हाइड्रोजन

हाइड्रोजन खेल बदल सकता है। इसमें हरित ऊर्जा देने और जमा करने की ताकत है, जो दुनिया को बदल सकती है। इसका इस्तेमाल ट्रकों, जहाजों, विमानों और यहां तक कि शहरों को चलाने में हो सकता है। लेकिन हाइड्रोजन क्रांति को सच बनाने के लिए इंसानों को कई तकनीकी और आर्थिक चुनौतियों से पार पाना होगा। तो चलिए, परमाणु स्तर की यात्रा के लिए तैयार हो जाइए और देखते हैं कि क्या हाइड्रोजन में दुनिया बदलने की काबिलियत है!

अगर आप ब्रह्मांड की किताब खोलें, तो सबसे पहले अध्याय में हाइड्रोजन मिलेगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि यह ब्रह्मांड के बुनियादी घटकों में से एक है। तारों के 90% परमाणु हाइड्रोजन के होते हैं ^[1-4] और पृथ्वी पर, हाइड्रोजन पानी, पौधों और सभी जीवित चीजों के DNA के मुख्य घटकों में से एक है ^[4-7]।

यह बेहद ऊर्जावान ईंधन भी है, इसलिए NASA अंतरिक्ष खोज के लिए रॉकेट चलाने में इसका इस्तेमाल करता है ^[8,9,10]। साफ है, हाइड्रोजन इंसानों को पहले ही नई ऊंचाइयों तक ले जा रहा है। और सबसे अच्छी बात, इससे कोई CO₂ नहीं निकलता!

तो फिर यह दुनिया भर में सबसे पसंदीदा ऊर्जा विकल्प क्यों नहीं है? खैर, बात इतनी आसान नहीं है।

हाइड्रोजन को पृथ्वी से इसके शुद्ध रूप में निकालना मुश्किल है, भले ही इसके प्राकृतिक भंडार मौजूद हैं ^[11-17]। यह आमतौर पर दूसरे तत्वों के साथ मिलकर यौगिक बनाता है। मिसाल के लिए, ऑक्सीजन के साथ मिलकर यह पानी या H₂O बनाता है। यह कार्बन के साथ मिलकर जीवाश्म गैस भी बना सकता है, जिसे मीथेन या CH₄ भी कहते हैं।

इसलिए शुद्ध हाइड्रोजन पाने के लिए इसे उन तत्वों से अलग करना पड़ता है जिनके साथ यह जुड़ा है। पानी से हाइड्रोजन निकालने पर ऑक्सीजन निकलती है। जीवाश्म गैस से अलग करने पर कार्बन निकलता है। इसलिए हाइड्रोजन को ईंधन की तरह इस्तेमाल करना ग्रह के लिए अच्छा है या बुरा, यह इस बात पर निर्भर करता है कि वह हाइड्रोजन कैसे बनाई गई है।

फिलहाल, हाइड्रोजन ईंधन बनाने के तीन मुख्य तरीके हैं, जिन्हें ग्रे, ब्लू और हरित कहा जाता है: ^[18-21]

आज ज्यादातर हाइड्रोजन जीवाश्म ईंधनों से बनती है ^[22-28] और सबसे आम प्रकार ग्रे हाइड्रोजन है, जो जीवाश्म गैस से बनती है। लेकिन चाहे गैस, कोयला या तेल इस्तेमाल करें, जीवाश्म ईंधनों से हाइड्रोजन बनाने पर बहुत सारा CO₂ वायुमंडल में जाता है ^{[19,26,27,28]}। दुख की बात है कि ये तरीके कुल हाइड्रोजन उत्पादन के 99% से ज्यादा हिस्से के लिए जिम्मेदार हैं ^[23,24,28]। आह!

असल में, सिर्फ ग्रे हाइड्रोजन के उत्पादन से ही United Kingdom और Australia को मिलाकर जितना CO₂ निकलता है, उससे ज्यादा निकलता है ^[28,29]!

हाल के वर्षों में, कार्बन कैप्चर और भंडारण नाम की तकनीक में प्रगति से बिजलीघर अपना CO₂ उत्सर्जन पकड़कर उसे भूमिगत जमा कर पा रहे हैं ^[30,31,32]। जब इसे हाइड्रोजन उत्पादन के साथ जोड़ा जाता है, तो नतीजे को ब्लू हाइड्रोजन कहा जाता है ^[33,34]।

