हमारा भविष्य ऊर्जा मिश्रण

ऊर्जा प्रणालियों की भविष्यवाणी

बहुत कम ही विषय हमारे सभ्यताओं के भविष्य ऊर्जा मिश्रण जितने जटिल और महत्वपूर्ण हैं। आप किससे पूछते हैं, इस पर निर्भर करता है—फॉसिल ईंधन पर निर्भरता को हटाना असंभव लग सकता है, या नवीकरणीय ऊर्जा तेज़ी से हावी हो जाएगी। वास्तविकता निश्चित रूप से जटिल है, और ऊर्जा का भविष्य भविष्यवाणी करना बहुत कठिन है।

इस लेख में, हम अपनी वर्तमान स्थिति को देखेंगे, कुछ संभावित परिदृश्यों को समझेंगे, और सबसे महत्वपूर्ण यह कि कौन से आर्थिक या तकनीकी परिवर्तन किसी परिदृश्य को दूसरे की तुलना में अधिक संभावित बना सकते हैं।

हम जहाँ हैं

यदि अब तक हमारी बढ़ती ऊर्जा उपयोग में कोई पैटर्न है, तो वह यह है कि नई ऊर्जा स्रोत आमतौर पर हमारे ऊर्जा मिश्रण में जोड़े जाते हैं, न कि पिछले को प्रतिस्थापित करते हैं।

उदाहरण के लिए, हम अभी भी 1800 के दशक के औद्योगिक क्रांति से पहले की तरह, यदि नहीं तो उससे अधिक, बायोमास (मुख्यतः लकड़ी) का उपयोग कर रहे हैं। इसी तरह, कोयला की खपत समय के साथ मुख्यतः बढ़ी है, जिस पर तेल, गैस, फिर जलविद्युत, परमाणु और नवीकरणीय ऊर्जा जोड़ी गई।

स्रोत: OurWorldInData

यह आश्चर्यजनक लग सकता है, यह देखते हुए कि हमारी विद्युत उत्पादन में नवीकरणीय ऊर्जा ने कितनी प्रगति की प्रतीत होती है। यह कई कारणों से है:

• चीन, जो नवीकरणीय ऊर्जा की नई क्षमता और इलेक्ट्रिक वाहन (EV) में परिवर्तन में अग्रणी है, कोयला पावर प्लांट निर्माण में भी अग्रणी है।
• प्राथमिक ऊर्जा खपत का अधिकांश हिस्सा बिजली उत्पादन में उपयोग नहीं होता। बल्कि, हमारी अधिकांश ऊर्जा खपत गतिशीलता, हीटिंग, और औद्योगिक उपयोगों जैसे इस्पात उत्पादन और पेट्रोकेमिकल (उर्वरक, प्लास्टिक, दवाइयाँ, रसायन आदि) से आती है।
• जनसंख्या वृद्धि और अरबों लोगों का अत्यधिक गरीबी से बाहर निकलना ऊर्जा खपत में वृद्धि का कारण बना, जहाँ सबसे सस्ता विकल्प अक्सर कोयला होता है। साथ ही अधिक मांस सेवन, एयर कंडीशनिंग, कारें, हवाई यात्रा आदि भी बढ़ी।
• अर्थव्यवस्था का वैश्वीकरण, जिससे वस्तुओं का परिवहन बहुत बढ़ गया, जिसमें कच्चे माल, अर्द्ध-परिवर्तित भाग और अंतिम वस्तुओं की कई बार आगे-पीछे आवाज़ें शामिल हैं।
• कृषि का औद्योगीकरण, उपज में वृद्धि और आवश्यक श्रम को कम करने के साथ-साथ फॉसिल ईंधन और उर्वरकों की खपत को भी बढ़ाता है।

जलवायु परिवर्तन और कार्बन उत्सर्जन को लेकर चिंतित किसी भी व्यक्ति के लिए, यह निराशाजनक दृष्टिकोण हो सकता है, जहाँ फॉसिल ईंधन हमारे वैश्विक ऊर्जा मिश्रण में दृढ़ता से स्थापित हैं। लेकिन यह पूरी तस्वीर नहीं है।

