हाइड्रोजन बिजली संयंत्र - रुझान और संभावनाएं

हालांकि परमाणु ऊर्जा संयंत्रों को लंबे समय से बहुत सुरक्षित माना जाता रहा है, लेकिन 2011 में जापान के फुकुशिमा परमाणु ऊर्जा संयंत्र में हुई दुर्घटना ने एक बार फिर दुनिया भर के ऊर्जा इंजीनियरों को इस प्रकार की ऊर्जा से जुड़ी संभावित पर्यावरणीय समस्याओं के बारे में सोचने पर मजबूर कर दिया।

कई यूरोपीय संघ के देशों सहित कई देशों की सरकारों ने अगले 5-10 वर्षों में इस उद्योग के लिए अरबों यूरो का वादा करते हुए, बिना किसी निवेश के अपनी अर्थव्यवस्थाओं को वैकल्पिक ऊर्जा में स्थानांतरित करने का स्पष्ट इरादा घोषित किया है। और इस तरह के विकल्प का सबसे आशाजनक और पर्यावरण की दृष्टि से सुरक्षित प्रकार हाइड्रोजन है।

यदि कोयला, गैस और तेल समाप्त हो जाते हैं, तो महासागरों में बस असीमित हाइड्रोजन है, हालांकि यह वहां अपने शुद्ध रूप में संग्रहीत नहीं है, लेकिन ऑक्सीजन के साथ एक रासायनिक यौगिक के रूप में - पानी के रूप में।

हाइड्रोजन सबसे पर्यावरण के अनुकूल ऊर्जा स्रोत है। हाइड्रोजन प्राप्त करने, परिवहन करने, भंडारण करने और उपयोग करने के लिए धातुओं के साथ इसके संपर्क के बारे में हमारे ज्ञान का विस्तार करना आवश्यक है।

यहां कई दिक्कतें हैं।यहाँ उनमें से कुछ हैं जो उनके समाधान की प्रतीक्षा कर रहे हैं: झिल्ली फिल्टर (उदाहरण के लिए, पैलेडियम से) का उपयोग करके अत्यधिक शुद्ध हाइड्रोजन आइसोटोप का उत्पादन, तकनीकी रूप से लाभप्रद हाइड्रोजन बैटरी का निर्माण, सामग्री की हाइड्रोजन लागत का मुकाबला करने की समस्या आदि।

अन्य पारंपरिक प्रकार के ऊर्जा स्रोतों की तुलना में हाइड्रोजन की पर्यावरणीय सुरक्षा में कोई संदेह नहीं है: हाइड्रोजन दहन का उत्पाद फिर से भाप के रूप में पानी है, जबकि यह पूरी तरह से गैर विषैले है।

ईंधन के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग आंतरिक दहन इंजनों में बिना मूलभूत परिवर्तनों के साथ-साथ टर्बाइनों में आसानी से किया जा सकता है, और गैसोलीन की तुलना में अधिक ऊर्जा प्राप्त की जाएगी। यदि हवा में गैसोलीन के दहन की विशिष्ट ऊष्मा लगभग 44 MJ/kg है, तो हाइड्रोजन के लिए यह आंकड़ा लगभग 141 MJ/kg है, जो 3 गुना से अधिक है। पेट्रोलियम उत्पाद भी जहरीले होते हैं।

हाइड्रोजन के भंडारण और परिवहन से कोई विशेष समस्या नहीं होगी, रसद प्रोपेन के समान है, लेकिन हाइड्रोजन मीथेन की तुलना में अधिक विस्फोटक है, इसलिए यहां अभी भी कुछ बारीकियां हैं।

हाइड्रोजन भंडारण समाधान इस प्रकार हैं। पहला तरीका पारंपरिक संपीड़न और द्रवीकरण है, जब हाइड्रोजन की तरल अवस्था को बनाए रखने के लिए इसके अति-निम्न तापमान को सुनिश्चित करना आवश्यक होगा। ये कीमती है।

दूसरा तरीका अधिक आशाजनक है - यह कुछ मिश्रित धातु स्पंज (वैनेडियम, टाइटेनियम और लोहे के अत्यधिक झरझरा मिश्र धातु) की हाइड्रोजन को सक्रिय रूप से अवशोषित करने और कम ताप पर इसे छोड़ने की क्षमता पर आधारित है।

Enel और BP जैसी प्रमुख तेल और गैस कंपनियां आज सक्रिय रूप से हाइड्रोजन ऊर्जा का विकास कर रही हैं।कुछ साल पहले, इटालियन एनेल ने दुनिया का पहला हाइड्रोजन पावर प्लांट शुरू किया, जो वातावरण को प्रदूषित नहीं करता और ग्रीनहाउस गैसों का उत्सर्जन नहीं करता। लेकिन इस दिशा में मुख्य ज्वलंत बिंदु निम्नलिखित प्रश्न में निहित है: हाइड्रोजन के औद्योगिक उत्पादन को सस्ता कैसे बनाया जाए?

