हरित हाइड्रोजन की समझ: परिभाषा और मुख्य विभेदक

हरे हाइड्रोजन क्या है?

हरित हाइड्रोजन का उत्पादन तब होता है जब हम इलेक्ट्रोलिसिस नामक प्रक्रिया के माध्यम से जल अणुओं को विघटित करते हैं, लेकिन केवल तभी जब आवश्यक बिजली की आपूर्ति सौर ऊर्जा या पवन जैसे नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों द्वारा की जा रही हो। मूल रूप से, इसका अर्थ है पानी (H₂O) के माध्यम से विद्युत प्रवाह चलाकर उसे हाइड्रोजन गैस और ऑक्सीजन में तोड़ देना, जिससे प्रक्रिया में पूरी तरह से कार्बन डाइऑक्साइड का उत्सर्जन नहीं होता। हाइड्रोजन प्राप्त करने के पारंपरिक तरीके इतने स्वच्छ नहीं होते, जो अक्सर जीवाश्म ईंधन पर निर्भर रहते हैं। इसीलिए पिछले वर्ष HERO Future Energies के हालिया शोध के अनुसार, कई विशेषज्ञ हरित हाइड्रोजन को वैश्विक स्तर पर ग्रीनहाउस गैसों को कम करने के लिए वास्तव में महत्वपूर्ण मानते हैं।

हरित हाइड्रोजन का धूसर और नीली हाइड्रोजन से अंतर

• ग्रे हाइड्रोजन : भाप मीथेन सुधारण के माध्यम से प्राकृतिक गैस से प्राप्त, प्रति किलोग्राम हाइड्रोजन पर 10-12 किग्रा CO उत्सर्जित करता है।
• नीली हाइड्रोजन : इसमें उत्सर्जन को लगभग 50% तक कम करने के लिए कार्बन कैप्चर और स्टोरेज (CCS) को शामिल करते हुए समान जीवाश्म ईंधन आधार का उपयोग किया जाता है।
• हरित हाइड्रोजन : पूरी इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया को नवीकरणीय ऊर्जा द्वारा संचालित किए जाने के कारण इसका सीधा उत्सर्जन नहीं होता है।

जबकि ग्रे हाइड्रोजन वर्तमान उत्पादन का 95% हिस्सा बनाती है, ग्रीन हाइड्रोजन के जीवनचक्र उत्सर्जन नील हाइड्रोजन की तुलना में भी 75-90% कम होते हैं (विजुअलाइज़िंग एनर्जी, 2024)।

ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादन में नवीकरणीय ऊर्जा की महत्वपूर्ण भूमिका

हरित हाइड्रोजन का काम बिना नवीकरणीय ऊर्जा के समर्थन के संभव नहीं है। इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया को पारंपरिक विधियों की तुलना में लगभग चार गुना अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, इसलिए उत्पादन को सौर पैनलों या पवन फार्मों से सीधे जोड़ना स्थायी रूप से उत्पादन को बढ़ाने की बात आने पर बहुत अंतर लाता है। इसे संख्याओं में देखें: एक किलोग्राम हरित हाइड्रोजन उत्पादन में लगभग पचास किलोवाट-घंटे की स्वच्छ बिजली की आवश्यकता होती है। यह बहुत लग सकता है, लेकिन यहाँ वास्तविक प्रगति देखी जा रही है क्योंकि पिछले दशक में सौर पैनलों की कीमतों में भारी गिरावट आई है, अकेले 2010 के बाद से लगभग नब्बे प्रतिशत की कमी आई है। भावी संभावनाओं पर विचार करते हुए, विशेषज्ञों का मानना है कि आधी सदी के भीतर हरित हाइड्रोजन विश्व स्तर पर वर्तमान में जीवाश्म ईंधन से प्राप्त होने वाली 15 से 20 प्रतिशत ऊर्जा को अंततः अपने अधिग्रहण में ले सकता है।

