ऊर्जा
हाइड्रोजन दहन इंजन परिवहन क्षेत्र में बदलाव के साथ अधिक व्यवहार्य होते दिख रहे हैं
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वैश्विक स्तर पर CO2 उत्सर्जन को सीमित करने वाले नियमों के बढ़ते होने के साथ, सतत परिवहन की खोज ने हमें वैकल्पिक ईंधन के रूप में हाइड्रोजन की ओर ले जाया है।
हाइड्रोजन (H) ने अपनी क्षमता के कारण एक आशाजनक विकल्प के रूप में उभरा है कि यह बिना किसी ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन के जल सकता है। यह ज्वलनशील तत्व रंगहीन, स्वादहीन, गंधरहित है, और इसकी ऊर्जा घनत्व अपेक्षाकृत अधिक है, जिसका अर्थ है कि हाइड्रोजन में प्रति इकाई आयतन बहुत अधिक ऊर्जा होती है, जिससे यह वाहनों के लिए एक उत्कृष्ट ईंधन स्रोत बनता है।
यह सबसे हल्का तत्व परिवहन क्षेत्र में इलेक्ट्रिक वाहनों को ईंधन कोशिकाओं के माध्यम से शक्ति देने के लिए काफी रुचि प्राप्त कर रहा है। हालांकि, हाइड्रोजन आंतरिक दहन इंजन (HICEs) अब खोजे जा रहे हैं शून्य उत्सर्जन प्राप्त करने के लिए। लेकिन यह सब क्या है?
हाइड्रोजन दहन क्या है?
हाइड्रोजन एक रासायनिक तत्व है, और दहन एक रासायनिक प्रक्रिया है जो ईंधन और वायु मिश्रण से ऊर्जा मुक्त करती है। हाइड्रोजन का दहन, चाहे वह तरल रूप में हो या गैसीय रूप में, बल उत्पन्न करता है।
अपनी विस्तृत ज्वलनशीलता सीमा के कारण, हाइड्रोजन दहन के लिए उपयुक्त है। यह उत्कृष्ट ईंधन दक्षता प्रदान करता है और इसका ऑटो-इग्निशन तापमान उच्च है, जिससे उच्च संपीड़न अनुपात संभव होते हैं जो दहन के दौरान ऊर्जा हानि को कम करते हैं। अतिरिक्त रूप से, कम अंतिम दहन तापमान निकास गैसों से निकलने वाले प्रदूषकों की संख्या को न्यूनतम करता है।
यह स्वच्छ-जलाने वाला इंजन वास्तव में वाहन में कैसे काम करता है?
हाइड्रोजन, तरल गैसोलीन के विपरीत, एक गैस है जिसके लिए विशेष ईंधन आपूर्ति प्रणाली की आवश्यकता होती है। इस उद्देश्य के लिए, उच्च-दाब वाले भंडारण टैंक हाइड्रोजन गैस को रखते हैं, जिससे यात्रा की मांग को पूरा करने के लिए पर्याप्त ईंधन भंडारण सुनिश्चित होता है।
एक नियंत्रण वाल्व, इस बीच, गैस के प्रवाह को इंजन के इनटेक मैनिफोल्ड में नियंत्रित करता है, जिससे प्रभावी दहन के लिए इष्टतम वायु-ईंधन मिश्रण सुनिश्चित होता है। इनटेक प्रक्रिया के दौरान, ईंधन को हवा के साथ मिलाया जाता है और सिलेंडर में प्रवेश कराया जाता है।
स्वच्छ और कुशल दहन प्राप्त करने के लिए, एक उचित वायु-ईंधन मिश्रण आवश्यक है। हाइड्रोजन दहन इंजन हानिकारक उत्सर्जन को न्यूनतम करने और शक्ति आउटपुट को अनुकूलित करने के लिए परिष्कृत ईंधन इंजेक्शन प्रणाली का उपयोग करते हैं।
पिस्टन उचित ईंधन और हवा के मिश्रण को संपीड़ित करता है, और उच्च-ऊर्जा स्पार्क प्लग इसे प्रज्वलित करते हैं, जिससे दहन होता है। क्योंकि हाइड्रोजन तेजी से जलता है और महत्वपूर्ण गर्मी जारी करता है, दहन गैसें जल्दी फैलती हैं।
ये विस्तारित गैसें पिस्टन को धकेलती हैं, जिसका आंदोलन क्रैंकशाफ्ट के माध्यम से घूर्णन शक्ति में परिवर्तित हो जाता है। यह शक्ति फिर पहियों को आगे धकेलती है, जिससे वाहन आगे बढ़ता है।
यह प्रक्रिया उस स्वच्छ और अधिक शक्तिशाली ड्राइविंग अनुभव को दर्शाती है जो हाइड्रोजन दहन इंजन प्रदान कर सकते हैं, जो एक अधिक सतत परिवहन भविष्य का वादा करता है। हालांकि, हाइड्रोजन आंतरिक दहन इंजन (HICEs) में तेज गति और उच्च तापमान को हाइड्रोजन-मैत्री सामग्री, उन्नत इंजन डिजाइन, और नवाचारी ईंधन इंजेक्शन तकनीक के माध्यम से प्राप्त किया जाता है।
हाइड्रोजन फ्यूल सेल्स से यह कैसे अलग है?
