष 0.88 मेगाटन हरित हाइड्रोजन प्राप्त हो सकता है. बेंगलुरु जैसे भारतीय शहर हरित हाइड्रोजन उत्पन्न करने के लिए अपशिष्ट जल के उपयोग में एक उदाहरण स्थापित कर सकते हैं.
ऐसा माना जाता है कि हाइड्रोजन, जिसमें प्राकृतिक हाइड्रोजन भी शामिल है, जो पृथ्वी के गहरे हिस्सों में हो सकता है, एक ऊर्जा वाहक के रूप में, ऊर्जा प्रणाली को डीकार्बोनाइजिंग करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है, लेकिन इस ईंधन के उत्पादन, भंडारण और संचरण में प्रभावकारिता प्रौद्योगिकियों की बहुमुखी प्रतिभा पर निर्भर करती है.
