हाइड्रोजन ऊर्जा विकास में रुझान
हाइड्रोजन ऊर्जाएक द्वितीयक ऊर्जा स्रोत है जो प्रचुर मात्रा में, हरा, कम कार्बन वाला और व्यापक रूप से लागू होता है। यह धीरे-धीरे वैश्विक ऊर्जा संक्रमण में महत्वपूर्ण वाहकों में से एक बन रहा है। चीन दुनिया का सबसे बड़ा हाइड्रोजन उत्पादक है, जिसने शुरू में हाइड्रोजन उत्पादन, भंडारण, परिवहन और ईंधन भरने से संबंधित प्रमुख तकनीकों और प्रक्रियाओं में महारत हासिल की है, इस प्रकार एक अपेक्षाकृत पूर्ण हाइड्रोजन ऊर्जा औद्योगिक श्रृंखला बनाई है। हाल के वर्षों में, चीन के हाइड्रोजन ऊर्जा उद्योग ने तेजी से विकास किया है, कई प्रतिभागियों को आकर्षित किया है और मजबूत प्रतिस्पर्धी शक्ति वाली कई प्रसिद्ध कंपनियों का उत्पादन किया है। वर्तमान में, उद्योग में अग्रणी कंपनियों ने तकनीकी अनुसंधान और विकास को बढ़ाने, औद्योगिक श्रृंखला लिंक को सुव्यवस्थित करने, बिक्री नेटवर्क बनाने और पेशेवर प्रतिभाओं को विकसित करने के माध्यम से प्रतिस्पर्धी लाभ स्थापित किए हैं।
भविष्य में, जैसे-जैसे हाइड्रोजन ऊर्जा उद्योग विकसित होता रहेगा, हाइड्रोजन उत्पादन के लिए ग्राहकों की मांग में तेज़ी से वृद्धि होगी, जिससे उद्योग का सुदृढ़ीकरण होगा। अग्रणी कंपनियों की बाजार हिस्सेदारी धीरे-धीरे बढ़ेगी, और हाइड्रोजन ऊर्जा क्षेत्र में प्रवेश की बाधाएँ और अधिक स्पष्ट हो जाएँगी। कार्बन पीक और कार्बन तटस्थता लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए, चीन ने हाइड्रोजन ऊर्जा को अपने भविष्य की राष्ट्रीय ऊर्जा प्रणाली के एक महत्वपूर्ण हिस्से के रूप में स्थापित किया है, जो ऊर्जा अंत-उपयोग टर्मिनलों पर हरित और निम्न-कार्बन परिवर्तन को प्राप्त करने के लिए एक प्रमुख वाहन है, और रणनीतिक उभरते उद्योगों और भविष्य के औद्योगिक विकास के लिए एक केंद्र बिंदु है।
राष्ट्रीय नीतियों के जवाब में, कंपनियाँ सक्रिय रूप से दोहरे कार्बन रणनीति का अभ्यास कर रही हैं, जो लंबे-चक्र, स्थिर और विश्वसनीय संचालन को सुनिश्चित करने के लिए परिपक्व तकनीकों को नियोजित करती हैं। हाइड्रोजन उत्पादन के लिए क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस मुख्य रूप से बाजार पर कब्जा करने के लिए प्रौद्योगिकी, इसे मजबूत करने के लिए गुणवत्ता और इसे विस्तारित करने के लिए सेवा पर निर्भर करता है। बाजार की मांग से प्रेरित, प्रौद्योगिकी के नेतृत्व में, और प्रतिष्ठा के लिए गुणवत्ता पर ध्यान केंद्रित करते हुए, विकास के मार्ग के रूप में नवाचार के साथ, उद्योग का लक्ष्य वास्तव में शून्य उत्सर्जन और प्रदूषण, लंबी सेवा जीवन, डिजिटल निगरानी और संचालन, सुरक्षा और मानव रहित संचालन मोड को उत्कृष्ट गुणवत्ता, समय पर आपूर्ति, उचित मूल्य और शीर्ष पायदान सेवा के साथ प्राप्त करना है।
