हायड्रोजन इंधन – काळाची गरज l Hydrogen Fuel in India l Green Hydrogen

पुण्याजवळील मांजरी इथे नुकतीच तिसरी आंतरराष्ट्रीय साखर परिषद पार पडली. यानिमित्ताने वसंतदादा साखर संस्थेत आयोजित करण्यात आलेल्या परिषदेच्या उद्घाटन सत्रात प्रमुख पाहुणे म्हणून बोलताना केंद्रीय रस्ते वाहतूक आणि महामार्ग मंत्री नितीन गडकरी यांनी साखर कारखान्यांना साखरे बरोबरच ग्रीन हायड्रोजनसारख्या पर्यायी जैविक इंधन निर्मितीवर भर देण्याचे आवाहन केले. या निमित्ताने सर्वांचे लक्ष परत ग्रीन हायड्रोजनकडे वेधले गेले. 

इंधन समस्यांनी सध्या संपूर्ण जग ग्रासले आहे. या समस्यांवर उत्तर शोधण्याचे सर्वांचे जोरदार प्रयत्न चालू आहेत. श्री नितीनजी गडकरी यांनी उल्लेख केलेले ग्रीन हायड्रोजन काय आहे? ते वापरण्याचे फायदे काय आहेत? चला, जाणून घेऊयात.

या लेखात खालील मुद्दे अंतर्भूत आहेत.

१) इंधन समस्या 

• परीणाम 
• उपाययोजना 

२) ग्रीन हायड्रोजन म्हणजे काय?

३) ग्रीन हायड्रोजन

• तयार करण्याच्या पद्धती
• इंधन म्हणून वापर
• फायदे आणि तोटे/ मर्यादा 
• उपयोग 

४) भारत सरकारचे प्रयत्न.

जागतिक इंधन समस्या – 

औद्योगिक क्रांती नंतर जगात सर्वत्र विविध यांत्रिक वाहने तसेच इतर यंत्रे वापरणे सुरू झाले. ही यंत्रे, वाहने चालवण्यासाठी माणसाला निरनिराळ्या ऊर्जा स्त्रोतांची आवश्यकता भासू लागली. मग कोळसा, डिझेल, पेट्रोल, नैसर्गिक वायू इत्यादी अनेक इंधनांचा वापर सुरू झाला. जीवाश्मांमुळे तयार होणाऱ्या या इंधनांना जीवाश्म इंधने असे म्हणतात. (जीवांचे अवशेष जमिनीखालील उष्णता व दाब यांच्यामुळे बदलत जाऊन जीवाश्म इंधन निर्माण होते.)

थोड्या वर्षांनी हे लक्षात आले की ह्या सर्व ऊर्जा स्त्रोतांचा साठा मर्यादित आहे आणि कधी ना कधी तो संपणार आहे. मग अशा ऊर्जा स्त्रोतांचा शोध घेणे सुरू झाले की  जे कधीच संपणार नाही. 

या जीवाश्म इंधनांचा दुसरा तोटा म्हणजे त्यांच्या वापरामुळे पृथ्वीच्या वातावरणात मोठ्या प्रमाणात हरितगृह वायू सोडले जातात. या हरितगृह वायूंमध्ये मोठ्या प्रमाणात उष्णता अडकते, ज्यामुळे पृथ्वीच्या सरासरी तापमानात वाढ होते. याला ग्लोबल वार्मिंग म्हणतात.

तिसरी आणि महत्त्वाची गोष्ट म्हणजे सध्या भारतात आपण आपण सुमारे ८० टक्के पारंपरिक जीवाश्म इंधन आयात करतो. त्यामुळे खूप परकीय चलन खर्च पडते. 

आज एकीकडे ऊर्जेची मागणी वाढत आहे आणि दुसरीकडे कार्बन उत्सर्जनही कमी व्हायला हवे. त्यामुळे हरितगृह वायू कमी करण्यासाठी लोक उपाय शोधत आहेत. इंधनावर प्रचंड प्रमाणात खर्च होणारे परकीय चलन हेही कमी करायचा आपण प्रयत्न करत आहोत. 

इंधन समस्येशी लढा देण्यासाठी भारताने स्वतः समोर दोन उद्दिष्टे ठेवली आहेत.

१) २०४७ पर्यंत ऊर्जेमध्ये आत्मनिर्भर बनणे

२) २०७० पर्यंत कार्बन उत्सर्जन शून्यावर आणणे.

ही दोन्ही उद्दिष्टे साध्य करायची असतील तर अपारंपारिक ऊर्जा स्त्रोतांना पर्याय नाही. भविष्यातील इंधन समस्या सोडवण्यासाठी सौर ऊर्जा, पवन ऊर्जा आणि हरीत (ग्रीन)हायड्रोजन इंधन ही तीन उत्तरे आहेत. 

