नई इलेक्ट्रोकैटलिस्ट्स के कारण उत्पादन लागत प्रभावी होने से ग्रीन हाइड्रोजन ग्रे को प्रतिस्थापित करने के लिए तैयार

सस्ता और अधिक हरित हाइड्रोजन

हरित हाइड्रोजन का अर्थ नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों से ईंधन के रूप में हाइड्रोजन बनाना है, जिससे यह जीवाश्म ईंधन का विकल्प बनता है। हालांकि, इलेक्ट्रोलिसिस से हाइड्रोजन उत्पादन के लिए प्लेटिनम समूह की महंगी और दुर्लभ धातुओं की जरूरत पड़ती है।

कोरियाई शोधकर्ताओं में UNIST के स्कूल ऑफ एनर्जी एंड केमिकल इंजीनियरिंग के प्रो. जंगकी र्यू और KAIST के पदार्थ विज्ञान एवं इंजीनियरिंग विभाग के प्रो. डोंग-ह्वा सियो ने एक नया उत्प्रेरक, रुथेनियम, खोजा है, जिससे प्लेटिनम या इरिडियम के उपयोग से बचा जा सकता है।

विशेष रूप से, इसमें रुथेनियम, सिलिकॉन और टंगस्टन (RuSiW) की अधिक सस्ती तथा पर्यावरण के लिए कम हानिकारक मिश्रधातु का उपयोग होता है.

हाइड्रोजन रेनबो

हाइड्रोजन ब्रह्मांड में सबसे अधिक पाया जाने वाला परमाणु है, लेकिन पृथ्वी पर यह ईंधन के रूप में आसानी से उपलब्ध नहीं होता।

वर्तमान में उत्पादित अधिकांश हाइड्रोजन तथाकथित ‘ग्रे हाइड्रोजन’ है, जिसे मीथेन (प्राकृतिक गैस) से बनाया जाता है और इससे वातावरण में बहुत अधिक कार्बन उत्सर्जित होता है। यह हाइड्रोजन के संभावित ‘रंगों’ में से केवल एक है:

• ग्रे/भूरा हाइड्रोजन: जीवाश्म ईंधनों से उत्पन्न।
• नीला हाइड्रोजन: जीवाश्म ईंधनों से उत्पन्न, लेकिन कार्बन कैप्चर के साथ।
• गुलाबी हाइड्रोजन (कभी-कभी इसे पीला हाइड्रोजन भी कहा जाता है): परमाणु ऊर्जा से उत्पन्न।
• फ़िरोज़ी हाइड्रोजन: मीथेन के पायरोलिसिस से उत्पन्न। यह मीथेन को हाइड्रोजन और ठोस कार्बन में तोड़ता है। ठोस कार्बन को संग्रहीत किया जा सकता है या कार्बन फाइबर जैसी अनुप्रयोगों में उपयोग किया जा सकता है।
• ग्रीन हाइड्रोजन: नवीकरणीय ऊर्जा से उत्पन्न।

हरित हाइड्रोजन आदर्श विकल्प है और जलवायु के प्रति सजग अधिकांश लोगों का लक्ष्य भी। इसका उत्पादन इलेक्ट्रोलिसिस नामक प्रक्रिया पर निर्भर करता है, जिसमें पानी के अणुओं को गैसीय हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में तोड़ा जाता है। इस ऊर्जा-गहन प्रक्रिया में प्लेटिनम समूह के उत्प्रेरक तत्वों की भी जरूरत होती है।

ग्रीन हाइड्रोजन की खोज

अर्थव्यवस्था को कार्बन-मुक्त बनाने में हरित हाइड्रोजन महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह उन जरूरतों को पूरा कर सकता है जिन्हें अकेली बिजली पूरा नहीं कर सकती। उदाहरण के लिए, यह पारंपरिक इस्पात निर्माण की कार्बन उत्सर्जन मात्रा 95% तक घटा सकता है। इस्पात निर्माण वैश्विक उत्सर्जन का 11% है। ईंधन कोशिकाओं के माध्यम से इसका उपयोग कारों, ट्रकों और नावों के इंजनों को चलाने में भी किया जा सकता है।

इसे सीधे ऊर्जा भंडारण या अमोनिया बनाने में भी इस्तेमाल किया जा सकता है। अमोनिया लंबी दूरी के समुद्री परिवहन के ईंधन और दीर्घकालिक ऊर्जा भंडारण का अच्छा विकल्प है, जैसा कि हमने अपने लेख ‘The Other Hydrogen Fuel – Top 5 Green Ammonia Stocks”.

