हमारे भविष्य की ऊर्जा मिश्रण

ऊर्जा प्रणालियों की भविष्यवाणी

कुछ विषय हैं जो उतने ही जटिल और महत्वपूर्ण हैं जितना कि हमारी सभ्यता की भविष्य की ऊर्जा मिश्रण। यह देखने पर निर्भर करता है कि आप किससे पूछते हैं, जीवाश्म ईंधन पर निर्भरता को हिलाना असंभव है, या नवीकरणीय संसाधन जल्दी से अधिग्रहण कर रहे हैं। वास्तविकता जटिल है, और यह भविष्यवाणी करना बहुत मुश्किल है कि ऊर्जा का भविष्य क्या होगा।

इस लेख में, हम वर्तमान स्थिति पर नजर डालेंगे, कुछ संभावित परिदृश्यों पर विचार करेंगे, और अधिक महत्वपूर्ण बात, आर्थिक या प्रौद्योगिकी परिवर्तन क्या हैं जो एक परिदृश्य को दूसरे की तुलना में अधिक संभावित बना देंगे।

हम कहां हैं

अगर हमारी बढ़ती ऊर्जा खपत में एक पैटर्न है, तो यह है कि नई ऊर्जा स्रोत हमारे ऊर्जा मिश्रण में जोड़े जाते हैं, न कि पिछले एक को बदलने के लिए।

उदाहरण के लिए, हम अभी भी उतनी ही, यदि अधिक नहीं, जैविक ईंधन (मुख्य रूप से लकड़ी) का उपयोग कर रहे हैं जितना कि 1800 के दशक में, औद्योगिक क्रांति से पहले। इसी तरह, कोयला की खपत मुख्य रूप से समय के साथ बढ़ी है, जिस पर तेल, गैस, और फिर जलविद्युत, परमाणु, और नवीकरणीय ऊर्जा जोड़ी गई हैं।

स्रोत: OurWorldInData

यह आश्चर्य की बात हो सकती है, यह देखते हुए कि बिजली उत्पादन में नवीकरणीय संसाधनों ने कितनी प्रगति की है। यह कई कारणों से है:

• चीन, नवीकरणीय संसाधनों की नई क्षमता और इलेक्ट्रिक वाहनों में संक्रमण का नेतृत्व कर रहा है, कोयला बिजली संयंत्र निर्माण में भी नेतृत्व कर रहा है।
• प्राथमिक ऊर्जा की अधिकांश खपत बिजली उत्पादन के लिए नहीं है। इसके बजाय, हमारी अधिकांश ऊर्जा खपत गतिशीलता, गर्मी, और औद्योगिक उपयोग जैसे इस्पात उत्पादन और पेट्रोकेमिकल्स (उर्वरक, प्लास्टिक, फार्मास्यूटिकल्स, रसायन, आदि का उत्पादन) से आती है।
• जनसंख्या वृद्धि और अरबों लोगों के अत्यधिक गरीबी से बाहर निकलने का अर्थ था बढ़ती ऊर्जा खपत, जिसमें अक्सर सस्ता विकल्प कोयला था। साथ ही अधिक मांस की खपत, एयर कंडीशनिंग, कारें, विमान यात्रा, आदि।
• अर्थव्यवस्था का वैश्वीकरण, जिससे माल की परिवहन में बहुत अधिक वृद्धि हुई, जिसमें कच्चे माल, अर्ध-परिवर्तित भागों, और अंतिम उत्पादों की कई बार आंदोलन शामिल है।
• कृषि का औद्योगिकीकरण, जिससे उपज में वृद्धि हुई और आवश्यक श्रम की आवश्यकता कम हो गई, लेकिन जीवाश्म ईंधन और उर्वरकों की खपत भी बढ़ गई।

जो कोई भी जलवायु परिवर्तन और कार्बन उत्सर्जन से चिंतित है, यह एक निराशाजनक दृष्टिकोण प्रदान कर सकता है, जिसमें जीवाश्म ईंधन हमारे वैश्विक ऊर्जा मिश्रण में दृढ़ता से स्थापित हैं। लेकिन यह वास्तव में पूरी तस्वीर नहीं है।

