हाइड्रोजन पृथ्वीमा अस्तित्वमा रहेकामध्ये साधारण तथा हलुका मात्र नभई सर्वत्र उपलब्ध भएको तत्व हो। हाइड्रोजनको छुट्टै अस्तित्व भेटिँदैन। अन्य वस्तुहरूको सम्मिश्रणका रूपमा यसलाई प्राप्त गर्न सकिन्छ।
शुद्ध हाइड्रोजन प्राप्त गर्न सकिने यौगिक वस्तुहरूमध्ये पानी, बायोमास र हाइड्रोकार्बन हुन्। हाइड्रोजन आफैंमा ऊर्जाको स्रोत होइन। यो एक ऊर्जा वाहक मात्र हो।
मुख्यतः दुइटा विधिमार्फत् शुद्ध हाइड्रोजन उत्पादन गर्न सकिन्छ।
पहिलो, स्टिम मिथेन रिफर्म विधि हो।
यो विधिमार्फत् जीवाश्म इन्धनबाट उत्पादित बिजुली प्रयोग गरी स्टिम मिथेनलाई ७०० देखि १००० डिग्री सेल्सियस तापक्रममा प्रशोधन गरेर शुद्ध हाइड्रोजन उत्पादन गरिन्छ।
दोस्रो, इलेक्ट्रोलाइसिस विधि।
यस विधिमा पानी र बिजुलीको रसायनिक प्रक्रियामार्फत् शुद्ध हाइड्रोजन उत्पादन हुन्छ।
उत्पादन विधि र बिजुलीको स्रोतको आधारमा शुद्ध हाइड्रोजनलाई इन्द्रेणी रङ अर्थात् कालो, खैरो, नीलो, गुलाबी, पहेँलो, फिरोजा, हरियो लगायत आठ प्रकारमा विभाजन गरिएको छ।
यीमध्ये कालो, खैरो, नीलो र फिरोजा हाइड्रोजन स्टिम मिथेन रिफर्म प्रविधिमार्फत् उत्पादन हुन्छ। पहेँलो र गुलाबी हाइड्रोजन आणविक बिजुलीसँग सम्बन्धित छ। ग्रीन हाइड्रोजन इलेक्ट्रोलाइसिस विधिमार्फत् नवीकरणीय ऊर्जाको स्रोत जलविद्युत, सौर्य र वायुबाट उत्पादित स्वच्छ ऊर्जाको प्रयोगबाट प्राप्त हुन्छ।
प्राकृतिक ग्यासको सहज र सस्तो उपलब्धताको कारण स्टिम मिथेन रिफर्म विधिको प्रयोग व्यापक छ। शुद्ध हाइड्रोजनलाई लामो समयसम्म सुरक्षित भण्डारण गर्न र पाइपलाइन वा ट्यांकरमार्फत् ढुवानीसमेत गर्न सकिन्छ।
सन् १९७० मा अमेरिकी वैज्ञानिक जोन बोक्रिसले भविष्यमा ऊर्जा क्षेत्रमा शुद्ध हाइड्रोजनको महत्वको परिकल्पना गरेका थिए। सो परिकल्पनाको ५० वर्षपछि हाइड्रोजन उत्पादन विश्वभरि नै फैलिएको छ। अहिले विश्व ऊर्जा बजारमा हरित ग्यास उत्सर्जन र त्यसबाट जलवायु परिवर्तनमा परिरहेको असर न्यूनीकरण गर्ने विषयले महत्व पाएको छ।
सन् २०४५ सम्म ‘शून्य कार्बन उत्सर्जन’ लक्ष्यअनुरूप विश्व ऊर्जा प्रणालीलाई सुधार गर्ने गरी विकसित मुलुकहरूले मार्गचित्र निर्धारण गरेका छन्। जलवायु परिवर्तनसम्बन्धी सन् २०१६ को पेरिस सम्झौता र सन् २०२१ को ग्लास्को प्रोटोकलले विश्वको तापक्रम वृद्धिलाई १.५ डिग्री सेल्सियसभित्र सीमित गरी सन् २०३० सम्म ४५ प्रतिशतले हरित ग्यास उत्सर्जनलाई कटौती गर्ने लक्ष्य लिएको छ।
यो लक्ष्य सन् २०१० लाई आधार वर्ष मानी तय गरिएको हो। संयुक्त राष्ट्र संघ अन्तर्गतको जलवायु परिवर्तनसम्बन्धी अन्तरसरकारी निकाय (आइपिसिसी) ले यस सम्बन्धी विश्वव्यापी समन्वय र अनुगमन गरिरहेको छ। सन् २०३० को हरित ग्यास उत्सर्जन कटौतीको लक्ष्य प्राप्त गर्न सो अवधिसम्म ७ लाख मेगावाटभन्दा बढी क्षमताका इलेक्ट्रोलाइजरहरूको स्थापनामार्फत् ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादन गर्नु पर्ने हाइड्रोजन इनर्जी सम्बन्धी एक अध्ययनले देखाएको छ।