लेकिन यह तरीका CO₂ उत्सर्जन घटाता जरूर है, फिर भी फिलहाल इसमें मीथेन (CH₄) के रिसाव का खतरा रहता है ^[34-37] जो 20 साल की अवधि में वायुमंडल के लिए 80 गुना से भी ज्यादा नुकसानदेह हो सकती है ^[38,39,40]। एक अध्ययन में तो यह भी पाया गया कि अगर इसे गलत तरीके से किया जाए, तो बढ़ा हुआ CH₄ उत्सर्जन इतना ज्यादा हो सकता है कि शुरू से ही जीवाश्म ईंधन जलाना बेहतर होता ^[35]।

वैज्ञानिक जिस चीज की सच में तलाश कर रहे हैं, स्वच्छ ऊर्जा का El Dorado, उसे हरित हाइड्रोजन कहते हैं। इसे इलेक्ट्रोलिसिस नाम की रासायनिक प्रक्रिया से पानी से बनाया जाता है: ^[41-45]

पानी की एक बड़ी टंकी की कल्पना कीजिए, या H₂O। हाइड्रोजन पाने के लिए, पहले आपको ऑक्सीजन के साथ इसके बंधन तोड़ने होंगे। ऐसा करने के लिए, पानी के अणुओं के बंधन तोड़ने में आप बिजली का इस्तेमाल करें, जिससे कीमती हाइड्रोजन गैस बनती है। आसान!

यह सब सौर और पवन जैसी नवीकरणीय ऊर्जा से लगभग शून्य उत्सर्जन के साथ चलाया जा सकता है ^[41-45]।

इस हरित हाइड्रोजन में दुनिया को नया रूप देने की क्षमता है ^{[21,28,43,44,45]}। पेट्रोकेमिकल उत्पादन और इस्पात निर्माण जैसे उद्योग ^[44-47], जो वैश्विक उत्सर्जन में करीब 3.6% और 7.2% का हिस्सा हैं ^[48], जीवाश्म ईंधनों की जगह हरित हाइड्रोजन इस्तेमाल करके साफ किए जाने लगे हैं। कुछ देश उर्वरकों में इस्तेमाल होने वाले यौगिक अमोनिया के उत्पादन को कार्बन-मुक्त करने के लिए इसमें निवेश कर रहे हैं, जिससे वैश्विक उत्सर्जन में 1-2% की और कटौती हो सकती है ^{[44-46,49-53]}।

विशेषज्ञ परिवहन व्यवस्था में भी इसके इस्तेमाल की जांच कर रहे हैं। इलेक्ट्रिक वाहनों की क्षमता के कारण कारों की प्राथमिकता कम है, लेकिन लंबी दूरी के ट्रक, अंतरराष्ट्रीय जहाजरानी और लंबी दूरी के विमान ज्यादा प्राथमिकता रखते हैं। क्योंकि वे बिजली के लिए भारी बैटरियां नहीं इस्तेमाल कर सकते, हरित हाइड्रोजन एक आदर्श विकल्प है ^{[21,28,44,45,54]}।

सिद्धांत रूप में (और जब तक इसे टिकाऊ तरीके से बनाया जाए), हाइड्रोजन ईंधन के इस्तेमाल से होने वाला एकमात्र सीधा उत्सर्जन पानी है। दरअसल, यह पानी NASA के अंतरिक्ष शटल में भी इस्तेमाल होता है, जहां अंतरिक्षयात्री इसे सच में पीते हैं! ^[55,56]

तो पेंच क्या है?

खैर, अगर आप हाइड्रोजन को बस जला दें, तो इससे हवा में मौजूद नाइट्रोजन भी प्रतिक्रिया कर सकती है और नाइट्रोजन ऑक्साइड बना सकती है, जो नुकसानदेह वायु प्रदूषक हैं ^[57-61]।

यह अब भी जीवाश्म ईंधन जलाने से ज्यादा साफ है, लेकिन सबसे साफ विकल्प है इसे बिल्कुल न जलाना और हाइड्रोजन ईंधन सेल इस्तेमाल करना, जो हाइड्रोजन की रासायनिक ऊर्जा को सीधे बिजली में बदल देता है ^[62-65]। यह न सिर्फ ज्यादा कुशल है, बल्कि इससे नाइट्रोजन ऑक्साइड का उत्सर्जन शून्य होता है और जाहिर है CO₂ भी शून्य! ^{[57-59,63-65]}

सुनने में अच्छा लगता है, है ना? तो आज बनने वाली हाइड्रोजन में से 1% से भी कम हरित क्यों है? ^[23,24,28] हर कोई इस पर्यावरण-अनुकूल विकल्प को क्यों नहीं अपना रहा?