जारी परिवर्तन

2016 में एक सिद्धांत से अधिक कुछ नहीं, इलेक्ट्रिक कारें (ईवी) अब वैश्विक बिक्री का एक बढ़ता हुआ हिस्सा हैं, 2022 में 10 मिलियन से अधिक इलेक्ट्रिक कारें बेची गईं, या वैश्विक बिक्री का 14%, चीन और यूरोप के नेतृत्व में।

स्रोत: IEA

नवीकरणीय ऊर्जा (जलविद्युत + सौर + पवन + भू-तापीय) का हिस्सा भी तेजी से बढ़ रहा है। और जबकि कुछ देश लंबे समय से इस सूची में उच्च रहे हैं, विशाल जलविद्युत संसाधनों के कारण (जैसे नॉर्वे, ब्राजील, या कनाडा), सौर + पवन वास्तव में वह जगह है जहां परिवर्तन हो रहा है।

स्रोत: Our World In Data

एक देश-वार दृष्टिकोण से देखने पर स्पष्ट रूप से 2010 में एक मोड़ दिखाई देता है जब अक्सर नवीकरणीय संसाधनों में वृद्धि होती है, जो अक्सर सौर और पवन उत्पादन में वृद्धि के कारण होती है। उदाहरण के लिए, चीन और ऑस्ट्रेलिया:

स्रोत: OurWorldInData

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इस परिवर्तन का एक बड़ा चालक नवीकरणीय संसाधनों की लागत में तेजी से गिरावट है। प्रौद्योगिकी नवाचार और औद्योगिक उत्पादन के पैमाने के कारण समान रूप से, यह नवीकरणीय संसाधनों को जीवाश्म ईंधन की तुलना में अधिक प्रतिस्पर्धी बना दिया है। कम से कम कागज पर, नवीकरणीय संसाधन जीवाश्म ईंधन की तुलना में सस्ता लगता है (नीचे और देखें), जैसा कि आईआरईएनए (अंतर्राष्ट्रीय नवीकरणीय ऊर्जा एजेंसी) द्वारा दिखाया गया है।

स्रोत: IRENA

चुनौतियां

पिछले कुछ वर्षों में, एक अजीब स्थिति उत्पन्न हुई है। नवीकरणीय संसाधनों की लागत में तेजी से गिरावट ने कई लोगों को यह विश्वास दिला दिया है कि जीवाश्म ईंधन जल्द ही दूर हो जाएगा।

स्रोत: Twitter/X

लेकिन पिछले कुछ वर्षों में, कुछ मैक्रोइकॉनोमिक झटके ने इस विचार को संदेह में डाल दिया है। यूक्रेन में युद्ध ने बड़े पैमाने पर मुद्रास्फीति को ट्रिगर किया और जर्मनी जैसे देशों को कोयले पर अपनी निर्भरता को फिर से शुरू करने के लिए मजबूर किया।

और उसी मुद्रास्फीति ने नवीकरणीय परियोजनाओं की लाभप्रदता को गंभीर रूप से नुकसान पहुंचाया है। बड़े तटीय पवन परियोजनाओं को रद्द कर दिया गया, सौर और पवन कंपनियों के शेयर मूल्य में गिरावट, यह एक दर्दनाक अवधि रही है। आप हमारे लेख “2023 नवीकरणीय ऊर्जा दुर्घटना” में अधिक पढ़ सकते हैं।

यहां तक कि इलेक्ट्रिक वाहन बिक्री भी संदेह में है, जीएम, फोर्ड, या होंडा जैसे प्रमुख निर्माताओं द्वारा इलेक्ट्रिक वाहन रणनीति को स्थगित या रद्द करने के बाद।

नवीकरणीय संसाधनों की अंतर्मितता

एक मुख्य मुद्दा जिसे हल करने की आवश्यकता है वह ऊर्जा भंडारण है। पवन और सौर ऊर्जा उत्पादन मौसम पर निर्भर करता है और मांग से अस्थायी रूप से जुड़ा हो सकता है। यह एक समस्या है जो एक बिजली ग्रिड को “न्यूनतम समय” उत्पादन और उत्पादन और मांग के बीच तात्कालिक संतुलन की आवश्यकता होती है।