यह लंबे समय से ज्ञात है कि रुथेनियम प्लेटिनम का विकल्प हो सकता है, लेकिन इसकी कुछ सीमाएं रही हैं:

• प्लैटिनम की तुलना में कम उत्प्रेरक सक्रियता।
• इरिडियम की तुलना में कम स्थिरता।

नई खोज में पाया गया कि रुथेनियम परमाणु के आसपास सिलिकॉन की मौजूदगी उत्प्रेरक की सतह पर H+ के अवशोषण की तीव्रता बढ़ाती है।

5 से 10 नैनोमीटर मोटी टंगस्टन की पतली परत रुथेनियम के उत्प्रेरक स्थल की रक्षा करके स्थिरता बढ़ाती है। यही तकनीक सेमीकंडक्टर निर्माण में भी इस्तेमाल होती है, जहां गैसीय टंगस्टन को सिलिकॉन चिप पर बहुत पतली परत में जमाया जाता है।

लाभान्वित सेक्टर

हरित हाइड्रोजन उत्पादन को सस्ता और पर्यावरण के अनुकूल बनाकर यह खोज कई क्षेत्रों को लाभ पहुंचा सकती है:

• फ़्यूल सेल निर्माता, जिनके इंजनों की आर्थिकता सस्ते ईंधन से लाभान्वित होगी।
• ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादक, बड़े मार्जिन देख सकते हैं और ऊर्जा बाजारों में हाइड्रोजन का बाजार हिस्सा बढ़ता देख सकते हैं।
• ग्रीन अमोनिया निर्माता। न केवल उन्हें अमोनिया उत्पादन के लिए सस्ता हाइड्रोजन मिलेगा, बल्कि अमोनिया के बड़े पैमाने पर अपनाने के लिए विषाक्त और “सुपर ग्रीनहाउस गैस” NOx को कम करने वाले उत्प्रेरकों की आवश्यकता होती है। यह आमतौर पर प्लैटिनम की भी मांग करता है, लेकिन शायद RuSiW यहाँ भी काम कर सके?
• नवीकरणीय ऊर्जा सेक्टर, क्योंकि बड़े पैमाने पर ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादन, तेज़ धूप या तेज़ हवा के समय “अधिक” ऊर्जा के लिए एक निकास प्रदान करेगा।

लाभान्वित कंपनियां

1. Aker Horizons ASA

Aker Horizon, Aker समूह की हरित ऊर्जा पर केंद्रित सहायक कंपनी है। यह समूह नवीकरणीय ऊर्जा और समुद्री तथा अपतटीय व्यवसायों पर केंद्रित एक प्रमुख नॉर्वेजियन समूह है। Aker Horizon कार्बन कैप्चर, हरित हाइड्रोजन और नवीकरणीय ऊर्जा से जुड़ी कई सहायक कंपनियों की होल्डिंग कंपनी है।

स्रोत: Aker

कंपनी हाइड्रोजन और हरित अमोनिया उत्पादन में विशेष रूप से सक्रिय है। उसका लक्ष्य जीवाश्म ईंधन की जगह हाइड्रोजन-आधारित ईंधन अपनाकर आर्कटिक समुद्री परिवहन को कार्बन-मुक्त करना है।

स्रोत: Aker

इसलिए हरित हाइड्रोजन उत्पादन की लागत घटने से लाभ पाने के लिए Aker अच्छी स्थिति में है। वह अपतटीय पवन टर्बाइनों से लेकर हाइड्रोजन उत्पादन और फिर हरित अमोनिया निर्माण तक पूरी आपूर्ति श्रृंखला संभाल सकती है।

कंपनी फ्रांस में कचरे से ऊर्जा, जर्मनी में बायोमास संयंत्र और मध्य पूर्व—सऊदी अरब तथा संयुक्त अरब अमीरात—में कार्बन कैप्चर जैसी परियोजनाओं पर भी काम कर रही है।

यह उन निवेशकों के लिए एक उपयुक्त शेयर हो सकता है जो व्यापक हरित ऊर्जा क्षेत्र में निवेश चाहते हैं। कंपनी की हरित हाइड्रोजन और अमोनिया में मजबूत स्थिति है, साथ ही अन्य हरित ऊर्जा क्षेत्रों और विभिन्न भौगोलिक बाजारों में भी मौजूदगी है।