फिलहाल, हाइड्रोजन महंगी है और इसे बनाने के लिए बहुत बिजली चाहिए ^[66-69]। अगर आप अपने फोन को नवीकरणीय ऊर्जा से सीधे चार्ज करने की बजाय हरित हाइड्रोजन से चलाना चाहें, तो पहले आपको नवीकरणीय स्रोतों की बिजली को हाइड्रोजन में बदलना होगा और फिर ईंधन सेल से उसे वापस बिजली में बदलना होगा। ऐसा करने पर उस ऊर्जा का 70% तक हिस्सा खो सकता है, जो आपको शुरू में ही सोलर पैनलों से फोन सीधे चार्ज करने पर मिलती! ^[70,71,72]

लगता है ग्रीन हाइड्रोजन आपके पैसे का बहुत ज्यादा फायदा नहीं देती। तो लोगों को अपने घरों और शहरों को चलाने के लिए इसका इस्तेमाल क्यों करना चाहिए?

जवाब हाइड्रोजन की सबसे ताकतवर खूबियों में से एक में है… भविष्य के इस्तेमाल के लिए बड़ी मात्रा में ऊर्जा जमा करने की इसकी क्षमता।

क्योंकि पवन टर्बाइनों को हवा चाहिए और सोलर पैनलों को धूप, इसलिए अंधेरे और बिना हवा वाले दिनों में बिजली चलती रखने के लिए अक्सर गैस और कोयले को आगे आना पड़ता है। लेकिन इससे भी हरित विचार यह है:

आप एक लचीले स्मार्ट ग्रिड के जरिए घरों को नवीकरणीय ऊर्जा दें, और ऊर्जा का अतिरिक्त उत्पादन करने के लिए पर्याप्त पवन और सौर फार्म बनाएं। फिर अतिरिक्त बिजली को हरित हाइड्रोजन संयंत्रों तक भेजा जा सकता है, जहां उससे हाइड्रोजन बनाई जाती है। इस हाइड्रोजन को फिर जमा किया जा सकता है और जब सौर व पवन ऊर्जा मांग पूरी न कर पाएं, तब बिजली बनाने में इस्तेमाल किया जा सकता है ^[73-76]।

और अगर यह काफी नहीं था, तो हाइड्रोजन को पुरानी खदानों, नमक की गुफाओं या खत्म हो चुके तेल और गैस भंडारों में लंबे समय तक भारी मात्रा में भूमिगत जमा किया जा सकता है ^[77-80]। इसका मतलब है कि इसे साल भर इस्तेमाल किया जा सकता है, ठंडे सर्दियों के महीनों में भी।

इसे अंतर-मौसमी भंडारण कहा जाता है और कई देश इसमें पहले ही निवेश कर रहे हैं ^{[23,81,82,83]}। एक दिन, यह जीवाश्म ईंधनों पर निर्भरता खत्म करने में भी मदद कर सकता है। इससे भी बेहतर, हाइड्रोजन की ये विशाल आपूर्तियां देशों को ऊर्जा के मामले में ज्यादा स्वतंत्र बनाती हैं, जिससे वे ऊर्जा आयात पर कम निर्भर होते हैं और लाइटें जलाए रखने के लिए दूसरे देशों पर निर्भर नहीं रहना पड़ता ^[84,85,86]।

लेकिन क्या बैटरियां भी वही काम नहीं कर सकतीं?

पूरी तरह नहीं। किसी शहर के लिए हफ्तों या महीनों की आरक्षित ऊर्जा जमा करने जितनी बैटरियां चाहिए होंगी, वे बहुत, बहुत ज्यादा महंगी होंगी ^[87-90]। दूसरी ओर, हाइड्रोजन को बड़े पैमाने पर जमा करना बहुत सस्ता हो सकता है और यह ऊर्जा भंडारण की इस समस्या को हल कर सकती है ^[91,92]।

तो क्या हाइड्रोजन ग्रह को कार्बन-मुक्त करने में भूमिका निभा सकती है? खैर, सिर्फ तभी जब वह नवीकरणीय ऊर्जा से बनी हरित हाइड्रोजन हो ^[93], और सिर्फ तभी जब उसकी लागत व्यावहारिक हो ^[66-69]। ऐसा करने के लिए बुनियादी ढांचे का विस्तार और सुधार करना होगा, और बड़े पैमाने पर नवीकरणीय ऊर्जा का इस्तेमाल शुरू करना होगा।

लेकिन अच्छी खबर है! पवन और सौर ऊर्जा अब जीवाश्म ईंधनों से सस्ती हैं ^[27,94-97]। और इलेक्ट्रोलाइज़र में हाल की तकनीकी प्रगति की बदौलत, हरित हाइड्रोजन उत्पादन की कीमत भी तेजी से घट रही है ^[98-102]।

तो अगर इंसान इस उभरती तकनीक का साथ दें, तो हरित हाइड्रोजन उन चमकते सितारों में से एक हो सकती है, जिनका हमें इंतजार था।