कम्प्रेसर रहित हाइड्रोजन टरबाइन ने नासा रिकॉर्ड तोड़ा

जब ऊर्जा उत्पादन की बात आती है, तो आज हमारे पास भविष्य की एक दृष्टि है जिसमें जमीन पर या शायद कक्षा में भी सौर पैनल होते हैं, जो सूर्य के प्रकाश को बिजली में बदलते हैं, और अंततः शाम को ऊर्जा संग्रहीत करने के लिए एक बैटरी पार्क होता है।

लेकिन वास्तविकता में, बिजली अभी भी मुख्यतः विशाल घूमते टरबाइन द्वारा उत्पन्न की जाती है, जो जीवाश्म ईंधन (गैस, कोयला) को जलाकर या परमाणु प्रतिक्रियाओं की गर्मी से उत्पन्न भाप या जलविद्युत संयंत्रों में पानी के प्रवाह से चलती हैं। जबकि यह भविष्य में अप्रचलित हो सकता है, यह प्रकार की स्थापना अभी भी हमारी ऊर्जा प्रणालियों का मूल है।

एक कारण यह है कि यह तकनीक न केवल अच्छी तरह समझी गई है, बल्कि ऐसे टरबाइन ग्रिड की आवृत्ति को स्थिर करने में भी मदद करते हैं। यह इसलिए है क्योंकि घूमते टरबाइन स्वाभाविक रूप से वैकल्पिक धारा (AC) उत्पन्न करते हैं, जो लंबी दूरी के संचरण के लिए आवश्यक है, और टरबाइन का बड़ा द्रव्यमान ग्रिड की आवृत्ति को जड़त्व प्रदान करता है। इसके विपरीत, सौर पैनल केवल डीसी शक्ति उत्पन्न करते हैं, जो ग्रिड को स्थिर करने की क्षमता नहीं रखते।

यह विषय अधिक महत्वपूर्ण होता जा रहा है, जैसा कि बढ़ते हुए सौर पैनलों द्वारा पुराने बड़े घूर्णन जनरेटरों को बदलने के कारण विद्युत ग्रिड आवृत्ति की घटती स्थिरता से स्पष्ट है, जो समस्या 2025 में इबेरियन (स्पेन + पुर्तगाल) पावर ग्रिड के बड़े दुर्घटना के मूल में थी।

हालाँकि, परमाणु ऊर्जा अभी भी विवादास्पद और तैनाती में धीमी है, जबकि कई देशों में जलविद्युत संयंत्रों के स्थल पहले ही समाप्त हो चुके हैं। इसलिए यदि हम भरोसेमंद, कभी भी सक्रिय टरबाइन चाहते हैं जो ग्रिड को भी स्थिर करने में मदद करें, तो हमें कई दशकों तक प्राकृतिक गैस पर निर्भर रहना पड़ेगा।

यह अब अधिक समय तक सत्य नहीं रह सकता, क्योंकि जर्मनी के कार्ल्सरुहे इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (KIT) के शोधकर्ताओं ने हाइड्रोजन द्वारा संचालित एक नया कम्प्रेसर रहित टरबाइन के साथ रिकॉर्ड रनटाइम स्थापित किया है। चूंकि हरा हाइड्रोजन नवीकरणीय ऊर्जा से उत्पन्न किया जा सकता है, यह सूर्य के न चमकने और हवा के पर्याप्त न बहने के समय में भी ग्रिड को हरे हाइड्रोजन से चलाने का मार्ग खोलता है।

उन्होंने अपने निष्कर्षों को हनोवर मेसे 2026 में प्रस्तुत किया।

हाइड्रोजन का उपयोग कैसे करें

जब हाइड्रोजन को हमारे ऊर्जा प्रणालियों का केंद्रीय भाग बनाना हो, तो शोधकर्ताओं को दो अलग-अलग प्रकार की समस्याओं का समाधान करना पड़ता है।

पहला यह है कि हरे हाइड्रोजन को इतना सस्ता बनाना कि वह जीवाश्म ईंधन और अन्य नवीकरणीय + बैटरी विकल्पों के साथ प्रतिस्पर्धी हो सके। यह क्षेत्र तेज़ी से प्रगति कर रहा है, क्योंकि विभिन्न विकल्पों में सिलिकॉन कार्बाइड, कोबाल्ट, निकेल, या रुथेनियम, सिलिकॉन और टंगस्टन का मिश्रधातु, या यहाँ तक कि हरा हाइड्रोजन और पीने योग्य पानी का सह-उत्पादन शामिल हैं।