2. Plug Power Inc.

Plug Power (PLUG ) हरित हाइड्रोजन और ईंधन कोशिकाओं की अग्रणी कंपनी है। इसकी ईंधन कोशिकाएं 40,000 से अधिक फोर्कलिफ्ट चलाती हैं और 2013 के बाद से राजस्व आठ गुना बढ़ा है। कंपनी हाइड्रोजन उत्पादन, लॉजिस्टिक्स, बड़े पैमाने पर बिजली उत्पादन और वितरण जैसी अवसंरचना भी बना रही है।

कंपनी बड़े पैमाने पर उत्पादन के जरिए लागत को 10 डॉलर प्रति किलोग्राम से घटाकर 4 डॉलर करना चाहती है और 2027 तक उत्पादन को 14 गुना बढ़ाने का लक्ष्य रखती है। इलेक्ट्रोलिसिस में प्लेटिनम की जरूरत समाप्त करने वाली नई तकनीकें भी इसमें मदद करेंगी।

स्रोत: Plug Power

2020 के बाद से उत्पादन क्षमता 19 गुना बढ़ाने के लिए किए गए बड़े निवेशों के कारण कंपनी अभी लाभदायक नहीं है। हालांकि, 2023 की शुरुआत से अंत तक उसका राजस्व लगभग दोगुना हो गया।

वर्तमान और अनुमानित कारोबार का अधिकांश हिस्सा उत्तरी अमेरिका से आने की उम्मीद है। United Hydrogen और Giner ELX जैसी रणनीतिक खरीद ने हाइड्रोजन उत्पादन, द्रवीकरण और वितरण की क्षमताएं बढ़ाकर हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था में कंपनी की स्थिति मजबूत की है।

कंपनी अपने समाधान को सीधे परिवहन ईंधन और इलेक्ट्रिक वाहनों के पूरक, दोनों रूपों में देखती है। हाइड्रोजन उस समय ग्रिड पर दबाव कम कर सकता है जब इलेक्ट्रिक वाहनों की अधिकतम चार्जिंग मांग दिन में नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन के समय से मेल नहीं खाती।

स्रोत: Plug Power

एक प्रमुख ईंधन-कोशिका निर्माता के रूप में Plug Power को हाइड्रोजन और अमोनिया आधारित अर्थव्यवस्था की ओर बदलाव से बड़ा लाभ होगा। इसलिए अमोनिया के साथ या उसके बिना, हाइड्रोजन की ओर बदलाव पर दांव लगाने के लिए यह एक उपयोगी शेयर है। लागत और पैमाने पर कंपनी का ध्यान भी सराहनीय है।

3. Ballard Power Systems Inc.

Ballard एक अन्य ईंधन-कोशिका निर्माता और इस तकनीक की अग्रणी कंपनी है; उसने 1993 में अपनी पहली ईंधन-कोशिका बस बनाई थी।

कंपनी भारी वाहनों और उपकरणों के बाजार पर केंद्रित है: बस, ट्रक, ट्रेन और ट्राम, जहाज, खनन, निर्माण तथा बिजली। बसें कारोबार का मुख्य हिस्सा रही हैं, लेकिन कंपनी को 2025 तक ट्रकों के प्रमुख खंड बनने की उम्मीद है। उसका अनुमान है कि यूरोप मुख्य बाजार (50-60%) रहेगा, जिसके बाद उत्तरी अमेरिका (25%) होगा।

ट्रकों के लिए ईंधन कोशिकाओं का बाजार बढ़ते हुए 2030 तक 7.5 अरब डॉलर का हो सकता है, जबकि कुल संभावित बाजार 195 अरब डॉलर है। यह अन्य सभी हाइड्रोजन और ईंधन-कोशिका उपयोगों के संयुक्त बाजार के लगभग बराबर है। नई तकनीकों से हाइड्रोजन की कीमत घटने पर यह वृद्धि तेज हो सकती है।

स्रोत: Ballard

अधिक शक्ति और तेज ईंधन भरने की जरूरत के कारण भारी वाहन, कार जैसे हल्के वाहनों की तुलना में हाइड्रोजन और ईंधन कोशिकाओं के लिए अच्छा बाजार रहे हैं। यह रेल और ट्रॉली बसों के लिए ओवरहेड तारों की जरूरत भी घटाता है और लंबी दूरी के परिवहन में तेजी से ईंधन भरने देता है।

स्रोत: Ballard

कंपनी अमोनिया क्षेत्र से भी परिचित है; उदाहरण के लिए, उसने हाल में एक अनुबंध  Amogy के साथ किया, जिसके तहत अनूठी अमोनिया क्रैकिंग तकनीक पर आधारित उसके ‘अमोनिया-से-बिजली’ मंच के लिए ईंधन कोशिकाएं दी जाएंगी।