अन्तर्राष्ट्रिय ऊर्जा एजेन्सीका अनुसार सन् २०२१ मा विश्व बजारमा १२० मिलियन टन हाइड्रोजन उत्पादन भएको छ। उत्पादित हाइड्रोजनमध्ये ७६ प्रतिशत प्राकृतिक ग्यासमा आधारित ग्रे हाइड्रोजन छ। २३ प्रतिशत कोइलामा आधारित ब्ल्याक हाइड्रोजन छ। दुबै हाइड्रोजनले कार्बन उत्सर्जनलाई बढावा दिएका छन्। शून्य कार्बन उत्सर्जन नवीकरणीय ऊर्जाबाट मात्र प्राप्त हुन्छ। तर नवीकरणीय ऊर्जा प्रयोग गरी इलेक्ट्रोलाइसिस प्रविधिमार्फत् उत्पादित ग्रीन हाइड्रोजन नगन्य छ।
उत्पादित शुद्ध हाइड्रोजनको ठूलो परिमाण औद्योगिक क्षेत्रमा खपत भएको छ। इन्धन रिफाइनरी, रसायनिक उद्योग, फलामजन्य उद्योगहरू नै हाइड्रोजनको माग बढी भएका क्षेत्रहरू हुन्। सन् २०२० को तथ्यांक अनुसार एमोनिया र मेथानोल सिन्थेटिक्सका लागि ४५ मिलियन टन हाइड्रोजनको माग भएको थियो। इन्धन रिफाइनरी उद्योगले ४० मिलियन टन हाइड्रोजन खपत गरेको थियो। यातायातको क्षेत्रमा २० हजार टन हाइड्रोजन प्रयोग भएको थियो।
विश्व बजारमा प्रभुत्व जमाएका टोयोटा, होन्डा, हुन्डाइ जस्ता कार निर्माता कम्पनीहरूले हाइड्रोजन कारको विकास गरेसँगै ढुवानीका लागि हाइड्रोजन ट्रकहरू पनि निर्माण हुन थालेका छन्। चीनले सयौंको संख्यामा हाइड्रोजन बसहरू सञ्चालनमा ल्याएको छ। युरोपले एचटु बस कन्सोर्टियम स्थापना गरेर एक हजारको संख्यामा बसहरू सार्वजनिक यातायातका लागि सन् २०२३ को सुरूआतसँगै सञ्चालनमा ल्याउने तयारी गरेको छ।
सन् २०३० सम्म शुद्ध हाइड्रोजनको माग ११० मिलियन टन हुँदा ग्रीन हाइड्रोजनको हिस्सा १५ मिलियन टन (१३ प्रतिशत) हुने अनुमान छ। त्यसै गरी सन् २०५० मा शुद्ध हाइड्रोजनको माग ६६० मिलियन टन पुग्दा ग्रीन हाइड्रोजनको हिस्सा ९५ मिलियन टन (१८ प्रतिशत) पुग्ने प्रक्षेपण छ।
‘शून्य कार्बन उत्सर्जन’ नीतिअन्तर्गत विश्व ऊर्जा बजारमा प्रवर्द्धकहरूको ध्यान ग्रीन हाइड्रोजनमा केन्द्रित हुँदैछ। जर्मनीले द्रूत गतिमा ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादन आयोजनाहरू सुरू गर्दैछ। सन् २०२३ मा सञ्चालनमा ल्याउने गरी १०० मेगावाट क्षमताको इलेक्ट्रोलाइजर र हाइड्रोजन पाइपलाइन उत्तर–पश्चिम जर्मनीमा निर्माण हुँदैछ। भिएनजी कम्पनीमार्फत् निर्माण सुरू भएको ४० मेगावाट क्षमताको इलेक्ट्रोलाइजरलाई सन् २०३० सम्म २०० मेगावाट क्षमतामा वृद्धि गरी ५० अर्ब घनमिटर ग्रीन हाइड्रोजन भण्डारण क्षमता र पाइपलाइनको काम सम्पन्न गर्ने योजना छ।
यसका अलावा जर्मनीले एलेमेन्ट इन (५० मेगावाट), हाइड्रोहब फेन (१७.५ मेगावाट), नर्डडेस्च रिलावर (७७ मेगावाट), रेफलाउ (१० मेगावाट), आरइवेष्ट (१० मेगावाट) क्षमता लगायत ११ वटा ग्रीन हाइड्रोजन इलेक्ट्रोलाइजरहरूको निर्माण अघि बढाएको छ।