समस्या यह है कि पानी का इलेक्ट्रोलिसिस बहुत अधिक बिजली की आवश्यकता होती है, और यदि पानी के इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से हाइड्रोजन के उत्पादन को ठीक से प्रवाहित किया जाता है, तो किसी एक देश में अर्थव्यवस्था के लिए हाइड्रोजन के औद्योगिक उत्पादन का यह तरीका बहुत महंगा होगा: तीन गुना, यदि चार गुना नहीं , पेट्रोलियम उत्पादों से दहन की समतुल्य गर्मी के संदर्भ में। इसके अलावा, एक औद्योगिक इलेक्ट्रोलाइज़र में एक वर्ग मीटर इलेक्ट्रोड से प्रति घंटे अधिकतम 5 घन मीटर गैस प्राप्त की जा सकती है। यह धीमा और आर्थिक रूप से अव्यवहारिक है।

औद्योगिक मात्रा में हाइड्रोजन का उत्पादन करने के सबसे आशाजनक तरीकों में से एक प्लाज्मा-रासायनिक विधि है। यहाँ, पानी के इलेक्ट्रोलिसिस की तुलना में हाइड्रोजन अधिक सस्ते में प्राप्त की जाती है। गैर-संतुलन प्लास्मैट्रॉन में, एक चुंबकीय क्षेत्र में एक आयनित गैस के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह पारित किया जाता है, और गैस के अणुओं को "गर्म" इलेक्ट्रॉनों से ऊर्जा स्थानांतरित करने की प्रक्रिया में एक रासायनिक प्रतिक्रिया होती है।

गैस का तापमान +300 से +1000 डिग्री सेल्सियस की सीमा में है, जबकि हाइड्रोजन के उत्पादन की प्रतिक्रिया की दर इलेक्ट्रोलिसिस की तुलना में अधिक है। यह विधि हाइड्रोजन प्राप्त करना संभव बनाती है, जो हाइड्रोकार्बन से प्राप्त पारंपरिक ईंधन की तुलना में दोगुना (तीन गुना नहीं) अधिक महंगा हो जाता है।

प्लाज्मा-रासायनिक प्रक्रिया दो चरणों में होती है: सबसे पहले, कार्बन डाइऑक्साइड ऑक्सीजन और कार्बन मोनोऑक्साइड में विघटित होता है, फिर कार्बन मोनोऑक्साइड जल वाष्प के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिससे हाइड्रोजन और वही कार्बन डाइऑक्साइड होता है जो शुरुआत में था (इसका सेवन नहीं किया जाता है, यदि आप संपूर्ण लूप परिवर्तन देखें)।

प्रायोगिक स्तर पर - हाइड्रोजन सल्फाइड से हाइड्रोजन का प्लाज्मा-रासायनिक उत्पादन, जो गैस और तेल क्षेत्रों के विकास में हर जगह एक हानिकारक उत्पाद बना हुआ है। घूर्णन प्लाज्मा केन्द्रापसारक बलों द्वारा प्रतिक्रिया क्षेत्र से सल्फर अणुओं को आसानी से निकाल देता है, और हाइड्रोजन सल्फाइड में रूपांतरण की रिवर्स प्रतिक्रिया को बाहर रखा जाता है। यह तकनीक पारंपरिक प्रकार के जीवाश्म ईंधन से उत्पादित हाइड्रोजन की कीमत को बराबर करती है, इसके अलावा, सल्फर को समानांतर में खनन किया जाता है।

और जापान आज ही हाइड्रोजन ऊर्जा के व्यावहारिक विकास का बीड़ा उठा चुका है। कावासाकी हेवी इंडस्ट्रीज और ओबायशी ने 2018 तक कोबे शहर को बिजली देने के लिए हाइड्रोजन ऊर्जा का उपयोग शुरू करने की योजना बनाई है। वे उन लोगों में अग्रणी बन जाएंगे जो वास्तव में बिना किसी हानिकारक उत्सर्जन के बड़े पैमाने पर बिजली उत्पादन के लिए हाइड्रोजन का उपयोग करना शुरू कर देंगे।

एक 1 मेगावाट का हाइड्रोजन पावर प्लांट सीधे कोबे में बनाया जाएगा, जहां यह 10,000 स्थानीय निवासियों के लिए एक अंतरराष्ट्रीय सम्मेलन केंद्र और कार्य कार्यालयों को बिजली की आपूर्ति करेगा। और हाइड्रोजन से बिजली पैदा करने की प्रक्रिया में स्टेशन पर उत्पन्न होने वाली गर्मी स्थानीय घरों और कार्यालय भवनों के लिए कुशल ताप बन जाएगी।

कावासाकी हेवी इंडस्ट्रीज द्वारा उत्पादित गैस टर्बाइन, बेशक, शुद्ध हाइड्रोजन के साथ आपूर्ति नहीं की जाएगी, लेकिन केवल 20% हाइड्रोजन और 80% प्राकृतिक गैस युक्त ईंधन मिश्रण के साथ।संयंत्र प्रति वर्ष 20,000 हाइड्रोजन ईंधन सेल वाहनों के बराबर खपत करेगा, लेकिन यह अनुभव जापान और उसके बाद प्रमुख हाइड्रोजन ऊर्जा विकास की शुरुआत होगी।

हाइड्रोजन भंडार सीधे बिजली संयंत्र के क्षेत्र में संग्रहीत किया जाएगा, और भूकंप या अन्य प्राकृतिक आपदा की स्थिति में भी, स्टेशन में ईंधन होगा, स्टेशन को महत्वपूर्ण संचार से नहीं काटा जाएगा। 2020 तक, कोबे के बंदरगाह में प्रमुख हाइड्रोजन आयात के लिए बुनियादी ढांचा होगा क्योंकि कावासाकी हेवी इंडस्ट्रीज जापान में हाइड्रोजन पावर प्लांटों का एक बड़ा नेटवर्क विकसित करने की योजना बना रही है।