यापैकी सौर ऊर्जा आणि पवन ऊर्जा यांच्या वापरांवर काही मर्यादा आहेत. विशेषतः जिथे खूप जास्त प्रमाणात ऊर्जा लागते तिथे आपण हे ऊर्जा स्त्रोत वापरू शकत नाही. ग्रीन हायड्रोजन इंधन हा यावरचा पर्याय असू शकतो अशी चर्चा सध्या जगभरात सुरू आहे. 

हरीत (ग्रीन) हायड्रोजन म्हणजे काय?

हायड्रोजन पृथ्वीवर विपुल प्रमाणात उपलब्ध आहे. पण तो अतिशय सक्रीय असल्याने वायुरुपात फारसा उपलब्ध नसतो. दुसऱ्या मूलद्रव्याशी संयोग केलेल्या रूपात तो अस्तित्वात असतो. आपल्याला जर हायड्रोजन इंधन म्हणून वापरायचे असेल तर प्रथम वायुरूपातील हायड्रोजन मिळवला पाहिजे. असा वायूरुप हायड्रोजन मिळवण्यासाठीच्या निर्मिती प्रक्रियेत कुठेही कार्बन उत्सर्जन झाले नसेल तर तो हायड्रोजन ग्रीन हायड्रोजन मानला जातो. अशा निर्मिती प्रक्रियेत अपारंपारिक ऊर्जा स्त्रोतांच्या वापर केला जातो.

थोडक्यात,हरित हायड्रोजन हा ऊर्जेचा स्वच्छ स्त्रोत आहे. 

ग्रीन हायड्रोजन कसा तयार करतात?

वायुरुप हायड्रोजन तयार करण्याचे अनेक मार्ग आहेत.  

१) पाण्याचे इलेक्ट्रॉलीसिस – ग्रीन हायड्रोजन तयार करण्यासाठी पाण्याचे इलेक्ट्रोलिसिस (विजेने पाणी विभाजित करणे) केले जाते. पाण्याचा एक रेणू हा हायड्रोजनचे दोन अणू व ऑक्सिजनचा एक अणू यापासून बनलेला असतो. इलेक्ट्रोलिसिस या प्रक्रियेत पाण्याचा रेणू (H2O) त्याच्या घटकांमध्ये (हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन) विभागला जातो. या प्रक्रियेला ‘वॉटर स्प्लिटिंग’ (पाण्याचे विभाजन) म्हणतात. इलेक्ट्रोलिसिससाठी आवश्यक असलेली वीज पवन, सौर आणि जलविद्युत यांसारख्या अक्षय ऊर्जा स्त्रोतांद्वारे तयार केली जाते. त्यामुळे या संपूर्ण निर्मिती प्रक्रियेतून शून्य हरितगृह वायू तयार होतात. 

हा हायड्रोजन पुढे इंधन म्हणून वापरला जातो.

२) या लेखाच्या पहिल्या परिच्छेदात श्री. नितीनजी गडकरींनी उल्लेख केल्याप्रमाणे उसाच्या चिपाडाचे किंवा तत्सम इतर जैविक पदार्थांचे किण्वन (फर्मेंटेशन) करुन व इतर काही प्रक्रिया करूनसुद्धा हायड्रोजन गॅस मिळवता येतो.

ग्रीन हायड्रोजनच्या व्यतिरिक्त ग्रे (करडा) हायड्रोजन आणि ब्ल्यू (निळा) हायड्रोजन असे आणखी दोन प्रकाराचे हायड्रोजन असतात. 

जर इलेक्ट्रॉलीसीस करताना वापरलेली वीज किंवा चिपाडांवर प्रक्रिया करताना लागणारी ऊर्जा जीवाश्मांपासून बनलेली असेल तर त्या हायड्रोजनला ग्रे हायड्रोजन म्हणतात. सध्या वापरण्यात येणाऱ्या हायड्रोजनपैकी जवळजवळ ९०% हायड्रोजन ग्रे असतो. 

ब्ल्यू हायड्रोजन तयार करतानाही जीवाश्मांपासून बनवलेली वीज वापरतात. पण तेव्हा उत्सर्जित झालेले वायू बाहेर न फेकता ते साठवून ठेवतात. त्यामुळे वातावरण प्रदूषित होत नाही.

हरित हायड्रोजनचा इंधन म्हणून कसा वापर केला जातो?

आता पुढचा प्रश्न म्हणजे हा हरित हायड्रोजन इंधन म्हणून कसा वापरायचा?