चल रही परिवर्तन

2016 में केवल एक विचार के रूप में, इलेक्ट्रिक कारें (EV) अब वैश्विक बिक्री का घातीय रूप से बढ़ता हिस्सा बन गई हैं, 2022 में 10 मिलियन से अधिक इलेक्ट्रिक कारें बेची गईं, अर्थात वैश्विक बिक्री का 14%, जिसमें चीन और यूरोप अग्रणी हैं।

स्रोत: IEA

नवीकरणीय ऊर्जा (जलविद्युत + सौर + पवन + भू-तापीय) का हिस्सा भी तेजी से बढ़ रहा है। जबकि कुछ देशों ने लंबे समय से इस सूची में उच्च स्थान रखा है, बड़े जलविद्युत संसाधनों (जैसे नॉर्वे, ब्राज़ील या कनाडा) के कारण, सौर + पवन ही वह क्षेत्र है जहाँ परिवर्तन हो रहा है।

स्रोत: Our World In Data

देश-वार दृष्टिकोण से 2010 में स्पष्ट मोड़ दिखता है, जब नवीकरणीय ऊर्जा अक्सर दोगुनी से अधिक हो गई, मुख्यतः सौर और पवन उत्पादन की वृद्धि द्वारा। उदाहरण के लिए, चीन और ऑस्ट्रेलिया:

स्रोत: OurWorldInData

स्रोत: OurWorldInData

इस परिवर्तन का एक बड़ा कारण नवीकरणीय ऊर्जा की लागत में तीव्र गिरावट रहा है। तकनीकी नवाचार और औद्योगिक उत्पादन के विस्तार दोनों ने इसे समान रूप से प्रेरित किया, जिससे नवीकरणीय ऊर्जा प्रतिस्पर्धी बन गई है। कागज़ पर, नवीकरणीय ऊर्जा अब फॉसिल ईंधन से सस्ती लगती है (इसके बारे में नीचे अधिक), जैसा कि IRENA (अंतर्राष्ट्रीय नवीकरणीय ऊर्जा एजेंसी) ने दिखाया है।

स्रोत: IRENA

चुनौतियाँ

पिछले कुछ वर्षों में, एक अजीब स्थिति उभरी। नवीकरणीय ऊर्जा की तेज़ी से घटती लागत ने कई लोगों को यह विश्वास दिलाया कि फॉसिल ईंधन जल्द ही डोडो पक्षियों की तरह समाप्त हो जाएंगे।

स्रोत: Twitter/X

लेकिन पिछले कुछ वर्षों में, कुछ मैक्रोइकोनॉमिक झटके ने इस विचार को प्रश्नांकित किया। यूक्रेन में युद्ध ने भारी महंगाई को जन्म दिया, और जर्मनी जैसे देशों को कोयले पर पुनः निर्भरता शुरू करने पर मजबूर किया।

और वही महंगाई ने नियोजित नवीकरणीय परियोजनाओं की लाभप्रदता को गंभीर रूप से नुकसान पहुँचाया। बड़े पैमाने पर ऑफ़शोर पवन परियोजनाएँ रद्द हुईं, सौर और पवन कंपनियों के शेयर मूल्य गिर गए, यह एक कष्टदायक अवधि रही। आप हमारे लेख “2023 नवीकरणीय ऊर्जा क्रैश” में अधिक पढ़ सकते हैं।

EV बिक्री भी प्रश्न में है, बाद में मुख्य निर्माताओं जैसे GM, Ford, या Honda द्वारा EV रणनीति को स्थगित या रद्द करने के बाद।

नवीकरणीय ऊर्जा की अस्थिरता

एक प्रमुख मुद्दा जिसे हल करना होगा वह ऊर्जा भंडारण है। पवन और सौर ऊर्जा उत्पादन मौसम पर निर्भर करता है और मांग से समयिक रूप से अलग हो सकता है। यह एक इलेक्ट्रिक ग्रिड के लिए समस्या है जिसे “जस्ट-इन-टाइम” उत्पादन और उत्पादन व मांग के बीच त्वरित संतुलन चाहिए।