एक और प्रश्न यह है कि उत्पन्न हाइड्रोजन को फिर से ऊर्जा में कैसे बदला जाए। एक तरीका फ्यूल सेल्स है, जो हाइड्रोजन को सीधे एक इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया के माध्यम से बिजली में बदलते हैं, जैसे कि Plug Power द्वारा निर्मित (PLUG )। यह एक आशाजनक विचार है, लेकिन अक्सर महंगे उत्प्रेरकों और जटिल सेल डिज़ाइन की आवश्यकता होती है।

एक अन्य विकल्प, और कुछ हद तक सरल, यह है कि हाइड्रोजन को उसी तरह जलाया जाए जैसे हम प्राकृतिक गैस जलाते हैं। यह वाहन में एक आंतरिक दहन इंजन के माध्यम से किया जा सकता है, जो गैस पावर मोटर के बहुत समान है, इस विषय को आप हमारे लेख “5 हाइड्रोजन दहन इंजन जो परम्परा को तोड़ने वाले हैं” में और अधिक देख सकते हैं।

अब, बड़े पैमाने पर दहन और बड़े पैमाने पर बिजली उत्पादन के लिए, हाइड्रोजन टरबाइन भी एक अधिक परिपक्व तकनीक बनते जा रहे हैं और हाइड्रोजन का उपयोग करने का तीसरा विकल्प प्रदान करते हैं।

टर्बाइनों की अगली पीढ़ी

पारंपरिक टर्बाइनों की अक्षमता

इस अध्ययन में शोधकर्ताओं द्वारा उपयोग की गई तकनीक हाइड्रोजन टरबाइन के लिए विशेष रूप से उपयोगी हो सकती है, लेकिन यह केवल इस ईंधन तक सीमित नहीं है।

मुख्य अवधारणा यह है कि पारंपरिक गैस टरबाइन को संचालन के लिए लगभग आधी शक्ति वायु संपीड़न के लिए खर्च करनी पड़ती है। इसका मतलब है कि वे केवल 35% से 40% तक की थर्मल दक्षता प्राप्त करते हैं, और यदि निकास गर्मी को द्वितीयक भाप टरबाइन को चलाने के लिए उपयोग किया जाए तो 55%–64% तक पहुँचते हैं।

“एक पारंपरिक गैस टरबाइन, जैसे कि पावर प्लांट या विमान के पंखों के नीचे उपयोग होने वाले, अपनी शक्ति का लगभग 50 प्रतिशत वायु को उच्च दबाव पर संपीड़ित करने में खर्च करता है, जिससे प्रभावी दहन संभव हो सके — ऐसी शक्ति फिर बिजली उत्पादन के लिए उपलब्ध नहीं रहती।”

Professor Daniel Banuti, Director of the Institute of Thermal Energy Technology and Safety (ITES).

संपीड़न की आवश्यकता इसलिए होती है क्योंकि इसे ईंधन के प्रज्वलन के लिए आवश्यक उच्च दबाव बनाने में उपयोग किया जाता है।

दमन को प्रतिस्थापित करने के लिए विस्फोट

इस डिजाइन में, शोधकर्ताओं ने संपीड़न को दहन कक्ष के भीतर विस्फोट तरंगों से बदल दिया।

ये तरंगें एक द्रव-यांत्रिक अस्थिरता से उत्पन्न होती हैं, जो गैस के प्रवाह में तरंगों और भंवरों के पैटर्न बनाती हैं। इस प्रकार यह ऊर्जा-भारी मैकेनिकल संपीड़कों की आवश्यकता को पूरी तरह से बायपास कर देती है। इससे ऊर्जा बचती है, चलने वाले भागों की संख्या कम होती है, और दक्षता बढ़ती है।

एक और लाभ यह है कि यह विधि चलने वाले भागों की संख्या को घटाती है, जिससे डिजाइन और रखरखाव प्रक्रियाएँ सरल हो जाती हैं।