इलेक्ट्रिक वाहन कार बाजार पर तेजी से कब्जा कर सकते हैं, लेकिन भारी वाहनों को कार्बन-मुक्त करना अधिक कठिन है। क्षेत्र में स्थापित नेतृत्व के कारण Ballard हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था को बढ़ावा देने वाली नीतियों की प्रमुख लाभार्थी होगी।

4. Seaborg

Seaborg एक डेनिश कंपनी है जो एक सघन पिघले-नमक वाला परमाणु रिएक्टर विकसित कर रही है। यह 800 मेगावाट तक की तैरती बिजली इकाई भी है।

स्रोत: Seaborg

Seaborg के समुद्र-आधारित परमाणु रिएक्टर तटीय देशों के लिए उपयुक्त हैं और इंडोनेशिया तथा नॉर्वे के साथ इस पर बातचीत चल रही है।

Seaborg वैश्विक जहाज निर्माण कंपनी Samsung Heavy Industries के साथ हाइड्रोजन और अमोनिया संयंत्रों से जुड़ी तैरती परमाणु बिजली इकाइयां विकसित कर रही है।

हरित नीतियां और कार्यकर्ता नवीकरणीय ऊर्जा को प्राथमिकता देते हैं, लेकिन कार्बन उत्सर्जन घटाने के लिए हाइड्रोजन का हरित बिजली से बनना जरूरी नहीं; ऊर्जा का स्रोत कम-कार्बन होना चाहिए। इसलिए परमाणु ऊर्जा भी एक विकल्प है।

इस प्रकार Seaborg परमाणु ऊर्जा पर आधारित हाइड्रोजन और अमोनिया अर्थव्यवस्था का अहम हिस्सा बन सकती है। आसानी से स्थापित और स्थानांतरित किए जा सकने वाले उसके रिएक्टर बंदरगाहों को हाइड्रोजन देने का अच्छा विकल्प हो सकते हैं।

इन रिएक्टरों को मौसमी मांग के अनुसार भी स्थानांतरित किया जा सकता है—जैसे सर्दियों में उत्तरी गोलार्ध में रहना, जब नवीकरणीय उत्पादन कम होता है, और वर्ष के बाकी समय दूसरे स्थानों पर जाना।

5. Bloom Energy

Bloom के सह-संस्थापक ने 1960 के दशक में प्रोजेक्ट Gemini के लिए पहली हाइड्रोजन ईंधन कोशिका बनाई थी और 1980 के दशक में इलेक्ट्रोलिसिस के अग्रणी भी रहे।

कंपनी ने सैकड़ों ग्राहकों के लिए स्थल पर 1 गीगावाट की प्राथमिक बिजली उत्पादन क्षमता स्थापित की है। 2018 के बाद अमेरिका में लगाई गई सभी स्थिर ईंधन कोशिकाओं में से 95% Bloom Energy (BE ) सर्वर हैं।

स्रोत: Bloom Energy

Bloom’s focus has been on industrial sites, data centers, hospitals, retail centers, and other large facilities, together with the deployment of माइक्रोग्रिडs. It is also working on developing fuel cells for समुद्री परिवहन के लिए ईंधन कोशिकाएं भी विकसित कर रही है.

Bloom की अधिकांश आय ईंधन कोशिकाओं और इलेक्ट्रोलाइजर की बिक्री से आती है, जो कुल राजस्व का 75% है; बिक्री का दो-तिहाई हिस्सा अमेरिका में होता है।

कंपनी के इलेक्ट्रोलाइजर ठोस ऑक्साइड तकनीक का उपयोग करते हैं, जो प्रोटॉन इलेक्ट्रोलाइट मेम्ब्रेन (PEM) जैसी पुरानी विधियों की तुलना में प्रति मेगावाट 20-25% अधिक हाइड्रोजन बनाती है।

स्रोत: Bloom Energy

बड़ी सुविधाओं के लिए ईंधन-कोशिका प्रणालियों की अग्रणी कंपनी होने के कारण Bloom को सस्ते हाइड्रोजन उत्पादन से लाभ होगा। हालांकि, सस्ते और प्लेटिनम-रहित इलेक्ट्रोलिसिस उत्प्रेरक उसके ठोस ऑक्साइड इलेक्ट्रोलाइजर के लिए खतरा भी बन सकते हैं।