हरित हाइड्रोजन उत्पादन: इलेक्ट्रोलिसिस, प्रौद्योगिकियाँ और वैश्विक क्षमता

इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से हरित हाइड्रोजन का उत्पादन प्रक्रिया

हरित हाइड्रोजन का उत्पादन एक ऐसी प्रक्रिया के माध्यम से होता है जिसे विद्युत अपघटन कहा जाता है, मूल रूप से विद्युत के आवेदन के दौरान पानी के अणुओं (H2O) को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन गैसों में तोड़ना। यहाँ दक्षता दर में काफी भिन्नता होती है, लगभग 70% से लेकर 90% तक, और यह पूरी तरह से इस बात पर निर्भर करता है कि वे किस प्रकार की विद्युत अपघटन प्रणाली का उपयोग कर रहे हैं। इस पूरी प्रक्रिया को ठीक से काम करने के लिए हमें शुद्ध पानी और निरंतर बिजली आपूर्ति की आवश्यकता होती है। अधिकांश वर्तमान स्थापनाएँ खपत किए गए प्रत्येक पचास किलोवाट घंटे बिजली के लिए लगभग एक किलोग्राम हाइड्रोजन उत्पन्न करेंगी। अन्य औद्योगिक प्रक्रियाओं में ऊर्जा के इतने उपयोग को देखते हुए यह बुरा नहीं है।

विद्युत अपघटनी के प्रकार: PEM, क्षारीय और ठोस ऑक्साइड

कम लागत के कारण मौजूदा परियोजनाओं में एल्कलाइन इलेक्ट्रोलाइज़र प्रभावी हैं, जबकि पीईएम सिस्टम चर नवीकरणीय ऊर्जा अनुप्रयोगों में लोकप्रियता हासिल कर रहे हैं।

स्थायी उत्पादन के लिए सौर और पवन ऊर्जा के साथ एकीकरण

नवीकरणीय ऊर्जा के एकीकरण से हरित हाइड्रोजन के सबसे बड़े लागत घटक: ऊर्जा आदान को संबोधित किया जाता है। सौर और पवन ऊर्जा अब उत्पादन लागत को कम करके $3-4/किग्रा (2024 के अनुमान), 2018 के $6/किग्रा से कम कर दिया गया है। उच्च विकिरण और हवादार क्षेत्रों में स्थित सुविधाएं संकर प्रणाली , सौर पैनलों को पवन टर्बाइनों के साथ जोड़कर 24/7 संचालन सुनिश्चित करती हैं।

वर्तमान वैश्विक उत्पादन क्षमता और प्रमुख देश

वैश्विक हरित हाइड्रोजन उत्पादन 2024 में 1.2 मिलियन मेट्रिक टन से अधिक हो गया, जो 2022 के बाद से 50% की वृद्धि है। इस क्षमता का 80% से अधिक मध्य पूर्व, ऑस्ट्रेलिया और उत्तरी यूरोप में ध्वजा परियोजनाओं से आता है, जिसे वैश्विक निवेश के 500 बिलियन डॉलर द्वारा समर्थन प्राप्त है।

हरित हाइड्रोजन उत्पादन के स्केलिंग में चुनौतियाँ

स्केलिंग के सामने बाधाएँ हैं, जैसे हाइड्रोजन के प्रति किलोग्राम पर 9 लीटर शुद्ध जल , जिसके लिए उन्नत अलवणीकरण बुनियादी ढांचे की आवश्यकता होती है। पीईएम इलेक्ट्रोलाइज़र में उपयोग की जाने वाली इरीडियम जैसी दुर्लभ सामग्री के लिए आपूर्ति श्रृंखला में बाधाएँ और सीमित हाइड्रोजन पाइपलाइनें अपनाने में आगे होने वाली देरी को और बढ़ा देती हैं। इन बाधाओं के बावजूद, 2030 के लिए लागत अनुमान 1.50 डॉलर/किग्रा औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए त्वरित व्यवहार्यता का संकेत देते हैं।