1. यासाठी फ्युएल सेलचा उपयोग करतात. फ्युएल सेल ही एक विशिष्ट बॅटरी असते जी रासायनिक ऊर्जेचे इलेक्ट्रिक उर्जेत रूपांतर करते. हायड्रोजन फ्यूएल सेल मधे हायड्रोजन व हवा अशा दोन गोष्टी सेलला पुरवल्या जातात. सेलमधे रासायनिक प्रक्रिया होऊन आपल्याला इलेक्ट्रिक उर्जा व पाणी मिळते. म्हणजे ही बॅटरी आपण जर कार चालवण्यासाठी वापरली तर ती कार प्रदूषणमुक्त असेल! 

२) हायड्रोजनचे प्रज्वलन – हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनचे मिश्रण तयार करून त्याचे प्रज्वलन केल्यास मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा आणि पाण्याची वाफ तयार होते.

थोडक्यात काय, तर निर्मिती प्रक्रियेपासून तर पुढे प्रत्यक्ष उपयोग करेपर्यंत हरित हायड्रोजनपासून कुठेही कार्बन उत्सर्जन होत नाही. 

म्हणूनच जीवाश्म इंधनाला पर्याय म्हणून आपण शून्य कार्बन उत्सर्जित करणारे (झीरो कार्बन एमिशन) हरित हाइड्रोजन इंधन आपण वापरू शकतो. 

हरित हायड्रोजन इंधनाचे फायदे काय आहेत?

१) विपुलता- विश्वातील एकूण अणूपैकी ९०% अणू हायड्रोजनचे आहेत. इतक्या विपुल प्रमाणात हायड्रोजन उपलब्ध आहे.

२) ऊर्जा स्वातंत्र्य- पारंपरिक जीवाश्म इंधनाचे स्रोत जगातील मूठभर देशांकडे आहेत. इतर देशांना इंधनासाठी या देशांवर अवलंबून राहावे लागते. हायड्रोजन इंधनाच्या वापरामुळे प्रत्येक देश स्वतःला लागणारे इंधन तयार करू शकेल आणि ऊर्जेच्या बाबतीत स्वयंपूर्ण होईल. 

३) इंधनभावातील चढउतार- इंधनचे भाव हे जागतिक परिस्थिती, मागणी आणि पुरवठा यावर अवलंबून असतात. हाइड्रोजन इंधनाच्या वापराने देशाला आशा चढउतारापासुन मुक्ती मिळू शकेल. 

४) प्रदूषणमुक्ती- हरित हायड्रोजनची निर्मिती तसेच वापर करताना कुठेही हरितगृह वायूंचे (greenhouse gasses) उत्सर्जन होत नाही. 

५) वातावरणाशी मैत्रीपूर्ण- हाइड्रोजन वायू विषारी नाही अथवा तो विषारी / धोकादायक वातावरणात आढळत नाही. 

६) शक्तिशाली- ऊर्जेच्या दृष्टीने विचार केल्यास हायड्रोजन वायू फार शक्तिशाली आहे. तो गॅसोलीनपेक्षा तीनपट शक्तिशाली आहे. 

७) कार्यक्षमता- हायड्रोजन इंजिनची कार्यक्षमता पेट्रोल किंवा डिझेल इंजिनच्या तुलनेत जवळजवळ दुप्पट आहे.

८) ऊर्जेचा अक्षय स्रोत- हायड्रोजन हा ऊर्जेचा अक्षय स्रोत आहे. 

९) ध्वनीप्रदूषण- हायड्रोजन इंजीन चालू असताना अजिबात आवाज येत नाही. त्यामुळे हायड्रोजन इंजिन वापरून बनवलेल्या कार पारंपरिक कारपेक्षा फार कमी ध्वनिप्रदूषण करतात. 

हायड्रोजन इंधनाचे तोटे/ मर्यादा-

१) किंमत- जीवाश्म इंधनापेक्षा हाइड्रोजन इंधनाची किंमत जास्त आहे. कारण त्याची निर्मिती, साठवणूक तसेच वाहतूक करण्यासाठी विशिष्ट उपकरणे तसेच पायाभूत सुविधा आवश्यक आहेत.

२) पायाभूत सुविधा- जीवाश्म इंधनांसाठीच्या सध्या अस्तित्वात असलेल्या पायाभूत सुविधा ताबडतोब बदलून हायड्रोजनसाठी त्या नव्याने निर्माण करणे खूप अवघड आणि खर्चिक आहे. 

३) सुरक्षितता- हायड्रोजन ऊर्जेचा शक्तिशाली स्रोत असल्याने तो अत्यंत ज्वालाग्रही आहे. 

४) साठवणूक आणि वाहतूक- हाइड्रोजन वायुरुपात साठवण्यासाठी उच्च दाबाची आवश्यकता असते. तसेच तो द्रवरूपात साठवण्यासाठी क्राइजेनिक (अत्यंत कमी) तापमानाची आवश्यकता असते. त्यामुळे हायड्रोजनची साठवणूक आणि वाहतूक खर्चिक आणि अवघड असते.