हाइड्रोजन का उपयोग परिवहन क्षेत्र में दो अलग-अलग तरीकों से किया जाता है: फ्यूल सेल्स और दहन इंजन के माध्यम से। हालांकि दोनों प्रक्रियाएँ शून्य-कार्बन ईंधन हाइड्रोजन का उपयोग करती हैं, वे इसे वाहन चलाने के लिए विभिन्न तरीकों से उपयोग करती हैं।
जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, हाइड्रोजन दहन इंजन हाइड्रोजन को जलाकर शक्ति उत्पन्न करते हैं, बिल्कुल पारंपरिक इंजनों की तरह। यहाँ, हाइड्रोजन को हवा के साथ मिलाकर एक नियंत्रित विस्फोट बनाया जाता है, जो यांत्रिक ऊर्जा उत्पन्न करता है जिससे वाहन आगे बढ़ता है।
फ्यूल सेल्स और हाइड्रोजन वाहन, इस बीच, हाइड्रोजन को एक रासायनिक प्रक्रिया के माध्यम से बिजली में परिवर्तित करते हैं। इस प्रक्रिया में, एक इलेक्ट्रोकेमिकल उपकरण हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को बिजली, गर्मी और जल वाष्प में बदलता है। अधिक विशिष्ट रूप से, यह हाइड्रोजन को एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन में विभाजित करके बिजली उत्पन्न करता है। यह बिजली फिर एक इलेक्ट्रिक मोटर को शक्ति देती है जो वाहन को चलाती है।
फ्यूल सेल वाहन (FCEVs) कम लोड पर अधिक कुशल होते हैं, जबकि हाइड्रोजन दहन इंजन भारी लोड पर बेहतर प्रदर्शन करते हैं। यह HICEs को उन भारी ट्रकों के लिए बेहतर विकल्प बनाता है जो अधिकांश समय बड़े लोड ले जाते हैं। इसके विपरीत, कारें, बसें, और टो ट्रक फ्यूल सेल्स से अधिक लाभ उठा सकते हैं, क्योंकि वे आमतौर पर बहुत कम लोड पर काम करते हैं।
हालांकि दोनों हाइड्रोजन का उपयोग करते हैं, वे समान उत्सर्जन उत्पन्न करते हैं। फ्यूल सेल वाहन कोई उत्सर्जन नहीं उत्पन्न करते, जबकि हाइड्रोजन दहन इंजन लगभग शून्य मात्रा में CO2 का उत्सर्जन करते हैं, हालांकि वे NOx या नाइट्रोजन ऑक्साइड्स उत्पन्न कर सकते हैं। अतिरिक्त रूप से, हाइड्रोजन इंजन कम-गुणवत्ता वाले हाइड्रोजन के साथ भी काम कर सकते हैं, जिससे विशिष्ट उपयोग मामलों की अनुमति मिलती है।
हाइड्रोजन आंतरिक दहन इंजन दशकों से उपयोग में हैं और इन्हें बुनियादी ढांचे में बदलाव की आवश्यकता नहीं होती। इसलिए, वाहन निर्माताओं के लिए, मौजूदा तकनीक के उपयोग के कारण हाइड्रोजन इंजन में स्विच करना कम चुनौतीपूर्ण है। फ्यूल सेल्स, दूसरी ओर, हल्के, शांत और उनकी उच्च दक्षता के लिए जाने जाते हैं। वे हाइड्रोजन में संग्रहीत ऊर्जा का 60% तक विद्युत शक्ति में परिवर्तित करते हैं।
क्योंकि वे दहन इंजनों की तुलना में कम तापमान पर काम करते हैं, फ्यूल सेल्स में आग या विस्फोट का जोखिम भी कम होता है। हालांकि, चूंकि वे अपेक्षाकृत नई तकनीक हैं, फ्यूल सेल्स हाइड्रोजन दहन इंजनों की तुलना में अधिक महंगे विकल्प हैं।