विकल्पों की कमी नहीं है, लेकिन प्रौद्योगिकियां या तो शुरुआत में हैं या पर्याप्त पैमाने पर तैनात नहीं की गई हैं। यह दिन और/या गर्मियों में ऊर्जा की अधिकता और रात और/या सर्दियों में कमी की ओर ले जाता है।

समस्या असाध्य नहीं है, लेकिन इसके लिए अच्छी तरह से समन्वित नीतियों और बिजली ग्रिड में अधिक निवेश की आवश्यकता है।

और ईमानदारी से, यह भी स्वीकार करना कि नवीकरणीय संसाधनों की “वास्तविक” लागत में ऊर्जा भंडारण की लागत शामिल होनी चाहिए। नवीकरणीय संसाधन जीवाश्म ईंधन की तुलना में पूरी तरह से सस्ता नहीं हो सकता है, कम से कम जब वे देश के बिजली उत्पादन का एक बड़ा हिस्सा बन जाते हैं।

बैटरी की सीमाएं

इलेक्ट्रिक वाहन अपनाने के लिए चिंता इसी तरह की प्रौद्योगिकी सीमाओं के कारण है। जबकि शुरुआती अपनाने वाले अधिक आगे की लागत, कम दूरी या आंतरिक दहन इंजन वाहनों की तुलना में धीमी चार्जिंग समय से ठीक थे, अन्य खरीदार ऐसा नहीं हो सकते हैं। लिथियम की कमी ने भी सफेद धातु की कीमत बढ़ा दी, जिससे चिंता पैदा हुई।

सौभाग्य से, नए बैटरी प्रौद्योगिकियां जल्द ही आ रही हैं, चीनी सोडियम-आयन बैटरी से लेकर ठोस-राज्य बैटरी तक, जो इलेक्ट्रिक वाहन की कीमतों को कम करने और वैध चिंताओं जैसे दूरी की चिंता या आग के खतरे को रद्द करने में मदद करेंगी।

कठिन-से-स्विच ऊर्जा मांग

और फिर, कुछ ऊर्जा खपत को जीवाश्म ईंधन से दूर करना मुश्किल है। उदाहरण के लिए, लंबी दूरी की शिपिंग अभी भी एक बहुत ही घने और तरल ईंधन की आवश्यकता होती है जो काम कर सके। उड़ान भी एक बहुत ही उच्च ऊर्जा घनत्व ऊर्जा स्रोत की आवश्यकता होती है, जो बैटरी अभी तक प्रदान नहीं कर सकती हैं। अधिकांश प्लास्टिक उत्पादन तेल पर निर्भर करता है, उर्वरक गैस पर, और इस्पात कोकिंग कोयले पर।
यहां भी समाधान हैं, लेकिन वे अभी तक परिपक्व प्रौद्योगिकियां नहीं हैं और वैश्विक स्तर पर तैनात नहीं हैं।

गेम चेंजर प्रौद्योगिकियां

संभावित गेम चेंजर

नवीकरणीय संसाधनों और कम कार्बन प्रौद्योगिकी के विकास को फिर से शुरू करने में मदद करने के लिए कई समाधान पहले से ही उपलब्ध हैं।

परमाणु नवाचार

विवादास्पद होने के बावजूद, परमाणु ऊर्जा एक कम कार्बन प्रौद्योगिकी है जो नवीकरणीय संसाधनों की ओर बढ़ने के लिए एक पुल के रूप में आवश्यक हो सकती है।

छोटे परमाणु रिएक्टर (एसएमआर) एक अन्य क्षेत्र है जो हाल ही में वैश्विक मुद्रास्फीति से जुड़ी बढ़ती लागत के कारण बुरी खबरों से पीड़ित है। लेकिन किसी भी मामले में, परमाणु प्रौद्योगिकी एक पुनर्जागरण के माध्यम से गुजर रही है, जिसमें नए, सुरक्षित डिज़ाइन हैं जो छोटे रिएक्टरों (एसएमआर और माइक्रो-रिएक्टर) या नए ईंधन जैसे थोरियम की ओर देखते हैं। इस बीच, चीन 24 नए बड़े परमाणु रिएक्टर बना रहा है, और कुल 150 रिएक्टरों की योजना बना रहा है।