हाइड्रोजन ऊर्जा में शून्य प्रदूषण, उच्च कैलोरी मान और भंडारण और अनुप्रयोग में बहुमुखी प्रतिभा जैसे लाभ हैं। पानी का इलेक्ट्रोलिसिस हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए अक्षय ऊर्जा और अधिशेष उतार-चढ़ाव वाली बिजली का उपयोग कर सकता है, जिससे यह हाइड्रोजन उत्पादन के लिए सबसे आदर्श और पर्यावरण के अनुकूल तरीकों में से एक बन जाता है। इसलिए, हाइड्रोजन उत्पादन के लिए अक्षय ऊर्जा इलेक्ट्रोलिसिस का विकास ऊर्जा सुरक्षा और सीओ 2 कमी के लिए महत्वपूर्ण है। हालाँकि, वर्तमान में दुनिया भर में केवल 4% हाइड्रोजन का उत्पादन जल इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से किया जाता है, मुख्य रूप से इस पद्धति से जुड़ी उच्च लागतों के कारण, जहाँ बिजली की खपत और इलेक्ट्रोलाइज़र की लागत बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग के लिए प्रमुख बाधाएँ हैं।
दोहरे कार्बन लक्ष्यों के प्रोत्साहन के तहत, अक्षय ऊर्जा उत्पादन प्रौद्योगिकियों में प्रगति से बिजली की कीमतों में कमी आने की उम्मीद है, जो जल इलेक्ट्रोलिसिस हाइड्रोजन उत्पादन उद्योग के विकास के लिए एक शक्तिशाली उत्प्रेरक के रूप में काम करेगी। क्षारीय इलेक्ट्रोलिसिस तकनीक अपनी कम लागत, लंबे जीवनकाल और प्रचुर मात्रा में सामग्री स्रोतों के कारण ध्यान आकर्षित कर रही है, जो इसे बड़े पैमाने पर हाइड्रोजन उत्पादन के लिए उपयुक्त बनाती है। हालाँकि, बड़े पैमाने पर हाइड्रोजन उत्पादन अनुप्रयोगों में, इसके उपकरण और बिजली की लागत में सुधार करने के लिए क्षारीय इलेक्ट्रोलिसिस तकनीक की वर्तमान घनत्व और ऊर्जा दक्षता को और बढ़ाना अभी भी आवश्यक है। झिल्ली और इलेक्ट्रोड सामग्री इस प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण और अपूरणीय भूमिका निभाती है।
जल इलेक्ट्रोलिसिस हाइड्रोजन उत्पादन प्रौद्योगिकी का भविष्य परिदृश्य
जल इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से हाइड्रोजन उत्पादन की लागत मुख्य रूप से बिजली की लागत, इलेक्ट्रोलाइज़र निवेश लागत और परिचालन भार पर निर्भर करती है, जिसमें बिजली की लागत हाइड्रोजन उत्पादन संवेदनशीलता को 60-70% तक प्रभावित करती है। जैसे-जैसे बिजली की लागत घटती जाएगी, उपकरण निवेश लागत का अनुपात धीरे-धीरे बढ़ता जाएगा। भविष्य में लागत में कमी के कारक मुख्य रूप से कम बिजली की कीमतों, उपकरण उपयोग दरों में वृद्धि और इलेक्ट्रोलाइज़र लागत को कम करने के लिए तकनीकी प्रगति से उत्पन्न होंगे। हालाँकि, चूँकि क्षारीय इलेक्ट्रोलाइज़र तकनीक पहले से ही बहुत परिपक्व है, इसलिए तकनीकी नवाचार के माध्यम से लागत को कम करने की सीमा सीमित है। आगे के औद्योगिक विकास के साथ, भविष्य के अनुप्रयोग परिदृश्य व्यापक होते रहेंगे, और बड़े पैमाने पर, कम लागत और कम ऊर्जा खपत को औद्योगिक विकास के लिए आम सहमति के रूप में मान्यता दी जाती है।
जल इलेक्ट्रोलिसिस हाइड्रोजन उत्पादन के लिए तकनीकी मार्गों का वर्गीकरण
जल इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से हाइड्रोजन उत्पादन के लिए चार मुख्य तकनीकी मार्ग हैं: क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस (एएलके), प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली जल इलेक्ट्रोलिसिस (पीईएम), ठोस ऑक्साइड इलेक्ट्रोलिसिस (एसओईसी), और आयन एक्सचेंज झिल्ली जल इलेक्ट्रोलिसिस (एईएम)।
