हाइड्रोजन को संग्रहीत करना – क्या लिग्निन-आधारित जेट ईंधन उत्तर है?

हाइड्रोजन को काम में लाना

बैटरियों के साथ विद्युतिकरण संभवतः परिवहन में जीवाश्म ईंधनों को प्रतिस्थापित करने के लिए पर्याप्त नहीं हो सकता, विशेष रूप से शिपिंग और हवाई यात्रा में। वही बात उन औद्योगिक प्रक्रियाओं के लिए भी कही जा सकती है जिन्हें बहुत उच्च तापमान की आवश्यकता होती है। हालिया बैटरी तकनीक में सुधार के बावजूद, भारी या बहुत बड़े बैटरियों के बिना बिजली को संग्रहीत करना कठिन है।

एक वैकल्पिक विकल्प जो अब लंबे समय से विचार किया जा रहा है वह हाइड्रोजन है। चूंकि हरा हाइड्रोजन नवीकरणीय ऊर्जा से उत्पन्न किया जा सकता है, यह हरी शक्ति को घने तरल ईंधन में परिवर्तित करने का एक अच्छा तरीका होगा।

हालांकि, हरे हाइड्रोजन ने दो कारणों से अन्य हरे समाधान की तुलना में पीछे रह गया है: हाइड्रोजन का उत्पादन महंगा है, और हाइड्रोजन का भंडारण कठिन है।

उत्पादन की समस्या को कई कोणों से संबोधित किया जा रहा है, सामान्य जल इलेक्ट्रोलिसिस से हटकर, जैसे उदाहरण के लिए, कृत्रिम प्रकाशसंश्लेषण, माइक्रोवेव और सीरियम ऑक्साइड, या निकेल-आधारित इलेक्ट्रोलिसिस, का उपयोग करके धातु स्वार्फ।

भंडारण एक अधिक जटिल समस्या है, क्योंकि हाइड्रोजन बहुत अस्थिर, ज्वलनशील, और सबसे छोटा परमाणु होने के कारण इसे रोकना कठिन है। इसलिए यह महत्वपूर्ण है कि वैज्ञानिकों ने इस विषय में एक बड़ी प्रगति की हो सकती है।

Washington State University, Pacific Northwest National Laboratory, University of New Haven, and Natural Resources Canada के शोधकर्ताओं ने International Journal of Hydrogen Energy में अपने परिणाम प्रकाशित किए हैं, शीर्षक “इन-सिटू डिहाइड्रोजनेशन ऑफ लिग्निन-आधारित जेट ईंधन: एक नया और सतत तरल कार्बनिक हाइड्रोजन कैरियर”¹.

हाइड्रोजन का भंडारण और परिवहन

हाइड्रोजन गैस ब्रह्मांड के सबसे छोटे अणुओं में से एक है, जो केवल आवर्त सारणी के दो सबसे हल्के परमाणुओं से बनी होती है। परिणामस्वरूप, इसमें ऊर्जा वाहक के लिए कुछ अवांछनीय विशेषताएँ होती हैं:

• कम घनत्व।
• अस्थिर और ज्वलनशील।li>
• रोकना कठिन, क्योंकि यह अपने कंटेनर के आणविक बंधों के बीच से रिस जाता है।

हाइड्रोजन के ये सभी पहलू इसके भंडारण और परिवहन को महंगा और तकनीकी रूप से जटिल बनाते हैं।

स्टील के साथ प्रतिक्रिया करने और उसे भंगुर बनाने की प्रवृत्ति भी मदद नहीं करती, क्योंकि इसका मतलब है लंबी दूरी के परिवहन के लिए विशेष हाइड्रोजन पाइपलाइन की आवश्यकता, जबकि प्राकृतिक गैस के सस्ते पाइपलाइन नेटवर्क का उपयोग नहीं किया जा सकता।