यह इसका मतलब नहीं है कि वे एक-दूसरे के साथ प्रतिस्पर्धा कर रहे हैं, बल्कि HICEs और FCEVs एक-दूसरे को पूरक करते हैं। अंततः, दोनों समान हाइड्रोजन उत्पादन, भंडारण, परिवहन, और वितरण बुनियादी ढांचे में शामिल हैं और शून्य की ओर परिवहन उत्सर्जन को कम करने का हिस्सा हैं।
हाइड्रोजन दहन के फायदे और नुकसान का मूल्यांकन
तो, हाइड्रोजन का उपयोग स्पष्ट रूप से महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है, लेकिन विशेष रूप से हाइड्रोजन दहन के बारे में क्या? जैसा कि हमने ऊपर कहा, HICEs का मुख्य लाभ पर्यावरणीय प्रभाव है।
इन इंजनों का मुख्य उपउत्पाद जल वाष्प होता है, जो पारंपरिक गैसोलीन इंजनों की तुलना में एक महत्वपूर्ण लाभ है। ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को कम करने के अलावा, हाइड्रोजन दहन इंजन लगभग 45% की उच्च थर्मल दक्षता रखते हैं, जबकि डीजल इंजन 40% से कम और पेट्रोल इंजन 30% से कम होते हैं।
HICEs का एक और बड़ा लाभ यह है कि इन्हें मौजूदा आंतरिक दहन इंजन तकनीक का उपयोग करके बनाया जा सकता है, इसलिए अतिरिक्त बुनियादी ढांचा या कार्यबल को पुनः प्रशिक्षित करने की आवश्यकता नहीं है। इसके अलावा, यह तत्व विभिन्न स्रोतों जैसे बायोमास, जल इलेक्ट्रोलिसिस, और प्राकृतिक गैस से उत्पन्न किया जा सकता है, जिससे यह साफ ऊर्जा की बढ़ती मांग को पूरा करने में सक्षम है।
हाइड्रोजन को ईंधन के रूप में उपयोग करने का मामला निश्चित रूप से मजबूत है, लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि कोई समस्याएँ नहीं हैं। वास्तव में, हाइड्रोजन दहन इंजन कई चुनौतियों का सामना करते हैं जिन्हें संबोधित करने की आवश्यकता है।
शुरुआत में, हमें हाइड्रोजन टैंकों के लिए बड़ी भंडारण जगह चाहिए, जिससे वाहन का वजन काफी बढ़ जाता है। यह, बेशक, पहनने और फटने के जोखिम को बढ़ाता है, जिससे वाहन का जीवनकाल घटता है। ईंधन भी आसानी से जलता है, जिसका मतलब है कि इंजन भागों के लिए खतरे होते हैं। हाइड्रोजन को संभालना भी आसान नहीं है। यह एक समय-साध्य और ऊर्जा-गहन प्रक्रिया है।
इसी बीच, इसकी ऊर्जा घनत्व कम है, जिसका अर्थ है कि उत्पन्न शक्ति पारंपरिक दहन इंजनों की तुलना में अपेक्षाकृत कम है। पेट्रोल जैसे अन्य ईंधनों की तुलना में, जिन्हें 8:1 संपीड़न अनुपात चाहिए, हाइड्रोजन दहन इंजनों को 40:1 की आवश्यकता होती है, जो एक और समस्या पेश करता है। इसके अलावा, इन इंजनों का बड़े पैमाने पर उत्पादन महंगा कार्य है।
जबकि हाइड्रोजन को कम उत्सर्जन के कारण चुना गया है, दहन इंजन अभी भी कुछ NOx उत्सर्जन के कारण कार्बन फुटप्रिंट बनाते हैं, जो इन इंजनों के मूल उद्देश्य को नकारता है। इसलिए, हीट और शेष उत्सर्जन को आफ्टर-ट्रीटमेंट सिस्टम के माध्यम से प्रबंधित करना महत्वपूर्ण है।
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क्या हाइड्रोजन दहन इंजन भविष्य हैं?