बेहतर नवीकरणीय संसाधन

जीवाश्म ईंधन की तुलना में नवीकरणीय संसाधनों की लागत में गिरावट एक स्थायी रुझान होने की संभावना है। यह विशेष रूप से सौर ऊर्जा के लिए सच है, जिसमें पतली फिल्म सौर सेल या तीसरी पीढ़ी के सौर सेल (अमोर्फस सिलिकॉन, कार्बनिक पॉलिमर, या पेरोवस्काइट क्रिस्टल) जैसी नवाचार हैं।

उपयोगिता-स्तर की बैटरी परियोजनाएं भी मदद करेंगी, जो 2025 तक वर्तमान क्षमता से तीन गुना अधिक होंगी।

स्रोत: EIA

ठोस-राज्य बैटरी

बैटरी प्रौद्योगिकी पर काम कर रहे हर कोई जानता है कि ठोस-राज्य बैटरी, जो वर्तमान लिथियम बैटरी के तरल इलेक्ट्रोलाइट की आवश्यकता नहीं है, एक गेम चेंजर होगी। और कई कंपनियां 2026-2029 तक अपनी ठोस-राज्य बैटरी के संस्करण को लॉन्च करने की बात कर रही हैं, जिनमें क्वांटमस्केप (QS), सीएटीएल (300750.SZ), टोयोटा (TM), पैनासोनिक (6752.T), एलजी (051910.KS), और सैमसंग एसडीआई (006400.KS) शामिल हैं। जबकि टेस्ला (TSLA) अपनी ठोस-राज्य बैटरी के विकल्प पर काम कर रही है।

संभावित गेम चेंजर

कुछ अन्य प्रौद्योगिकियां कम परिपक्व हैं, लेकिन अधिक आशाजनक हैं और यह हो सकता है कि हम 2040-2050 और उसके बाद अपनी ऊर्जा कैसे प्राप्त करें।

परमाणु सर्जनरेटर

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के साथ एक बड़ी चिंता परमाणु कचरा है। सर्जनरेटर (या “ब्रीडर”) परमाणु कचरे को खा सकते हैं और उन्हें फिर से शक्ति और परमाणु ईंधन में बदल सकते हैं। यह परमाणु ईंधन को लगभग असीमित बना सकता है और परमाणु कचरे के मुद्दे को बहुत कम कर सकता है। एक बोनस यह है कि यह प्रौद्योगिकी वास्तव में नई नहीं है, जैसा कि यह 1997 तक फ्रांस द्वारा उपयोग किया गया था, इसलिए यह केवल परमाणु शक्ति के आसपास की राजनीतिक कठिनाई के कारण ही संदेहास्पद है।

अंतरिक्ष-आधारित सौर

कक्षा से सौर ऊर्जा का उत्पादन सौर ऊर्जा की सभी समस्याओं को एक बार में हल कर सकता है: कोई अंतर्मितता नहीं, कोई बादल नहीं, कोई गिरती उत्पादन नहीं। स्टारलिंक के साथ अंतरिक्ष-आधारित इंटरनेट अचानक एक वास्तविकता बन गया है, यह उतना ही अवास्तविक नहीं लगता है।

हमने अपने लेख “साइंस फिक्शन से आकाश उच्च: क्या कक्षा में सौर पैनल एक अच्छा विचार है?” में इसकी जांच की।

भू-तापीय

एक नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत जो अभी तक उपेक्षित है, और 24/7 बेसलोड शक्ति प्रदान कर सकता है, भू-तापीय ऊर्जा है। यह cuốimente बदल रहा है, कंपनियों जैसे वुल्कन एनर्जी (VUL.AX), ऑर्मट टेक्नोलॉजीज (ORA), और ईवोर। ये कंपनियां, थोड़ी विडंबना से, तेल उद्योग द्वारा ड्रिलिंग और फ्रैकिंग में की गई प्रगति का उपयोग करके पृथ्वी के गर्म स्रोतों तक पहुंचती हैं।