हरित हाइड्रोजन के पर्यावरणीय और आर्थिक लाभ

उत्पादन और उपयोग के दौरान शून्य कार्बन उत्सर्जन

हरित हाइड्रोजन उत्पादन में शून्य कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन होता है जब ग्रे हाइड्रोजन के मीथेन सुधार से विपरीत, अक्षय ऊर्जा से संचालित इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग किया जाता है। ईंधन सेल या औद्योगिक प्रक्रियाओं में आवेदन के माध्यम से यह स्वच्छ ऊर्जा वाहक अपनी कार्बन-तटस्थ स्थिति बनाए रखता है, जो प्रत्येक जीवन चक्र के चरण में उत्सर्जन को समाप्त कर देता है।

वायु प्रदूषण और ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन में कमी

परिवहन और विनिर्माण में ग्रीन हाइड्रोजन के साथ जीवाश्म ईंधन को बदलने से नाइट्रोजन ऑक्साइड (NOx) में 45% तक और सल्फर ऑक्साइड (SOx) में 92% तक की कमी आती है, जिससे शहरी वायु गुणवत्ता में महत्वपूर्ण सुधार होता है।

जीवन चक्र विश्लेषण: ग्रीन हाइड्रोजन का पर्यावरणीय प्रभाव

2023 के एक तुलनात्मक अध्ययन में पाया गया कि ग्रीन हाइड्रोजन के जीवन चक्र के उत्सर्जन हैं प्राकृतिक गैस आधारित प्रणालियों की तुलना में 96% कम अपतटीय पवन ऊर्जा के उपयोग के समय। जल उपभोग कोयला-हाइड्रोजन विधियों की तुलना में 30% कम बना रहता है।

अक्षय ऊर्जा और हाइड्रोजन क्षेत्रों में रोजगार सृजन

हरित हाइड्रोजन मूल्य श्रृंखला के वैश्विक स्तर पर 2035 तक 2.3 मिलियन नौकरियां सृजित करने की संभावना है , विशेष रूप से इलेक्ट्रोलाइज़र निर्माण और सौर-पवन संकर फार्मों में। जर्मनी और ऑस्ट्रेलिया जैसे देश पहले से ही हाइड्रोजन से संबंधित भूमिकाओं में वार्षिक कार्यबल वृद्धि के 12-15% की रिपोर्ट कर रहे हैं।

निवेश प्रवृत्तियां और लागत में गिरावट

2015 के बाद से इलेक्ट्रोलाइज़र लागत में 60% की गिरावट आई है, और हरित हाइड्रोजन उत्पादन की लागत 2030 तक 1.50 डॉलर/किग्रा तक पहुंचने का अनुमान है— जो 2022 के मूल्यों की तुलना में 75% कमी से कम है। 2023 में वैश्विक निवेश 320 बिलियन डॉलर से अधिक पहुंच गया, जो 48 राष्ट्रीय हाइड्रोजन रणनीतियों में सार्वजनिक-निजी साझेदारियों द्वारा संचालित है।

ऊर्जा स्वतंत्रता और भू-राजनीतिक लाभ

स्थानीय स्तर पर उत्पादित ग्रीन हाइड्रोजन की ओर बदलाव यूरोपीय संघ के देशों की ऊर्जा आयात लागत में प्रति वर्ष 110 बिलियन डॉलर की कमी कर सकता है, साथ ही जीवाश्म ईंधन बाजार की अस्थिरता के कारण आपूर्ति श्रृंखला में व्यवधान को कम कर सकता है।