नेदरल्यान्ड्सले रोटरड्याम बन्दरगाहमा २००० मेगावाट क्षमताको इलेक्ट्रोलाइजर निर्माण गर्ने गरी अध्ययन अघि बढाएको छ। ग्रोनिअन प्रान्तमा २० मेगावाट क्षमताको इलेक्ट्रोलाइजर निर्माण भएको छ। अस्ट्रियाले ७ मेगावाट क्षमताको इलेक्ट्रोलाइजर निर्माणपश्चात् त्यसबाट प्राप्त हाइड्रोजन प्रयोग गरी सिन्थेटिक इन्धन उत्पादन गर्दैछ। जापानले फुकिसिमामा १० मेगावाट क्षमताको इलेक्ट्रोलाइजर स्थापना गरेको छ जसबाट प्रतिवर्ष ९०० टन ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादन हुन्छ।
अस्ट्रेलियाले पिलवारा क्षेत्रमा स्थानीय खानी उद्योगहरूमा बिजुली आपूर्ति र ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादन गर्न १५ हजार मेगावाट क्षमताको सौर्य र वायु ऊर्जा प्लान्ट निर्माण गरेको छ। क्रिस्टल ब्रुकमा ५० मेगावाट क्षमताको वायु र सौर्य ऊर्जा जडित इलेक्ट्रोलाइजर निर्माण गरी त्यस क्षेत्रलाई नयाँ हाइड्रोजन हब बनाउने काम हुँदैछ। पोर्ट लिंकनमा ३० मेगावाट क्षमताको इलेक्ट्रोलाइजर निर्माण हुँदैछ।
फ्रान्सले १०० मेगावाट क्षमताको पाँच वटा इलेक्ट्रोलाइजर निर्माणको महत्वाकांक्षी योजना अघि सारेको छ। क्यानडाले २० मेगावाट क्षमताको इलेक्ट्रोलाइजर निर्माण गर्दैछ। हाल स्टिम मिथेन रिफर्म प्रविधिमार्फत् वार्षिक एक करोड टन हाइड्रोजन उत्पादन गरिरहेको संयुक्त राज्य अमेरिकाले ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादनको लागि सन् २०२५ मा सम्पन्न हुने गरी १२० मेगावाट क्षमताको इलेक्ट्रोलाइजर निर्माण गर्दैछ।
चीनले ४६५ मेगावाट क्षमताको इलेक्ट्रोलाइजरबाट सन् २०२५ सम्म ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादन गर्ने लक्ष्य राखेको छ। साउदी अरेबियाले सन् २०२६ मा सम्पन्न गर्ने गरी २ हजार मेगावाट क्षमताको इलेक्ट्रोलाइजर निर्माण अघि बढाएको छ। दक्षिण एसियामा भारतले हाइड्रोजन प्रयोग गरी रसायनिक मल (एमोनिया, नाइट्रेड, युरिया) उत्पादन गरिरहेको छ। सन् २०२१ मा भारतले राष्ट्रिय हाइड्रोजन मिसन घोषणा गरी सन् २०३० सम्म प्रतिवर्ष १० लाख टन ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादन गर्ने लक्ष्य राखेको छ।
भण्डारण र ढुवानी गर्न सकिने सहजताका कारण हाइड्रोजनको व्यापारमा व्यापक वृद्धि हुने सम्भावना छ। तेल उत्पादक देशहरूसमेत ग्रीन हाइड्रोजनको उत्पादन र व्यापारमा आकर्षित भएको कारण विश्व अर्थ व्यवस्थामा ‘हाइड्रोजन इकोनोमी’ को भूमिका बढ्दै जाने देखिन्छ। हाइड्रोजनको व्यापार र ढुवानीमा सबैभन्दा ठूलो चुनौती हो चुहावट। चुहावट नियन्त्रण गर्न हाइड्रोजनलाई एमोनिया, मिथाइल साइक्लोहेक्जेन (एमसिएच) लगायत अन्य तरल वस्तुको रूपमा ढुवानी गर्न सकिन्छ। एमोनियाको रूपमा ढुवानी गर्दा ४५ प्रतिशत, मिथाइलको रूपमा ४३ प्रतिशत र तरल वस्तुको रूपमा २० देखि ४५ प्रतिशतसम्म चुहावट हुने अध्ययनले देखाएको छ।
ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादन र आपूर्तिमा लागत र प्रतिफल मुख्य चुनौतीहरू हुन्। ग्रीन हाइड्रोजन आपूर्ति संरचना र सञ्चालनमा सीमित लगानीका कारण तत्काललाई यसको मूल्य अन्तर्राष्ट्रिय बजारमा प्राकृतिक ग्यासको भन्दा तीनदेखि पाँच गुणा बढी छ। तर यसको व्यापकतासँगै मूल्य पनि घट्दै जाने विश्वास छ।
