क्या इरीडियम की आपूर्ति और लागत, पीईएम इलेक्ट्रोलाइजर के विकास में सबसे बड़ी बाधा होगी?
परिचय
हाल के वर्षों में, हाइड्रोजन को अक्षय ऊर्जा प्रणालियों के लिए एक संभावित ऊर्जा वाहक माना गया है, जो शुद्ध-शून्य उत्सर्जन लक्ष्यों को प्राप्त करने में योगदान देता है। हालाँकि, पारंपरिक हाइड्रोजन उत्पादन लगभग पूरी तरह से जीवाश्म ईंधन पर निर्भर है। 2020 में, जीवाश्म ईंधन से लगभग 90 मिलियन टन हाइड्रोजन का उत्पादन किया गया, जिससे लगभग 900 मिलियन टन सीओ 2 उत्सर्जन हुआ।
हाइड्रोजन उत्पादन की कार्बन-मुक्त विधि जल इलेक्ट्रोलिसिस है। पवन, सौर और जल विद्युत जैसे नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों के साथ एकीकृत होने पर, इलेक्ट्रोलाइज़र से उत्पन्न हाइड्रोजन में शून्य ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन होता है, और इस तरह से उत्पादित हाइड्रोजन को "ग्रीन हाइड्रोजन कहा जाता है।ध्द्ध्ह्ह जल इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादन के लिए मुख्य तकनीकों में शामिल हैंप्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन वाटर इलेक्ट्रोलाइज़र (पीईएमडब्लूईएस), एनियन एक्सचेंज मेम्ब्रेन वाटर इलेक्ट्रोलाइजर्स (एईएमडब्ल्यूई), अल्कलाइन वाटर इलेक्ट्रोलाइजर्स (एडब्ल्यूई), और सॉलिड ऑक्साइड इलेक्ट्रोलाइजर्स (एसओई)।पीईएमडब्लूईएसवर्तमान में अनुसंधान का केन्द्र बिन्दु एईएमडब्ल्यूई हैं, जबकि एईएमडब्ल्यूई भविष्य की दिशा का प्रतिनिधित्व करते हैं (क्योंकि इनमें बहुमूल्य धातुओं की आवश्यकता नहीं होती है)।
पेमवे प्रौद्योगिकी और इरिडियम उपयोग
पीईएमडब्लूईएसपतली प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली का उपयोग करें (पीईएम) (70-200 µm) प्रोटॉन को परिवहन करने और एनोड और कैथोड इलेक्ट्रोड को अलग करने के लिए। कैथोड की तरफवहाँएसप्लैटिनम (पं) का उपयोग हाइड्रोजन विकास प्रतिक्रिया (उसकी) को उत्प्रेरित करने के लिए किया जाता है, जो आमतौर पर कार्बन पर आधारित होता है। एनोड की तरफ, इरिडियम का उपयोग आमतौर पर धीमी ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया (ओएर) को उत्प्रेरित करने के लिए किया जाता है। हालाँकि, इरिडियम पृथ्वी पर सबसे दुर्लभ तत्वों में से एक है (चित्र 1 देखें)। 2020 और 2023 के बीच, इरिडियम की लागत लगभग दोगुनी हो गई (चित्र 2 देखें)। 400g/मेगावाट की इरिडियम लोडिंग और 2V पर 2A/सेमी² की वर्तमान घनत्व मानते हुए, प्रति 1 मेगावाट इरिडियम की लागतवहाँलगभग 45,000 डॉलर की वृद्धि हुई। इसलिए, इरिडियम की लागत कम करने से इलेक्ट्रोलाइज़र की कुल लागत में उल्लेखनीय कमी आ सकती है। इस पर विचार करने के लिए, यह लेख सबसे पहले इरिडियम की बुनियादी अर्थव्यवस्था का पता लगाएगा, जिसमें इसकी मांग और लागत शामिल है।
इरीडियम मांग पूर्वानुमान
कितने इरीडियम की आवश्यकता है?
आवश्यक इरीडियम की मात्रा निर्धारित करने के लिए, सबसे पहले इसके कुल आकार का अनुमान लगाना आवश्यक है।
वहाँबाजार में मांग का आकलन करें और फिर इकाई मांग (किलोग्राम आईआर/मेगावाट) की गणना करें।
पीईएम इलेक्ट्रोलाइजर बाजार का कितना विस्तार होगा?