इन समस्याओं से बचने का एक विचार है हाइड्रोजन को अमोनिया में बदलना, एक तरल ईंधन जो संभालने में बहुत आसान है। हालांकि, इससे प्रक्रिया की कुल दक्षता कम हो जाती है। एक अमोनिया अर्थव्यवस्था को भी शून्य से अपना स्वयं का बुनियादी ढांचा बनाना पड़ेगा।

लिग्निन-आधारित ईंधन

शोधकर्ताओं द्वारा प्रस्तावित एक नया विकल्प लिग्निन पर आधारित एक प्रयोगात्मक ईंधन का उपयोग करना है, जो पौधों में पाया जाने वाला एक जैविक पॉलीमर है। यह ईंधन Pr Bin Yang की प्रयोगशाला में विकसित किया गया और Pacific Northwest National Laboratory में न्यूक्लियर मैग्नेटिक रेज़ोनेंस (NMR) के साथ विश्लेषित किया गया।

स्रोत: Washington State University

यह पहले विकसित किया गया था और साबित किया गया कि कृषि से उत्पन्न पौधों का अपशिष्ट सतत विमानन ईंधन में बदला जा सकता है. यह ईंधन मिश्रण जीवाश्म ईंधन-आधारित उत्पादों की तुलना में अधिक ऊर्जा-घनत्व वाला था, और विमानन ईंधन में सामान्यतः जोड़े जाने वाले एरोमैटिक अणुओं (कार्बन चक्र) को बदलकर प्रदूषण को भी कम कर रहा था।

स्रोत: International Journal of Hydrogen Energy

हाइड्रोजन वहन करने वाला लिग्निन ईंधन

नए शोध ने सिद्ध किया कि यह लिग्निन सतत विमानन ईंधन हाइड्रोजन कैरियर के रूप में उपयोग किया जा सकता है, बिना अमोनिया उत्पादन जैसी ऊर्जा-खपत वाली रासायनिक परिवर्तन की आवश्यकता के।

यह काम करता है जब लिग्निन जेट ईंधन (LJF) को क्रिस्टलीय एलुमिनोसिलिकेट पर प्लेटिनम नैनोपार्टिकल्स के संपर्क में लाया जाता है, जिससे यह अपने भीतर मौजूद हाइड्रोजन परमाणुओं (मोनों-, डाइ-, और ट्राइसाइक्लोहेक्साइलएल्केन्स) को मुक्त करता है।

शोधकर्ताओं ने इस प्रक्रिया को लिग्निन जेट ईंधन-आधारित तरल कार्बनिक हाइड्रोजन कैरियर (LJF-HyC) कहा।

न्यूक्लियर मैग्नेटिक रेज़ोनेंस (NMR) द्वारा अनुमानित किया गया कि लिग्निन जेट ईंधन का वह भाग जो हाइड्रोजन वहन करता है, कुल का 18.5% है।

“यह नया, लिग्निन जेट ईंधन-आधारित प्रौद्योगिकी आसान-से-हैंडल सतत विमानन ईंधन में कुशल, उच्च-घनत्व हाइड्रोजन भंडारण को सक्षम कर सकता है, जिससे भंडारण और परिवहन के लिए दबावयुक्त टैंकों की आवश्यकता समाप्त हो जाती है।”Pr. Bin Yang – Professor at Washington State University

मौजूदा बुनियादी ढांचे का उपयोग करना

इस प्रक्रिया को रोचक बनाने वाला यह है कि जेट ईंधन और अन्य समान तरल ईंधनों को ले जाने के लिए पहले से ही एक विशाल बुनियादी ढांचा मौजूद है। इसलिए, शुद्ध हाइड्रोजन को संग्रहीत और परिवहन करने की कोशिश करने के बजाय, LJF का उपयोग बिंदु A से बिंदु B तक हाइड्रोजन ले जाने के लिए किया जा सकता है।

यह हाइड्रोजन को संग्रहीत करने के लिए भी आसानी से उपयोग किया जा सकता है, क्योंकि जेट ईंधन का भंडारण सामान्यतः उपयोग किया जाता है और किफायती है।