यह डिजाइन हाइड्रोजन के अलावा अन्य ईंधनों पर भी चलाया जा सकता है, लेकिन हाइड्रोजन विशेष रूप से विस्फोट टरबाइन के लिए उपयुक्त है: यह बहुत तेज़ी से प्रतिक्रिया करता है और स्थिर दबाव वृद्धि उत्पन्न कर सकता है।

विस्फोट टरबाइन की जटिलता

विस्फोट टरबाइन की कठिनाई नाम में ही है: सामान्य दहन प्रक्रिया के बजाय, टरबाइन में इंजेक्ट की गई गैस वास्तव में विस्फोट करती है। इसलिए टरबाइन को बिना नुकसान पहुँचाए चलाते रहना कठिन हो सकता है।

इस प्रयोग में, शोधकर्ताओं ने इसे रिकॉर्ड 303 सेकंड तक बिना नुकसान के चलाया। जबकि यह समय छोटा लग सकता है, 5 पूर्ण मिनट का संचालन पहले के परीक्षणों से बहुत अधिक है, जो केवल अंश सेकंड तक चलते थे। यह नासा के पिछले 250 सेकंड के रिकॉर्ड से भी अधिक है, जिसमें हाइड्रोजन का उपयोग नहीं किया गया था।

एक और चुनौती दहन/विस्फोट को बिजली में बदलना है, क्योंकि कक्ष के भीतर तेज़ और शक्तिशाली प्रतिक्रियाएँ ऊर्जा को टरबाइन तक स्थिर रूप से स्थानांतरित करना कठिन बनाती हैं। और स्थिर स्थानांतरण के बिना, आप बिजली उत्पादन के लिए आवश्यक स्थिर घूर्णन नहीं प्राप्त कर सकते।

“यह अत्यंत कठिन है क्योंकि कक्ष में बहुत तेज़ और तीव्र दहन प्रक्रियाएँ टरबाइन को स्थिर ऊर्जा स्थानांतरण करना चुनौतीपूर्ण बनाती हैं। हम पहले हैं जिन्होंने सफलतापूर्वक ऐसे टरबाइन को संचालित किया और प्रक्रिया में बिजली उत्पन्न की।”

Professor Daniel Banuti, Director of the Institute of Thermal Energy Technology and Safety (ITES).

संभावित अनुप्रयोग

इस प्रोटोटाइप का मुख्य भाग यह था कि उसने एक साथ तीन प्रयोगात्मक अवधारणाओं को प्रदर्शित किया:

• विस्फोट टरबाइन को कई मिनटों तक सफलतापूर्वक चलाया गया।
• हाइड्रोजन से इसे शक्ति प्रदान की गई, जिससे यह सिद्ध हुआ कि हाइड्रोजन की विशिष्ट रासायनिक प्रोफ़ाइल इस डिजाइन के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है।
• विस्फोट को बिजली उत्पादन से जोड़ा गया, जिससे प्रोटोटाइप के व्यावहारिक अनुप्रयोग का प्रदर्शन हुआ।

हाइड्रोजन का उपयोग करके, यह डिजाइन स्वयं में एक अलग वर्ग बन जाता है, न कि इसे परिपक्व और आर्थिक रूप से सिद्ध गैस-शक्ति टरबाइन से तुलना किया जाए। यह विस्फोट टरबाइन की संभावित कमजोरियों, जैसे उच्च दबाव की आवश्यकता और ईंधन की अत्यधिक प्रतिक्रियाशीलता, को एक शक्ति में बदल देता है।

साथ ही, यह तकनीक को भविष्य-प्रूफ़ अवधारणा के रूप में स्थापित करता है, क्योंकि यह ऐसा टरबाइन नहीं है जो जीवाश्म ईंधन के चरणबद्ध समाप्त होने पर अप्रचलित हो जाएगा।

दीर्घकाल में, इसका उपयोग बिजली उत्पादन से परे भी हो सकता है। विशेष रूप से, विमानन समान टरबाइन का उपयोग कर सकता है, क्योंकि अन्य जीवाश्म‑ईंधन‑संचालित विस्फोट टरबाइन पहले ही परीक्षण में हैं, विशेष रूप से Ram‑Rotor Detonation Engines (RRDE), जो टर्बोजेट और रैमजेट इंजनों के बाद विमान प्रोपल्शन की तीसरी पीढ़ी बन सकते हैं।