सिंथेटिक ईंधन

नवीकरणीय संसाधनों (या यहां तक कि परमाणु) से उत्पन्न शक्ति का उपयोग सिंथेटिक गैस या तरल ईंधन को संश्लेषित करने के लिए किया जा सकता है। इसमें हाइड्रोजन, अमोनिया, सिंगस, या सिंथेटिक ईंधन शामिल हो सकते हैं।

एक अन्य सिंथेटिक ईंधन के लिए विकल्प जैविक मatter का उपयोग करना होगा, जैसे कि माइक्रोएल्गे का उपयोग करके जैव ईंधन का उत्पादन करना (देखें “जैविक जैव ईंधन: अगली ऊर्जा क्रांति?“), या जैव-फर्मेंटर्स का उपयोग करके कचरे से जैव गैस और बायोमेथेन (बायोगैस और बायोमेथेन) का उत्पादन करना।

फ्यूजन

फ्यूजन ऊर्जा का उद्देश्य हाइड्रोजन जैसे हल्के तत्वों को मिलाकर ऊर्जा बनाना है, जो पृथ्वी पर सूर्य की प्रक्रिया को पुनर्जीवित करता है। लाखों से लेकर सैकड़ों लाखों डिग्री तक के तापमान के साथ, यह एक बड़ा प्रौद्योगिकी चुनौती है।

यह स्वच्छ ऊर्जा प्रदान करेगा, न तो कार्बन और न ही परमाणु कचरा उत्पन्न करेगा, और ब्रह्मांड में सबसे अधिक प्रचुर मात्रा में “ईंधन” के साथ, हाइड्रोजन के साथ।

सबसे बड़ा फ्यूजन परियोजना है अंतर्राष्ट्रीय अनुसंधान संघ, और कई स्टार्टअप भी परमाणु फ्यूजन के सपने का पीछा कर रहे हैं, जिनमें हेलियन, जनरल फ्यूजन, कॉमनवेल्थ फ्यूजन, टीईए टेक्नोलॉजीज, जैप एनर्जी, और एनईओ फ्यूजन (चीनी ईवी निर्माता नियो द्वारा वित्त पोषित) शामिल हैं।

भविष्य का ऊर्जा मिश्रण

हालांकि दीर्घकालिक रूप से आशाजनक होने की संभावना है, हम मुख्य रूप से 2040 के क्षितिज पर “संभावित गेम चेंजर” के बिना संभावित ऊर्जा मिश्रणों की जांच करेंगे।

ईआईए (ऊर्जा सूचना प्रशासन) ने आर्थिक वृद्धि और कम कार्बन प्रौद्योगिकी के अपनाने के आधार पर कई परिदृश्य जारी किए हैं।

अधिकांश मामलों में, ऊर्जा की मांग बढ़ने की उम्मीद है, जिसमें 2050 तक जीवाश्म ईंधन दुनिया की अधिकांश ऊर्जा का एक बड़ा हिस्सा बने रहेंगे। अब यह एक परियोजना है यदि कोई कानून नहीं बदलता है और ऊर्जा में निवेश वर्तमान रुझानों के साथ रहता है।

स्रोत: EIA

व्यवसाय के रूप में जारी

यह परिदृश्य जलवायु परिवर्तन के प्रति जागरूक किसी के लिए भी निराशाजनक है। यह मानता है कि कोयला, गैस और तेल अगले 2 दशकों में हमारी ऊर्जा प्रणाली में प्रमुख बल बने रहेंगे, जो हमारी अधिकांश ऊर्जा का उत्पादन करेंगे।

यह बहुत दूर की बात नहीं है, जैसा कि हाल ही में जर्मनी के कोयले पर लौटने से पता चलता है, जो पहले नवीकरणीय और ऊर्जा संक्रमण के एक चैंपियन के रूप में देखा जाता था।

उच्च तकनीक मार्ग

एक अन्य विकल्प यह है कि हमारे समाज ऊर्जा के संबंध में प्रौद्योगिकी परिवर्तन को अपनाएं। इसमें नवीकरणीय संसाधन शामिल हैं, लेकिन संभवतः परमाणु भी, संभवतः पारंपरिक और छोटे दोनों प्रकार के एक साथ।