उम्मीद है कि 2024 तक कुलपीईएमइलेक्ट्रोलाइज़र क्षमता लगभग 4 गीगावाट तक पहुँच जाएगी। 2021 में, वैश्विक अक्षय ऊर्जा क्षमता में लगभग 300 गीगावाट की वृद्धि हुई, जिसमें से अधिकांश पवन और सौर ऊर्जा से आई (चित्र 3 देखें)। यह प्रवृत्ति 2026 तक 8.3% चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर (सीएजीआर) के साथ जारी रहने की उम्मीद है, जिससे 2030 तक सालाना 500 गीगावाट से अधिक की वृद्धि होगी।
हालाँकि, सवाल यह है कि इस नई हरित ऊर्जा का कितना उपयोग किया जाएगा?पीईएमग्रीन हाइड्रोजन बनाने के लिए इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग कैसे किया जाएगा? तालिका 1 में तीन अलग-अलग सीओ 2 उत्सर्जन परिदृश्यों में आईईए (2022) से ऐसे डेटा को संकलित किया गया है: कदम (घोषित नीति परिदृश्य), ए पी एस (घोषित प्रतिज्ञा परिदृश्य), और न्यूजीलैंड (2050 तक शुद्ध शून्य उत्सर्जन परिदृश्य)। आईईए का अनुमान है कि न्यूजीलैंड परिदृश्य के तहत, 2050 तक हाइड्रोजन उत्पादन के लिए 11,433 टी.डब्ल्यू.एच बिजली का उपयोग किया जाएगा, और ए पी एस परिदृश्य के तहत 2030 तक 879 टी.डब्ल्यू.एच का उपयोग किया जाएगा।
तालिका 2 में इन अनुमानों की तुलना 2021 में हाइड्रोजन काउंसिल और मैकिन्से (H2C & मैक) के अनुमानों से की गई है।
तालिका 2 से यह देखा जा सकता है कि H2C और मैक (2021) ने 2050 तक हाइड्रोजन उत्पादन के लिए हरित बिजली की अधिक मात्रा का अनुमान लगाया है, लेकिन दोनों पक्षों के डेटा हरित हाइड्रोजन उत्पादन के लिए उपयोग की जाने वाली बिजली के लिए उचित मिलान दिखाते हैं। इसलिए, यह उम्मीद की जाती है कि 2030 तक हाइड्रोजन उत्पादन के लिए लगभग 4-6% नवीकरणीय ऊर्जा का उपयोग किया जाएगा (ए पी एस परिदृश्य)।
यह आलेख हाइड्रोजन उत्पादन और इलेक्ट्रोलाइज़र क्षमता का अनुमान लगाता है, जैसा कि तालिका 3 में दिखाया गया है। यह उम्मीद की जाती है कि शुरुआती वर्षों में तेजी से विकास होगा, उसके बाद धीरे-धीरे स्थिरीकरण होगा।
2030 तक हरित बाज़ार की अपेक्षित वृद्धि वर्तमान वृद्धि दर से बहुत कम होगी।पीईएमइलेक्ट्रोलाइज़र, के रूप मेंपीईएमइलेक्ट्रोलिसिस ने पहले ही बाजार में महत्वपूर्ण हिस्सा हासिल कर लिया है। लंबी अवधि में, इस लेख में पूर्वानुमान हाइड्रोजन काउंसिल की भविष्यवाणियों के अनुरूप है, यह मानते हुए किपीईएमइलेक्ट्रोलाइज़र कुल इलेक्ट्रोलाइज़र बाज़ार का लगभग 40% हिस्सा होगा। 2030 तक कुल इलेक्ट्रोलाइज़र स्थापित क्षमता 315 गीगावाट होने का अनुमान है,पीईएमइलेक्ट्रोलाइजर क्षमता 126 गीगावाट तक पहुंच जाएगी।
तालिका 5 का डेटा H2C और मैक (2021), गोल्डमैन सैक्स (जी एस) - क्लार्क एट अल. (2022) और प्लग इंटेलिजेंस से लिया गया है। जी एस (2022) तीन अलग-अलग परिदृश्यों पर विचार करता है: बुल, बेस और बियर मार्केट।
चित्र 4 अनुमानित अतिरिक्त दिखाता हैपीईएम2022 से 2030 तक इलेक्ट्रोलाइज़र क्षमता, साथ ही अक्षय ऊर्जा की वार्षिक वृद्धि के लिए पूर्वानुमान। नई अक्षय ऊर्जा के लिए पूर्वानुमान ऊपर बताए गए 8.3% सीएजीआर का अनुसरण करता है। लेख का अनुमान है कि शुरुआत में, नई हरित ऊर्जा आपूर्ति का केवल एक छोटा हिस्सा ही उपयोग किया जाएगापीईएमइलेक्ट्रोलिसिस, लेकिन आने वाले वर्षों में यह अनुपात काफी बढ़ जाएगा, जो 2028-2030 तक लगभग 6-8% तक पहुंच जाएगा। कुल मिलाकर, इस आंकड़े में रुझान तालिका 1 और तालिका 2 में भविष्यवाणियों के नवीकरणीय ऊर्जा हिस्से के अनुरूप प्रतीत होता है।