कई संभावित विकल्प मौजूद हैं, लेकिन तकनीकें या तो अभी शुरू हो रही हैं, या पर्याप्त बड़े पैमाने पर अभी तक लागू नहीं हुई हैं। इससे दिन या गर्मियों में ऊर्जा अधिशेष और रात या सर्दियों में कमी होती है।

समस्या असंभव नहीं है, लेकिन इसके लिए समन्वित नीतियों और पावर ग्रिड में अधिक निवेश की आवश्यकता है।

और ईमानदारी से कहें तो, नवीकरणीय ऊर्जा की “वास्तविक” लागत में ऊर्जा भंडारण की लागत भी शामिल होनी चाहिए। नवीकरणीय ऊर्जा अभी पूरी तरह से फॉसिल ईंधन से सस्ती नहीं हो सकती, कम से कम जब यह देश के विद्युत उत्पादन का बड़ा हिस्सा बन जाए।

बैटरियों की सीमाएँ

EV अपनाने को ट्रैक पर रखने की चिंता समान तकनीकी सीमाओं के कारण है। जबकि शुरुआती अपनाने वाले अधिक अग्रिम लागत, कम रेंज, या ICE (इंटरनल कंबशन इंजन) वाहनों की तुलना में धीमी चार्जिंग समय को स्वीकार कर लेते थे, अन्य खरीदार नहीं कर सकते। लिथियम की कमी ने सफ़ेद धातु की कीमत बढ़ा दी, जिससे कुछ चिंताएँ उत्पन्न हुईं।

सौभाग्य से, नई बैटरी तकनीकें जल्द ही आ रही हैं, जैसे चीनी सोडियम-आयन बैटरियां और सॉलिड-स्टेट बैटरियां, जो EV कीमतों को कम करने और रेंज एंग्जायटी या आग के जोखिम जैसी वैध चिंताओं को दूर करने में मदद करेंगी।

बदलना कठिन ऊर्जा मांग

और फिर, कुछ ऊर्जा खपत को फॉसिल ईंधन से बदलना बहुत कठिन है। उदाहरण के लिए, लंबी दूरी की शिपिंग को अभी भी बहुत घना और तरल ईंधन चाहिए। उड़ान भी बहुत उच्च ऊर्जा घनत्व वाले स्रोत की मांग करती है, जिसे बैटरियां अभी प्रदान नहीं कर सकतीं। अधिकांश प्लास्टिक उत्पादन तेल पर, उर्वरक गैस पर, और इस्पात कोकिंग कोयले पर निर्भर है।

यहाँ भी समाधान मौजूद हैं, लेकिन वे कुछ हद तक अपरिपक्व तकनीकें हैं और वैश्विक स्तर पर लागू होने से दूर हैं।

गेम‑चेंजर तकनीकें

संभावित गेम‑चेंजर

कई समाधान पहले से उपलब्ध हैं जो नवीकरणीय और कम‑कार्बन तकनीक की वृद्धि को पुनः शुरू करने में मदद करेंगे।

परमाणु नवाचार

फिर भी विवादास्पद, परमाणु ऊर्जा एक कम‑कार्बन तकनीक है जो नवीकरणीय‑आधारित भविष्य की ओर अंतर को पाटने के लिए आवश्यक हो सकती है।

छोटे परमाणु रिएक्टर (SMRs) एक अन्य क्षेत्र है जिसने हाल ही में बढ़ती लागत और वैश्विक महंगाई से जुड़ी बुरी खबरों का सामना किया। लेकिन किसी भी स्थिति में, परमाणु तकनीक एक पुनर्जागरण से गुजर रही है, नई सुरक्षित डिज़ाइन छोटे रिएक्टर (SMRs और माइक्रो‑रिएक्टर) या नई ईंधन जैसे थोरियम पर केंद्रित हैं। इस बीच, चीन 24 नए बड़े परमाणु रिएक्टर बना रहा है, और कुल मिलाकर 150 रिएक्टर बनाने की योजना बना रहा है।

बेहतर नवीकरणीय

फॉसिल ईंधन की तुलना में घटती लागत संभवतः एक स्थायी प्रवृत्ति बनी रहेगी। यह विशेष रूप से सौर के लिए सत्य है, जिसमें थिन‑फ़िल्म सौर सेल या तीसरी पीढ़ी की सौर सेल (अमॉर्फ़स सिलिकॉन, ऑर्गेनिक पॉलिमर, या पेरोव्स्काइट क्रिस्टल) जैसी नवाचार शामिल हैं।