हाइड्रोजन दहन इंजन (HICEs) दशकों से मौजूद हैं। दुनिया का पहला प्रयोगात्मक व्यावसायिक विमान जो तरल हाइड्रोजन पर चलता है, टुपोलेव Tu-155, 1988 में उड़ान भरा था। यह दर्शाता है कि HICEs उतने नए नहीं हैं जितना कई लोग सोचते हैं।
वर्षों में व्यापक अपनापन न मिलने के बावजूद, HICEs ने हाल ही में टॉयोटा, बॉश, होंडा, कमिन्स, डाइमलर, सुज़ुकी, और वोल्वो जैसे बड़े ऑटोमोबाइल ब्रांडों की ओर से नई रुचि आकर्षित की है। यहां तक कि एयरोस्पेस सेक्टर भी हाइड्रोजन दहन की खोज कर रहा है। उदाहरण के लिए, एयरबस ने अपने ZEROe अवधारणा विमान के लिए विभिन्न उद्योगों के साझेदारों के साथ सहयोग किया है, जिसे हाइड्रोजन दहन पर चलाने के लिए डिजाइन किया गया है।
परिवहन क्षेत्र में हाइड्रोजन दहन इंजनों के उपयोग में बढ़ती रुचि है, लेकिन अभी के लिए वे इलेक्ट्रिक वाहनों (EVs) से तीव्र प्रतिस्पर्धा का सामना कर रहे हैं।
जबकि HICEs लगभग शून्य उत्सर्जन उत्पन्न करते हैं, EVs को शक्ति के लिए बिजली की आवश्यकता होती है और इसलिए वे टेलपाइप पर शून्य उत्सर्जन का दावा करते हैं। EVs की ऊर्जा दक्षता भी HICEs की तुलना में अधिक है, क्योंकि दहन प्रक्रिया में कुछ ऊर्जा खो जाती है।
हालांकि EVs को नई बुनियादी ढांचे की आवश्यकता होती है, चार्जिंग स्टेशन तेजी से बढ़ रहे हैं। दूसरी ओर, हाइड्रोजन रीफ़्यूलिंग स्टेशन काफी कम हैं, हालांकि हाइड्रोजन कार को रीफ़्यूल करना इलेक्ट्रिक कार को चार्ज करने से तेज़ है।
BYD, टेस्ला, रिवियन, जनरल मोटर्स, वोल्वो और कई अन्य कंपनियां EV क्षेत्र में बड़ी प्रगति कर रही हैं। इलेक्ट्रिक वाहन (EV) बाजार का लगभग $384 बिलियन मूल्यांकित था, जबकि हाइड्रोजन आंतरिक दहन इंजन (HICEs) का वैश्विक बाजार प्रोजेक्टेड 2030 तक $35 बिलियन तक पहुंचने के लिए।
कार निर्माताओं अब हाइड्रोजन दहन प्रौद्योगिकी के साथ प्रयोग कर रहे हैं, लेकिन प्रगति EV तकनीक की तुलना में अपेक्षाकृत धीमी है। उद्योग को कई उत्पादन बाधाओं को पार करना होगा, जैसे लागत, जिससे EVs अस्थायी रूप से परिवहन क्षेत्र में प्रमुख रहेंगे। हालांकि, HICEs निकट भविष्य में परिवहन ईंधन मिश्रण का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बन सकते हैं।
हाइड्रोजन को ईंधन के रूप में नज़रअंदाज़ नहीं किया जा सकता, और HICEs सतत परिवहन के भविष्य में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं। हालांकि, इसे संभव बनाने के लिए, सरकार का समर्थन और प्रौद्योगिकी उन्नति आवश्यक है।
हाइड्रोजन अभी भी भविष्य का ईंधन क्यों हो सकता है, यह जानने के लिए यहाँ क्लिक करें।
HICEs के क्षेत्र में हालिया विकास