यह एक ऐसा परिदृश्य है जहां जीवाश्म ईंधन का बिजली उत्पादन या तो बेहतर विकल्पों द्वारा मूल्य निर्धारित किया जाता है या कानून द्वारा प्रतिबंधित है।

यह एक ऐसा परिदृश्य भी है जहां इलेक्ट्रिक वाहन तेजी से अपनाई जाती हैं, संभवतः नए बैटरी प्रौद्योगिकियों के कारण।

जबकि परमाणु बेसलोड शक्ति और सर्दियों की क्षमता प्रदान करता है, नवीकरणीय संसाधन सरप्लस उत्पादन को तरल ईंधन में परिवर्तित कर सकते हैं जो उड़ान, शिपिंग और भारी उद्योग को डीकार्बोनाइज कर सकते हैं।

कम खपत मार्ग

विकासशील दुनिया की ऊर्जा की भूख को देखते हुए, जिसमें न केवल चीन शामिल है, बल्कि दक्षिण अमेरिका, अफ्रीका, भारत और इंडोनेशिया भी शामिल हैं, यह एक बहुत ही संभावना नहीं लगती है।

किसी तरह, यह “वास्तविक” विकास का चयन शामिल करेगा, और शायद औसत जीवन मानकों में गिरावट, विशेष रूप से कम यात्रा और अंतर्राष्ट्रीय व्यापार के साथ। कृषि का औद्योगीकरण कुछ हद तक कम हो जाता है, औद्योगिक गतिविधि घट जाती है, और अर्थव्यवस्थाएं अधिक स्थानीय हो जाती हैं।

एक ऐसा परिदृश्य जो सबसे अधिक संभावना है कि यह बड़े पैमाने पर अंतर्राष्ट्रीय तनाव, युद्ध, या वैश्विक मंदी के साथ-साथ होगा, जो आर्थिक गतिविधियों में अचानक गिरावट की व्याख्या करेगा।

मडल-थ्रू परिदृश्य

यह एक ऐसा परिदृश्य है जहां सब कुछ एक साथ होता है। जीवाश्म ईंधन थोड़ा गिर रहा है, लेकिन पूरी तरह से चरणबद्ध नहीं है। कोयला को समग्र रूप से चरणबद्ध किया जा रहा है, लेकिन तेल और गैस नहीं। कुछ देश परमाणु पर दांव लगा रहे हैं, अन्य नवीकरणीय पर, और अन्य व्यवसाय के रूप में जारी हैं।

विद्युतीकरण और डीकार्बोनाइजेशन होते हैं, लेकिन इच्छित गति से धीमी। कार्बन उत्सर्जन इस परिदृश्य में शुद्ध शून्य परिदृश्य की तुलना में बहुत अधिक रहते हैं जो जीआईईसी द्वारा वैश्विक तापमान में वृद्धि को बहुत अधिक होने से रोकने के लिए कल्पना की गई है।

यह ईआईए द्वारा ऊपर उल्लिखित परिदृश्यों से बहुत अलग नहीं है। बाद में, कार्बन कैप्चर को तैनात किया जा सकता है ताकि डीकार्बोनाइजेशन में तेजी लाई जा सके और पिछले उत्सर्जन को उलटाया जा सके।

ब्रेकथ्रू परिदृश्य

एक ऊर्जा उत्पादन में एक बड़ा अविष्कार किया जाता है, जो बहुत अधिक ऊर्जा प्रदान करता है, और समाधान जल्दी से विश्व स्तर पर तैनात किया जा सकता है।

यह एक नई अंतरिक्ष दौड़ के माध्यम से कक्षा में सौर बुनियादी ढांचे में एक तेजी से गिरावट हो सकती है जो स्पेसएक्स और चीनी फर्मों के बीच है।

या यह आईटीईआर के लॉन्च में एक बड़ी सफलता हो सकती है 2025-2026 में।

या यह सौर और बैटरी प्रौद्योगिकी में नए, क्रांतिकारी डिज़ाइन हो सकते हैं।

एक तरह से, ऐसे परिवर्तन लगभग असंभव हैं और उनका अनुमान लगाना मुश्किल है। लेकिन उन्हें पूरी तरह से खारिज भी नहीं किया जाना चाहिए।