यूटिलिटी‑स्केल बैटरी परियोजनाएँ भी मदद करेंगी, 2025 तक वर्तमान क्षमता से तीन गुना अधिक।

स्रोत: EIA

सॉलिड‑स्टेट बैटरियां

बैटरी तकनीक पर काम करने वाले सभी जानते हैं कि सॉलिड‑स्टेट बैटरियां, जो वर्तमान लिथियम बैटरियों के तरल इलेक्ट्रोलाइट की आवश्यकता नहीं रखतीं, एक गेम‑चेंजर होंगी। कई कंपनियां 2026‑2029 तक अपनी सॉलिड‑स्टेट बैटरियों का संस्करण लॉन्च करने की बात कर रही हैं। इसमें QuantumScape (QS ) (QS), CATL (300750.SZ), Toyota (TM), Panasonic (6752.T), LG (051910.KS), और Samsung SDI (006400.KS) शामिल हैं। जबकि Tesla (TSLA ) (TSLA) अपनी स्वयं की सॉलिड‑स्टेट बैटरियों के विकल्प पर काम कर रही है।

अनुमानित गेम‑चेंजर

कुछ अन्य तकनीकें कम परिपक्व हैं, लेकिन और अधिक आशाजनक हैं और संभवतः 2040‑2050 और उसके बाद हमारी ऊर्जा प्राप्त करने का तरीका होंगी।

परमाणु सर्जेनरेटर

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की एक बड़ी चिंता परमाणु कचरा है। सर्जेनरेटर (या “ब्रिडर”) इन परमाणु कचरों को उपभोग कर उन्हें ऊर्जा और परमाणु ईंधन में बदल सकते हैं। इससे उपलब्ध परमाणु ईंधन लगभग असीमित हो सकता है, और परमाणु कचरे की समस्या में काफी कमी आ सकती है। एक बोनस यह है कि यह तकनीक वास्तव में नई नहीं है, क्योंकि इसे फ्रांस ने 1997 तक उपयोग किया था, इसलिए यह केवल राजनीतिक कठिनाइयों के कारण अनुमानित है।

अंतरिक्ष‑आधारित सौर ऊर्जा

कक्षा से सौर ऊर्जा उत्पादन करने से सौर ऊर्जा की सभी समस्याएँ एक साथ हल हो जाएँगी: कोई अस्थिरता नहीं, कोई बादल नहीं, सर्दियों में उत्पादन में गिरावट नहीं। अंतरिक्ष‑आधारित इंटरनेट, जैसे Starlink, के वास्तविक होने से यह इतना अजीब नहीं लगता।

यह कुछ है जिसे हमने अपने लेख “Sci‑Fi से Sky‑High तक: क्या कक्षा में सौर पैनल एक उज्ज्वल विचार हैं?” में आगे जांचा है।

भू‑तापीय

अब तक अधिकांशतः अनदेखा नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत, और 24/7 बेसलोड पावर प्रदान करने में सक्षम, भू‑तापीय ऊर्जा है। यह अंततः बदल रहा है, कंपनियों जैसे Vulkan Energy (VUL.AX), Ormat Technologies (ORA ) (ORA), और Eavor के साथ। ये कंपनियां, कुछ हद तक विडंबनापूर्ण, तेल उद्योग द्वारा ड्रिलिंग और फ्रैकिंग में किए गए प्रगति को पुनः उपयोग करके पृथ्वी के गर्मी स्रोतों को निकालती हैं। (हमने Ormat को इस लेख में और Vulkan को इसमें कवर किया है।)

सिंथेटिक ईंधन

नवीकरणीय (या यहाँ तक कि परमाणु) ऊर्जा से उत्पन्न शक्ति को गैस या तरल ईंधन बनाने के लिए उपयोग किया जा सकता है। इसमें हाइड्रोजन, अमोनिया, सिंथ गैस, या सिंथेटिक ईंधन शामिल हैं।