पिछले दशक में, कार्बन मुक्तिकरण देशों और कंपनियों के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण हो गया है। विशेष रूप से परिवहन क्षेत्र, जो विश्व के 10% ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन का कारण है, अत्यधिक महत्वपूर्ण है।
पेरिस (COP21) और ग्लासगो (COP26) समझौतों के अनुसार, परिवहन प्रोपल्शन तकनीक को CO2 को तेजी से कम करने की आवश्यकता है। इसके लिए, हमें एक प्रभावी समाधान चाहिए, लेकिन ऐसा कोई एकल समाधान नहीं है जो सभी उत्तर दे सके। विभिन्न समाधान का मिश्रण वास्तव में मुद्दों को अधिक प्रभावी ढंग से कम कर सकता है। इसमें हाइड्रोजन दहन इंजन शामिल हैं, जिन्हें वर्तमान वाहन आर्किटेक्चर में न्यूनतम परिवर्तन की आवश्यकता होती है।
एक तार्किक और अत्यधिक कुशल विकल्प के रूप में, HICEs को काफी ध्यान और प्रगति मिल रही है। हाल ही में, अल्बर्टा विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक नया कोटिंग सामग्री विकसित की है जो हाइड्रोजन दहन इंजनों के लिए आशाजनक दिखती है। नया जटिल केंद्रित मिश्रधातु, AlCrTiVNi5, में उत्कृष्ट थर्मोमैकेनिकल गुण हैं, जिसमें कम विस्तार, उच्च स्थिरता, फ्रैक्चर टॉलरेंस, और उच्च तापमान तथा उच्च दबाव वाले वातावरण को सहन करने की क्षमता शामिल है।
नए कोटिंग की मौजूदा व्यावसायिक रूप से उपलब्ध मिश्रधातुओं से तुलना करने पर, शोधकर्ताओं ने पाया कि AlCrTiVNi5 ने ‘900 डिग्री सेल्सियस पर 100 घंटे तक जंगली वातावरण में टिके रहने’ और ‘वर्तमान बाजार में किसी भी चीज़ से बेहतर प्रदर्शन’ किया, जिससे हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था को आगे बढ़ाने का द्वार खुला।
इस महीने की शुरुआत में, टॉयोटा ने भी घोषणा की कि हाइड्रोजन दहन को व्यावहारिक बनाने के प्रयास में, उसने एक आंतरिक दहन इंजन बनाया है जो सिंथेटिक ईंधन, बायोडीजल, गैसोलीन, और हाइड्रोजन पर चल सकता है। इसे संभव बनाने के लिए, इंजीनियरों ने GR Corolla रेस कार के 1.6-लीटर इंजन का उपयोग किया, जिसने थर्मल दक्षता को संतुलित करने की चुनौती को पार किया। इसके नए इंजन 10% से 20% छोटे हैं लेकिन अधिक शक्तिशाली हैं।
“कार्बन न्यूट्रैलिटी हासिल करने और हाइड्रोजन को एक स्वच्छ और नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग को बढ़ावा देने के प्रयास के हिस्से के रूप में इस इंजन का विकास।”
हाइड्रोजन से संबंधित यह विकास विश्व भर में हो रहा है। पिछले साल के अंत में, भारत की सबसे बड़ी ऑटोमोबाइल कंपनी, टाटा मोटर्स ने R&D सुविधाओं का अनावरण किया जिसमें HICEs के विकास के लिए एक इंजन टेस्ट सेल और हाइड्रोजन ईंधन के भंडारण और वितरण के लिए बुनियादी ढांचा शामिल है।