“यह नवाचार मौजूदा बुनियादी ढांचे के साथ संगतता के लिए आशाजनक अवसर प्रदान करता है और स्केलेबल उत्पादन के लिए आर्थिक व्यवहार्यता प्रदान करता है।

यह सतत विमानन ईंधन और हाइड्रोजन प्रौद्योगिकियों दोनों की दक्षता, सुरक्षा, और पारिस्थितिक लाभों को बढ़ाने वाली एक सहक्रियात्मक प्रणाली बनाने में मदद कर सकता है।

Pr. Bin Yang – Professor at Washington State University

शोधकर्ताओं के लिए अगला लक्ष्य एक एआई-चालित उत्प्रेरक डिजाइन करना है जो हाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रियाओं को बढ़ाए और पूर्ण करे, जिससे वे अधिक कुशल और लागत-प्रभावी बनें।

हाइड्रोजन कंपनी

Plug Power (PLUG ) हरे हाइड्रोजन में एक नेता है, जिसका ध्यान फ्यूल सेल्स पर है। उल्लेखनीय रूप से, इसके फ्यूल सेल्स 40,000 से अधिक फोर्कलिफ्ट्स को शक्ति प्रदान करते हैं, और 2013 से राजस्व 8 गुना बढ़ गया है। यह हाइड्रोजन उत्पादन, लॉजिस्टिक्स, यूटिलिटी-स्केल पावर जेनरेशन, और डिलीवरी जैसी हाइड्रोजन बुनियादी ढांचा बनाने में भी सक्रिय है।

स्रोत: Plug Power

कंपनी का लक्ष्य उत्पादन लागत को $10/किग्रा से $4/किग्रा तक घटाकर स्केल हासिल करना है, जबकि 2027 में उत्पादन को 14 गुना बढ़ाना है।

स्रोत: Plug Power

2020 से उत्पादन क्षमता को 19 गुना बढ़ाने के लिए बड़े निवेशों के कारण, कंपनी अभी तक लाभदायक नहीं है। इससे 2023 की शुरुआत से अंत तक राजस्व लगभग दोगुना हो गया। वर्तमान और अनुमानित व्यवसाय का अधिकांश हिस्सा उत्तर अमेरिका से आने की उम्मीद है।

कंपनी अपने समाधान को या तो सीधे गतिशीलता ईंधन या ईवीज़ के पूरक के रूप में देखती है, क्योंकि हाइड्रोजन दिन में नवीकरणीय ऊर्जा के उत्पादन के समय से मेल नहीं खाने वाले ईवी के पीक चार्जिंग पर ग्रिड के दबाव को कम करने की अनुमति देता है।

स्रोत: Plug Power

एक प्रमुख फ्यूल सेल निर्माता के रूप में, Plug Power को हाइड्रोजन-आधारित अर्थव्यवस्था की ओर बदलाव से बहुत लाभ होगा। एक सस्ता और सुरक्षित हाइड्रोजन कैरियर का प्रकट होना हाइड्रोजन को ईंधन स्रोत के रूप में उपयोग करने की आर्थिकता को मूल रूप से सुधार देगा।

इसलिए यह Plug Power को सामान्य रूप से हाइड्रोजन की ओर बदलाव पर दांव लगाने के लिए एक अच्छा स्टॉक बनाता है, क्योंकि हर बार जब हाइड्रोजन को उत्पादन, भंडारण या परिवहन करने का सस्ता तरीका आविष्कार किया जाता है, उसके फ्यूल सेल्स की मांग में वृद्धि होती है।

अध्ययन संदर्भ:

^{1. Andrew S. Lipton et al. (2025) इन-सिटू डिहाइड्रोजनेशन ऑफ लिग्निन-आधारित जेट ईंधन: एक नया और सतत तरल कार्बनिक हाइड्रोजन कैरियर. International Journal of Hydrogen Energy Volume 98, 13 जनवरी 2025, Pages 1275-1282}