क्षारीय इलेक्ट्रोलिसिस (एएलके)यह प्रक्रिया एक क्षारीय इलेक्ट्रोलाइट समाधान (आमतौर पर कोह) में की जाती है, जहां ओह- आयन झिल्ली के माध्यम से एनोड में गुजरते हैं, O2 का उत्पादन करने के लिए इलेक्ट्रॉनों को खो देते हैं, जबकि कैथोड पर पानी H2 और ओह- का उत्पादन करने के लिए इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करता है।
प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोलिसिस (पीईएम): यह विधि शुद्ध जल का विद्युत अपघटन करती है, जहाँ H2O अणुओं को एनोड पर ऑक्सीकृत किया जाता है जिससे ऑक्सीजन और H+ आयन उत्पन्न होते हैं। H+ (प्रोटॉन) विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली के माध्यम से कैथोड में चले जाते हैं और हाइड्रोजन गैस उत्पन्न करने के लिए अपचयन अभिक्रिया से गुजरते हैं।
ठोस ऑक्साइड इलेक्ट्रोलिसिस (एसओईसी)इस प्रक्रिया में उच्च तापमान पर, आमतौर पर 600 डिग्री सेल्सियस से ऊपर, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन आयन उत्पन्न करने के लिए जल वाष्प को आयनित किया जाता है, जिससे यह सौर तापीय विद्युत प्रणालियों में उच्च तापमान, उच्च दबाव वाली भाप के उत्पादन के लिए उपयुक्त हो जाता है।
एनियन एक्सचेंज मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोलिसिस (एईएम)इस प्रक्रिया में आमतौर पर इलेक्ट्रोलाइट के रूप में शुद्ध पानी या कम सांद्रता वाले क्षारीय घोल का उपयोग किया जाता है, जहां ओह- आयन एक्सचेंज झिल्ली से गुजरते हुए एनोड तक पहुंचते हैं और पानी और ऑक्सीजन उत्पन्न करते हैं, जबकि कैथोड पर पानी के अणु ओह- और हाइड्रोजन गैस उत्पन्न करते हैं।
हाइड्रोजन उत्पादन प्रक्रिया मार्गों की तुलना
प्रत्येक विधि की अपनी खूबियाँ और सीमाएँ हैं:
क्षारीय इलेक्ट्रोलिसिस (एएलके)
लाभवर्तमान में सबसे परिपक्व प्रौद्योगिकी, जिसमें उपकरण लागत कम है।
सीमाएँसंक्षारक द्रव; उच्च परिचालन एवं रखरखाव लागत; सैद्धांतिक दक्षता पीईएम एवं एसओईसी की तुलना में कम है; आंतरायिक विद्युत स्रोतों में लागू करना चुनौतीपूर्ण है।
प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोलिसिस (पीईएम)
लाभअन्तरालित विद्युत स्रोतों के लिए उच्च अनुकूलनशीलता, पवन और सौर जैसी नवीकरणीय ऊर्जा के साथ एकीकरण में आसानी; कम परिचालन और रखरखाव लागत।
सीमाएँ: उच्च उपकरण लागत; बहुमूल्य धातु उत्प्रेरक की आवश्यकता होती है।
ठोस ऑक्साइड इलेक्ट्रोलिसिस (एसओईसी)
लाभउच्च सैद्धांतिक दक्षता; गैर-कीमती धातु उत्प्रेरक का उपयोग कर सकते हैं।
सीमाएँउच्च तापमान प्रतिक्रिया वातावरण, सीमित अनुप्रयोग परिदृश्य; अभी भी प्रयोगशाला अनुसंधान एवं विकास चरण में है और अभी तक व्यावसायीकरण नहीं हुआ है।
एनियन एक्सचेंज मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोलिसिस (एईएम)
लाभक्षारीय और पीईएम के लाभों को सम्मिलित करता है: कम सामग्री लागत; इलेक्ट्रोलाइट (पतला क्षारीय घोल या पानी) की कम संक्षारकता; कीमती धातु उत्प्रेरक की आवश्यकता नहीं होती।
सीमाएँ: आयन एक्सचेंज झिल्ली के बड़े पैमाने पर उत्पादन में कठिनाइयाँ, अभी भी अनुसंधान एवं विकास चरण में।
क्षारीय इलेक्ट्रोलिसिस मार्ग परिपक्व है, पीईएम में मजबूत विकास क्षमता दिखाई देती है, जबकि एसओईसी और एईएम में भविष्य की संभावनाएं आशाजनक हैं।