पावर टर्बाइनों में निवेश

GE Vernova

जब पावर जनरेशन के लिए टरबाइन की बात आती है, तो एक कंपनी है जो इस तकनीक की पहली तैनाती से ही मौजूद है और आज भी वैश्विक नेता है: General Electric।

विशाल औद्योगिक समूह के विभाजन के बाद, वह भाग जो टरबाइन और पावर जनरेशन तकनीक को विरासत में मिला, अब GE Vernova कहलाता है।

आज कंपनी अभी भी घूमने वाली हर चीज़ में विशेषज्ञ है, जिसके पास 55,000 GE पवन टरबाइन और 7,000 GE गैस टरबाइन सक्रिय रूप से चल रहे हैं। कई जल और परमाणु शक्ति संयंत्रों में भी GE टरबाइन लगे हैं, जो विश्व की कुल बिजली का लगभग 25% उत्पन्न करते हैं।

स्रोत: GE Vernova

यह GE को पावर टरबाइन का संदर्भ बनाता है, न केवल गैस के साथ, बल्कि किसी भी ईंधन या ऊर्जा स्रोत के साथ जो उन्हें घुमाने में सक्षम हो, जिसमें गैस, भाप और पानी शामिल हैं।

यह इसलिए है क्योंकि GE की विशेषज्ञता केवल ईंधन या दहन को संभालने में नहीं, बल्कि सामग्री विज्ञान में भी है, जिससे टरबाइन को यथासंभव प्रतिरोधी, कुशल, सस्ता और हल्का बनाया जा सके, साथ ही अनूठे पेटेंट और वर्चुअल मॉडल एक टिकाऊ प्रतिस्पर्धी रक्षक बनाते हैं।

इस प्रकार, GE Vernova टरबाइन विश्व की सबसे बड़ी उपयोगिता कंपनियों के लिए प्राथमिक विकल्प हैं।

स्रोत: GE Vernova

इसलिए हाइड्रोजन की ओर बदलाव अपेक्षित है, और कंपनी पहले से ही हाइड्रोजन संपीडकों और अपने स्वयं के हाइड्रोजन टरबाइन डिज़ाइनों जैसे क्षेत्रों में बढ़ रही है, जिनके पास पहले ही 10 मिलियन संचालन घंटे दर्ज हैं, जो इस अक्सर खतरनाक और उपयोग में कठिन गैस को संभालने में उनकी कौशल को दर्शाते हैं।

“चूंकि गैस टरबाइन स्वाभाविक रूप से ईंधन-लचीला हैं, उन्हें नई इकाई के रूप में हरे हाइड्रोजन या समान ईंधनों पर चलाने के लिए कॉन्फ़िगर किया जा सकता है, या पारंपरिक ईंधनों पर विस्तारित सेवा के बाद भी अपग्रेड किया जा सकता है। GE Vernova का व्यापक क्षेत्रीय अनुभव हमारे इंजीनियरों को हाइड्रोजन को गैस टरबाइन ईंधन के रूप में उपयोग करने के प्रभाव को समझने में सक्षम बनाता है।”

GE में निवेशकों को अल्पावधि में मौजूदा पवन और गैस टरबाइन, साथ ही जल एवं परमाणु टरबाइन पर ध्यान देना चाहिए, जो अगले 10 वर्षों में कंपनी के व्यवसाय का अधिकांश हिस्सा बनाते हैं।

लेकिन मौजूदा संयंत्रों को हाइड्रोजन में दीर्घकालिक अपग्रेड करने की संभावना व्यवसाय को स्वाभाविक रूप से लचीला बनाती है, साथ ही अन्य तकनीकों के साथ जहाँ GE Vernova बहुत अधिक अनुसंधान एवं विकास कर रहा है, जैसे कार्बन कैप्चर, SMRs, हाई वोल्टेज डायरेक्ट करंट (HVDC), ऊर्जा भंडारण, इलेक्ट्रिक फर्नेस, औद्योगिक हीट पंप आदि।

नवीनतम GE Vernova (GEV) स्टॉक समाचार और विकास