औद्योगिक अनुप्रयोग और तकनीकी प्रगति

इस्पात और अमोनिया जैसे कठिन-उत्सर्जन उद्योगों में डीकार्बोनाइजेशन को सक्षम बनाना

हरित हाइड्रोजन की ओर परिवर्तन उन उद्योगों में लहरें पैदा कर रहा है जो लंबे समय से जीवाश्म ईंधन पर निर्भर थे। उदाहरण के लिए इस्पात निर्माण को लें, जो आईआरईएनए की 2023 की रिपोर्ट के अनुसार, वैश्विक स्तर पर सभी CO2 उत्सर्जन का लगभग 7% का योगदान देता है। जब कंपनियां पारंपरिक कोयला विधियों को हाइड्रोजन आधारित प्रत्यक्ष अपचयन तकनीकों से बदल देती हैं, तो वे प्रत्येक बनाए गए इस्पात के टन के लिए उत्सर्जन में लगभग 95% की कमी करने में सफल होती हैं। और यह केवल इस्पात तक ही सीमित नहीं है। अमोनिया उत्पादक जो प्राकृतिक गैस से हरित हाइड्रोजन में परिवर्तन करते हैं, वे प्रत्येक बनाए गए अमोनिया के टन के लिए लगभग 1.8 टन CO2 कटौती कर देते हैं। ये आंकड़े केवल कागज पर ही शानदार नहीं हैं, बल्कि वे दुनिया भर के कारखानों और संयंत्रों में अभी घट रहे वास्तविक परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करते हैं।

भारी ढाल-ढोल परिवहन और जहाज रवाना करने में हरित हाइड्रोजन

लंबी दूरी के ट्रकों और कार्गो जहाजों के लिए बैटरी सीमाओं पर काबू पाने के लिए हाइड्रोजन ईंधन सेल आगे आ रहे हैं, जो प्रति रीफ्यूल पर 600-800 किमी की रेंज प्रदान करते हैं। समुद्री परीक्षणों में दिखाया गया है कि पारंपरिक समुद्री डीजल की तुलना में हाइड्रोजन से चलने वाले जहाज नाइट्रोजन ऑक्साइड उत्सर्जन में 35% की कमी करते हैं।

ऊर्जा उत्पादन और आवासीय तापन में उपयोग

उपयोगिता कंपनियाँ मौजूदा पाइपलाइनों में प्राकृतिक गैस के साथ अधिकतम 20% हाइड्रोजन मिला रही हैं, जिसमें यूरोपीय पायलट परियोजनाओं ने संयुक्त ऊष्मा और बिजली प्रणालियों में कार्बन उत्सर्जन में 12% की कमी दिखाई है। जापान की ENE-FARM परियोजना ने 2020 के बाद से आवासीय उपयोग के लिए 460,000 हाइड्रोजन ईंधन सेल तैनात किए हैं।

भंडारण, परिवहन और ईंधन सेल तकनीकों में नवाचार

हाल की उन्नतियों में शामिल हैं:

• क्रायोजेनिक तरल हाइड्रोजन टैंक 97% भंडारण दक्षता प्राप्त कर रहे हैं
• सुरक्षित समुद्री परिवहन के लिए तरल कार्बनिक हाइड्रोजन वाहक
• ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल 65% विद्युत दक्षता प्राप्त कर रहे हैं (DOE 2023)

ग्रिड संतुलन और ऊर्जा भंडारण अनुप्रयोग

जर्मन हवा चलाने वाले फार्म अब पीक उत्पादन के दौरान अतिरिक्त ऊर्जा को हाइड्रोजन में बदलने के लिए 140 मेगावाट इलेक्ट्रोलाइज़र का उपयोग करते हैं, जिससे ग्रिड को स्थिर रखा जाता है और औद्योगिक उपयोग के लिए प्रति वर्ष 2,800 टन हाइड्रोजन का उत्पादन होता है।