या सर्व मर्यादांमुळे हायड्रोजन फ्युएल सेलसाठी किंवा टाकीत भरण्यासाठी चार्जिंग स्टेशन पर्यंत हायड्रोजन आणणे, तो साठवणे हे अवघड आणि खर्चिक आहे आणि त्यासाठी नवीन पायाभूत सुविधा निर्माण कराव्या लागतील.

हायड्रोजन इंधनाचे उपयोग

१) हायड्रोजन फ्यूएल सेलच्या साहाय्याने हाइड्रोजन मधील रासायनिक ऊर्जा इलेक्ट्रिक ऊर्जेमध्ये रूपांतरित करता येते. असे फ्यूएल सेल वाहनांमध्ये वापरले जातात. त्यामुळे वायू आणि ध्वनी प्रदूषण कमी होण्यास मदत होते.

२) हायड्रोजनवर चालणारी वाहने गॅसोलिनवर चालणाऱ्या वाहनांपेक्षा २ ते ३ पट जास्त कार्यक्षम असतात. या वाहनांमध्ये इंधनाचे पुनर्भरण जलद गतीने होते. त्यामुळे लांब पल्ल्याच्या प्रवासासाठी ती उपयुक्त ठरतात.

३) गेली अनेक वर्षे हायड्रोजनचा उपयोग रॉकेट्स मधे इंधन म्हणून होत आहे. 

४) लॅपटॉप तसेच मोबाईल चार्ज करण्यासाठी छोटे हायड्रोजन फ्यूएल सेल्स निर्माण केले गेले आहेत.

५) जहाजांसाठी इंधन म्हणूनही हायड्रोजनचा वापर होतो. 

६) घरे आणि कार्यालये थंड तसेच गरम राखण्यासाठी हायड्रोजनचा उपयोग केला जातो.

या सर्व ठिकाणी जर ग्रीन हाइड्रोजन वापरला गेला तर कार्बन उत्सर्जन घटण्यास मदत होईल.

ग्रीन हायड्रोजनला उत्तेजन देण्यासाठी भारत सरकारचे प्रयत्न-

• भारत सरकारने २०२१ मधे राष्ट्रीय ग्रीन हाइड्रोजन मिशनला सुरुवात केली.

या मिशनची काही उद्दिष्टे अशी आहेत.

i) प्रतिवर्षी किमान ५ MM (मिलियन मेट्रिक टन) हरित हाइड्रोजन उत्पादन क्षमता विकसित करणे. 

ii) प्रतिवर्षी किमान ५० MMT हरितगृह वायू उत्सर्जन कमी करणे.

iii) भारताला ग्रीन हायड्रोजनचा जगातील आघाडीचा उत्पादक आणि पुरवठादार बनवणे.

iv) भारताचे जीवाश्म इंधन आयातीवरील अवलंबित्व कमी करणे.

• ग्रीन हायड्रोजनच्या वापरास उत्तेजन देण्यासाठी गेल्या वर्षीच्या अर्थसंकल्पात राष्ट्रीय ग्रीन हाइड्रोजन मिशन अंतर्गत १९ हजार कोटीची तरतूद केली गेली. 

• भारतीय रेल्वेने हायड्रोजनवर चालणारी रेल्वे तयार करण्यास सुरुवात केली आहे.
• हायड्रोजन इंधनावर चालणाऱ्या गाड्या वापरण्यास उत्तेजन देण्यात येत आहे.

दरवर्षी २६ जानेवारी हा दिवस आंतरराष्ट्रीय स्वच्छ ऊर्जा दिवस म्हणून साजरा केला जातो. अपारंपरिक ऊर्जा स्रोतांच्या वापरास उत्तेजन देण्यासाठी आंतरराष्ट्रीय पातळीवर प्रयत्न करणे तसेच जागृती निर्माण करणे हा यामागचा हेतू आहे. या निमित्ताने तुम्हाला हरित हायड्रोजन बद्दल माहिती देण्याचा हा माझा छोटासा प्रयत्न!

तुम्हाला ही माहिती कशी वाटली,ते नक्की कळवा. आपल्या मित्रपरिवारा सोबत शेअर करायला विसरू नका. अशाच नवनवीन माहिती आणि कथा आम्ही तुमच्यापर्यंत पोहचवत राहू.याचा लाभ घेण्यासाठी आमच्या ‘लेखक मित्र’ या वेबसाईटला नक्की भेट द्या. तसेच आमचा WhatsApp ग्रुप हि जॉईन करा.

      धन्यवाद !

लेखिका – क्षितिजा कापरे