सिंथेटिक ईंधन का एक और विकल्प जीव विज्ञान का उपयोग करना हो सकता है, और माइक्रोएल्गी का उपयोग करके बायोफ्यूल उत्पन्न करना (देखें “एल्गल बायोफ्यूल: अगली ऊर्जा क्रांति?“) या बायो‑फरमेंटर्स से अपशिष्ट जैविक पदार्थ से बायोगैस और बायोमेथेन बनाना।

इन ईंधनों को फिर विमानों, जहाजों और अन्य अनुप्रयोगों में उपयोग किया जा सकता है जिन्हें बहुत घने ईंधन या बहुत उच्च दहन तापमान की आवश्यकता होती है (जैसे इस्पात निर्माण)।

फ्यूजन

फ्यूजन ऊर्जा का लक्ष्य हल्के तत्वों जैसे हाइड्रोजन को मिलाकर ऊर्जा उत्पन्न करना है, जिससे पृथ्वी पर वही प्रक्रिया दोहराई जाती है जो सूर्य को शक्ति देती है। तापमान मिलियन से लेकर सैकड़ों मिलियन डिग्री तक होते हैं, यह एक विशाल तकनीकी चुनौती है।

यह स्वच्छ ऊर्जा भी प्रदान करेगा, न कार्बन न ही परमाणु कचरा उत्पन्न करेगा, और “ईंधन” की असीमित आपूर्ति होगी, क्योंकि हाइड्रोजन ब्रह्मांड में सबसे अधिक प्रचुर तत्व है।

सबसे बड़ा फ्यूजन प्रोजेक्ट अंतर्राष्ट्रीय अनुसंधान संघ ITER है, जिसमें कई स्टार्टअप भी परमाणु फ्यूजन के सपने का पीछा कर रहे हैं, जैसे Helion, General Fusion (GFUZ ), Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy, और NEO Fusion (चीनी EV निर्माता Nio द्वारा वित्त पोषित)।

भविष्य की ऊर्जा मिश्रण(एँ)

हालाँकि दीर्घकाल में आशाजनक लगते हैं, हम मुख्यतः संभावित ऊर्जा मिश्रणों की जांच करेंगे, बिना ऊपर चर्चा किए गए “अनुमानित गेम‑चेंजर” के, क्योंकि हम 2040 के क्षितिज को देख रहे हैं।

EIA (एनर्जी इन्फॉर्मेशन एडमिनिस्ट्रेशन) ने कई परिदृश्य जारी किए हैं, जो आर्थिक वृद्धि और कम‑कार्बन तकनीक के अपनाने या न अपनाने पर निर्भर करते हैं।

अधिकांश मामलों में, ऊर्जा उपयोग बढ़ता रहेगा, और 2050 तक फॉसिल ईंधन अभी भी विश्व की अधिकांश ऊर्जा प्रदान करेंगे। यह एक प्रक्षेपण है यदि कोई कानून नहीं बदलता, और ऊर्जा में निवेश वर्तमान प्रवृत्ति के साथ रहता है।

स्रोत: EIA

जैसा चल रहा है

यह जलवायु परिवर्तन पर ध्यान देने वाले किसी भी व्यक्ति के लिए निराशाजनक परिदृश्य है। यह मानता है कि कोयला, गैस और तेल अगले दो दशकों तक हमारी ऊर्जा प्रणाली में प्रमुख शक्ति बने रहेंगे, और हमारी अधिकांश ऊर्जा का उत्पादन करेंगे।

यह असंभव नहीं है, जैसा कि जर्मनी के हालिया कोयले पर लौटने से स्पष्ट है, जबकि यह देश पहले नवीकरणीय ऊर्जा और ऊर्जा संक्रमण का चैंपियन माना जाता था।

उच्च‑प्रौद्योगिकी मार्ग

एक और विकल्प यह है कि हमारे समाज ऊर्जा के मामले में तकनीकी परिवर्तन को अपनाएँ। इसमें नवीकरणीय ऊर्जा शामिल है, लेकिन साथ ही बड़े पैमाने पर परमाणु, संभवतः पारंपरिक और छोटे दोनों प्रकार एक साथ।