हरित हाइड्रोजन के लिए वैश्विक अपनान और भविष्य की संभावना

दुनिया भर में उभरते बाजार और पायलट परियोजनाएं

दुनिया भर में हरित हाइड्रोजन बाजार इस समय अद्भुत गति से बढ़ रहे हैं, जिसमें पैंतीस से अधिक विभिन्न देशों में परीक्षण परियोजनाएं शुरू हो रही हैं। उदाहरण के लिए सऊदी अरब की NEOM परियोजना 2026 तक प्रतिदिन लगभग 650 टन स्वच्छ हाइड्रोजन बनाने की योजना बना रही है। ऑस्ट्रेलिया में एशियाई नवीकरणीय ऊर्जा हब के पास और भी बड़े लक्ष्य हैं, जो अगले दशक के अंत तक प्रति वर्ष 3.5 मिलियन टन का लक्ष्य रख रहा है। आर्थिक रूप से कम विकसित देश भी इस क्षेत्र में कदम रख रहे हैं। चिली और नामीबिया जैसे स्थानों में बहुत अधिक सौर और पवन ऊर्जा उपलब्ध है जो अभी तक उपयोग में नहीं आई है, इसलिए वे खुद को संभावित निर्यातक के रूप में स्थापित कर रहे हैं। केवल चिली की HIF ग्लोबल कंपनी 2040 के आसपास चौदह गीगावाट इलेक्ट्रोलाइज़र बनाने की योजना बना रही है। आगे देखें तो, अधिकांश अनुमान यह सुझाते हैं कि हम 2030 तक लगभग पचास मिलियन टन हरित हाइड्रोजन उत्पादन प्रति वर्ष तक पहुंच सकते हैं, जो 2023 में देखे गए आंकड़े का लगभग पांच गुना होगा।

अपनीकरण को तेज करने के लिए नीति समर्थन और अंतर्राष्ट्रीय सहयोग

दुनिया भर में नीति निर्माता अपनी हाइड्रोजन रणनीतियों को प्रारंभ करने के लिए अधिक कठोरता से प्रयास कर रहे हैं। यूरोपीय संघ ने अपनी हाइड्रोजन रणनीति के लिए एक महत्वाकांक्षी लक्ष्य निर्धारित किया है, जिसमें 2030 तक अपनी सीमाओं के भीतर कम से कम 10 मिलियन टन हरित हाइड्रोजन का उत्पादन करना शामिल है। यह लक्ष्य कुछ काफी उदार प्रोत्साहनों के साथ आता है, जैसे अमेरिका के मुद्रास्फीति कमी अधिनियम में शामिल 3 डॉलर प्रति किलोग्राम का कर छूट। इस बीच प्रशांत महासागर के दूसरी ओर, जापान पूरी तरह से अलग दृष्टिकोण अपना रहा है। उनकी बुनियादी हाइड्रोजन रणनीति विशाल घरेलू उत्पादन सुविधाओं के निर्माण के बजाय ऑस्ट्रेलिया और ब्रुनेई जैसे स्थानों से आपूर्ति लाने पर केंद्रित है। अंतरराष्ट्रीय सहयोग भी तेजी पकड़ रहा है, जिसमें जी7 हाइड्रोजन एक्शन पैक्ट जैसे समूह अफ्रीका ग्रीन हाइड्रोजन एलायंस जैसे संगठनों के साथ घनिष्ठ रूप से काम कर रहे हैं। इन सहयोगों का उद्देश्य राष्ट्रीय सीमाओं से परे फैली बुनियादी सुविधाओं का निर्माण करना है, जो अंततः उत्पादन लागत को कम करने में मदद करेगा, ताकि इस दशक के अंत तक बड़े पैमाने पर संचालन के कारण कीमतें 1.50 डॉलर प्रति किलोग्राम से नीचे आ सकें।