इस वर्ष, टाटा ने अमेरिकी दिग्गज कमिन्स के साथ भारत में मध्यम और भारी वाणिज्यिक वाहनों के लिए HICEs के निर्माण हेतु एक उत्पादन सुविधा के लिए सहयोग किया। यह पिछले साल घोषित संयुक्त उद्यम के बाद आया, जिसमें 4,000 H2 इंजन प्रति वर्ष और 10,000 बैटरी सिस्टम बनाने के लिए $424 मिलियन खर्च करने की योजना थी।
हाइड्रोजन दहन इंजन विकसित करने वाली कंपनियां
अब, आइए इस क्षेत्र में कुछ बड़े नामों पर नज़र डालें:
#1. Honda
यह कार निर्माता हाइड्रोजन दहन इंजनों में सक्रिय रूप से संलग्न है, एक सहयोगी परियोजना HySE (Hydrogen Small Mobility & Engine Technology) के माध्यम से, जिसमें टॉयोटा, यामाहा, कावासाकी, और सुज़ुकी शामिल हैं, HICEs की संभावनाओं का पता लगाने के लिए। प्रारंभ में तकनीक की व्यवहार्यता के बारे में संदेह था, लेकिन होंडा ने ‘HySE-X1’ विकसित किया, जिसमें 1.6-लीटर चार-सिलेंडर हाइड्रोजन-चालित इंजन है। (TSLA ) (GM )
HMC मूल्य चार्ट
होंडा एक $56.188 बिलियन मार्केट कैप कंपनी है, जिसकी शेयर वर्तमान में $31.93 पर ट्रेड हो रहे हैं, YTD में 3.25% वृद्धि के साथ। कंपनी की राजस्व (TTM) $130 बिलियन, EPS (TTM) 7.37, P/E (TTM) 4.33, और डिविडेंड यील्ड 4.19% है।
#2. Toyota
यह जापान-आधारित ऑटो निर्माता दशकों से हाइड्रोजन को ईंधन के रूप में उपयोग कर रहा है। इसके हाइड्रोजन दहन वाहन में GR Corolla H2 और GR Yaris H2 शामिल हैं। टॉयोटा ने सुपर टैक्यू एन्ड्योरेंस रेस में भाग लेकर अपने वाहन विकास को तेज किया। इस सप्ताह, टॉयोटा ने अपने नए इंजनों को दिखाया जो विभिन्न ईंधनों पर चल सकते हैं, जिसमें हाइड्रोजन भी शामिल है।
TM मूल्य चार्ट
टॉयोटा एक $314 बिलियन मार्केट कैप कंपनी है, जिसकी शेयर वर्तमान में $198.86 पर ट्रेड हो रहे हैं, YTD में 8.53% वृद्धि के साथ। कंपनी की राजस्व (TTM) $287 बिलियन, EPS (TTM) 24.18, P/E (TTM) 8.22, और डिविडेंड यील्ड 2.45% है।
निष्कर्ष
यह स्पष्ट है कि हाइड्रोजन दहन इंजन पर्यावरणीय प्रभाव में कमी, मौजूदा बुनियादी ढांचे पर निर्भरता, और उच्च थर्मल दक्षता के संदर्भ में बड़े लाभ प्रदान करते हैं। लेकिन निश्चित रूप से, केवल HICEs ही सतत परिवहन प्रदान नहीं कर सकते। विभिन्न समाधानों के मिश्रण के माध्यम से, हम एक सुरक्षित पर्यावरण हासिल कर सकते हैं। इस मिश्रण में, हालांकि, HICEs एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं और जीवाश्म ईंधनों से दूर संक्रमण में मदद कर सकते हैं।
अब, दशकों की अनसुलझी संभावनाओं के बाद, हाइड्रोजन-चालित वाहन अंततः नवीनीकृत रुचि, निजी निवेश, सरकारी समर्थन, और प्रौद्योगिकी उन्नति के कारण स्पॉटलाइट में आ सकते हैं।