यह एक परिदृश्य है जहाँ फॉसिल ईंधन से विद्युत उत्पादन या तो बेहतर विकल्पों द्वारा महँगा कर दिया जाता है या कानून द्वारा पूरी तरह प्रतिबंधित किया जाता है।

यह भी एक परिदृश्य है जहाँ EV तेज़ी से अपनाए जा रहे हैं, संभवतः नई बैटरी तकनीकों के कारण।

जबकि परमाणु बेसलोड पावर और सर्दियों की क्षमता प्रदान करता है, नवीकरणीय ऊर्जा अतिरिक्त उत्पादन को तरल ईंधन के लिए प्रबंधित कर सकती है ताकि उड़ान, शिपिंग और भारी उद्योग को डिकार्बनाइज़ किया जा सके।

कम‑उपभोग मार्ग

विकासशील दुनिया की ऊर्जा की भूख को देखते हुए, जिसमें केवल चीन ही नहीं, बल्कि दक्षिण अमेरिका, अफ्रीका, भारत और इंडोनेशिया शामिल हैं, यह परिदृश्य बहुत संभावित नहीं लग रहा है।

किसी तरह, यह वास्तविक डि‑ग्रोथ “चुनने” को शामिल करेगा, और संभवतः औसतन जीवन स्तर में गिरावट, विशेष रूप से कम यात्रा और अंतरराष्ट्रीय व्यापार। कृषि कुछ हद तक डि‑इंडस्ट्रियलाइज़ हो जाएगी, औद्योगिक गतिविधि घटेगी, और समग्र अर्थव्यवस्थाएँ अधिक स्थानीय हो जाएँगी।

ऐसे परिदृश्य को संभवतः बड़े अंतरराष्ट्रीय तनाव, युद्ध, या वैश्विक मंदी के साथ कल्पना किया जाना चाहिए, जो आर्थिक गतिविधियों में अचानक गिरावट को समझाता है, क्योंकि लोकतांत्रिक और निरंकुश दोनों देशों में स्वैच्छिक कम उत्पादन चुनना असंभव लगता है।

मध्यम‑परिदृश्य

यह एक परिदृश्य है जहाँ सब कुछ एक साथ होता है। फॉसिल ईंधन थोड़ी गिरावट पर हैं, लेकिन पूरी तरह से समाप्त नहीं हुए। कोयला कुल मिलाकर चरणबद्ध रूप से समाप्त हो रहा है, लेकिन तेल और गैस नहीं। कुछ देश परमाणु पर दांव लगाते हैं, अन्य नवीकरणीय पर, और कुछ जैसा चल रहा है वैसा ही रखते हैं।

विद्युतिकरण और डिकार्बनाइज़ेशन होते हैं लेकिन इच्छित गति से धीमी। कार्बन उत्सर्जन इस परिदृश्य में GIEC द्वारा कल्पित शून्य‑शुद्ध उत्सर्जन परिदृश्य से बहुत अधिक रहता है, जिससे वैश्विक तापमान बहुत अधिक न बढ़े।

यह ऊपर उल्लेखित EIA परिदृश्यों से बहुत अलग नहीं है। बाद में, कार्बन कैप्चर को डिकार्बनाइज़ेशन को तेज़ करने और पिछले उत्सर्जन को उलटने के लिए लागू किया जा सकता है।

ब्रेकथ्रू परिदृश्य

एक ऊर्जा उत्पादन ब्रेकथ्रू किया गया है, जिससे प्रचुर ऊर्जा मिलती है, और समाधान को जल्दी से पूरी दुनिया में लागू किया जा सकता है।

यह SpaceX (SPCX ) और चीनी कंपनियों के बीच नई अंतरिक्ष दौड़ के माध्यम से कक्षा सौर बुनियादी ढांचे में तीव्र गिरावट हो सकती है।

या 2025‑2026 में लॉन्च पर ITER की बड़ी सफलता।

या सौर और बैटरी तकनीक में क्रांतिकारी नई डिज़ाइन।

ऐसे परिवर्तन स्वभावतः लगभग अप्रत्याशित या मापने योग्य नहीं होते। लेकिन उन्हें पूरी तरह से खारिज नहीं किया जाना चाहिए।