बुनियादी ढांचे की कमियों और उद्योग चुनौतियों पर काबू पाना

अंतर्राष्ट्रीय नवीकरणीय ऊर्जा एजेंसी (IRENA) यहाँ एक काफी बड़ी समस्या के बारे में बात कर रही है। उनके अनुमान के अनुसार, 2030 तक उत्पादन सुविधाओं, पाइपलाइनों और ईंधन भरने के स्टेशनों के लिए आवश्यक बुनियादी ढांचे में लगभग 1.5 ट्रिलियन डॉलर की कमी होगी। अभी भी अधिकांश कंपनियों के लिए इलेक्ट्रोलाइज़र बहुत महंगे हैं, लेकिन स्थिति में सुधार हो रहा है। 2018 के बाद से कीमतों में काफी कमी आई है, अब क्षारीय प्रणालियों के लिए यह लगभग 800 डॉलर प्रति किलोवाट तक गिरकर एक तिहाई तक पहुँच गई है। क्षेत्र के प्रमुख खिलाड़ी क्रायोजेनिक तरल हाइड्रोजन और अमोनिया के माध्यम से परिवहन जैसी कुछ शानदार तकनीक का उपयोग करके भंडारण संबंधी समस्याओं पर काम कर रहे हैं। मानकों के साथ सभी को एक साथ लाना भी महत्वपूर्ण है। यूरोपीय संघ के पास उत्पत्ति की गारंटी प्रणाली है, जिसे COP28 में पिछले साल निर्धारित 2050 तक शुद्ध शून्य लक्ष्यों की ओर वास्तविक प्रगति के लिए व्यापक अपनाने की आवश्यकता है। और यह भी न भूलें कि इन हरित ईंधनों को सीमाओं के पार कुशलता से ले जाने के लिए बंदरगाहों का विस्तार करना है।

पूछे जाने वाले प्रश्न

हरे हाइड्रोजन क्या है?

हरित हाइड्रोजन का उत्पादन पवन या सौर ऊर्जा जैसे नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों का उपयोग करके इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया के माध्यम से किया जाता है, जिसमें पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में अलग किया जाता है, बिना कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जित किए।

हरित हाइड्रोजन अन्य प्रकार की हाइड्रोजन से कैसे भिन्न है?

हरित हाइड्रोजन धूसर और नीली हाइड्रोजन से इसलिए भिन्न है क्योंकि इसके उत्पादन में सीधे कार्बन उत्सर्जन नहीं होता। धूसर हाइड्रोजन प्राकृतिक गैस से उत्पादित की जाती है और CO2 उत्सर्जित करती है, जबकि नीली हाइड्रोजन इन उत्सर्जन को कम करने के लिए कार्बन कैप्चर और स्टोरेज (CCS) का उपयोग करती है।

हरित हाइड्रोजन उत्पादन में नवीकरणीय ऊर्जा की क्या भूमिका है?

हरित हाइड्रोजन उत्पादन में नवीकरणीय ऊर्जा आवश्यक है क्योंकि यह इलेक्ट्रोलिसिस के लिए आवश्यक बिजली प्रदान करती है बिना ग्रीनहाउस गैसों का उत्सर्जन किए।

हरित हाइड्रोजन उत्पादन में वृद्धि करने में मुख्य चुनौतियाँ क्या हैं?

कुछ मुख्य चुनौतियों में उत्पादन के लिए उच्च ऊर्जा आवश्यकताएँ, बड़े पैमाने पर नवीकरणीय ऊर्जा बुनियादी ढांचे की आवश्यकता, और इलेक्ट्रोलाइज़र में उपयोग की जाने वाली दुर्लभ सामग्री के लिए आपूर्ति श्रृंखला के मुद्दे शामिल हैं।

हरित हाइड्रोजन का उपयोग करने के आर्थिक लाभ हैं?

हां, हरित हाइड्रोजन अक्षय ऊर्जा और हाइड्रोजन क्षेत्रों में रोजगार सृजित कर सकता है, वायु प्रदूषण कम कर सकता है, ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन में कमी ला सकता है, और जीवाश्म ईंधन के आयात पर निर्भरता कम करके ऊर्जा स्वतंत्रता प्रदान कर सकता है।