सन् २०१० मा प्रतिकेजी हाइड्रोजन ग्यासको मूल्य अमेरिकी डलर १०–१५ रहेकामा सन् २०२० मा अमेरिकी डलर ४–६ कायम भयो। सन् २०४० मा यसको मूल्य अमेरिकी डलर २ प्रतिकेजी रहने प्रक्षेपण छ।
ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादन गर्ने मुख्य संरचना हो इलेक्ट्रोलाइजर। प्रविधि र सञ्चालनको तापक्रमको आधारमा इलेक्ट्रोलाइजरलाई न्यून तापक्रम इलेक्ट्रोलाइजर, अल्कालाइन इलेक्ट्रोलाइजर, प्रोटोन एक्सचेन्ज मेम्ब्रेन, एनिअन एक्सचेन्ज मेम्ब्रेन र उच्च तापक्रम इलेक्ट्रोलाइजर मा वर्गीकरण गरिएको छ। यीमध्ये प्रोटोन एक्सचेन्ज मेम्ब्रेन र अल्कालाइन इलेक्ट्रोलाइजर बढी प्रयोगमा छन्।
इलेक्ट्रोलाइजरको जडित क्षमता यसको सञ्चालन अवधि र हाइड्रोजन उत्पादनको परिमाणमा निर्भर गर्छ। २ हजार घन्टा प्रतिवर्ष सञ्चालन गर्दा १५ मिलियन टन वार्षिक ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादन गर्न ४१ हजार ७ सय मेगावाट क्षमताको इलेक्ट्रोलाइजर आवश्यक हुन्छ। सोही सञ्चालन अवधिमा २५ मिलियन टन वार्षिक ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादन गर्न ६९ हजार ५ सय मेगावाट क्षमताको इलेक्ट्रोलाइजर स्थापना गर्नुपर्छ। सञ्चालन अवधि दोब्बर अर्थात् ४ हजार घन्टा प्रतिवर्ष कायम गर्दा निर्धारित परिमाणमा ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादन गर्न उल्लेखितभन्दा ५० प्रतिशत कम क्षमताको इलेक्ट्रोलाइजर पर्याप्त हुन्छ।
नेपालको सन्दर्भमा ग्रीन हाइड्रोजनको सम्भावना र चुनौतीका विषयमा बहस सुरू भएको छ।
जलस्रोतको धनी देशको उपमा पाएको नेपालमा जलविद्युतको प्रचूर सम्भावना छ। अनुमानित ८३ हजार मेगावाटमध्ये ४२ हजार मेगावाट आर्थिक/प्राविधिक दृष्टिकोणले उत्पादनयोग्य क्षमता मानिएको छ। हाल राष्ट्रिय विद्युत प्रणालीमा २३५५ मेगावाट बिजुलीको जडित क्षमता छ। अपेक्षाकृत विद्युतको माग नबढ्दा उच्च माग १७ सय मेगावाटको हाराहारीमा छ।
उक्त उच्च माग एकदेखि दुई घन्टाको छोटो अवधिका लागि मात्र कायम रहने हुँदा वर्षायाममा उत्पादित बिजुली खेर फाल्नु पर्ने बाध्यात्मक अवस्था सिर्जना भएको छ। भारततर्फ यो वर्षबाट ४०९ मेगावाट बिजुली निर्यातबाट केही राहत महशुस भए पनि सुख्खायाममा आन्तरिक माग धान्न पुनः भारतबाटै महँगो मूल्यमा ५० प्रतिशतसम्म बिजुली आयात गर्नु पर्ने अवस्थाले जलविद्युत विकासको असन्तुलनलाई प्रष्ट्याउँछ।
सन् २०२१ को तथ्यांकअनुसार उच्च माग १७३३ मेगावाट, विद्युत उत्पादन १५,२०० गिगावाट घन्टा र खपत ७८९५ गिगावाट घन्टा भएको देखिन्छ। सो आँकडाअनुसार ५२ प्रतिशतको हाराहारीमा ७३०५ गिगावाट घन्टा बिजुली खेर गएको थियो। यस आर्थिक वर्ष २०७९/८० भित्रै राष्ट्रिय विद्युत प्रणालीमा थप ९०० मेगावाट जलविद्युत थप हुँदा कुल जडित क्षमता ३३०० मेगावाट पुग्नेछ। तर आन्तरिक माग बृद्धिको सम्भावना न्यून छ।
अर्कोतर्फ, पेट्रोलियम पदार्थको आयात प्रत्येक वर्ष वृद्धि हुँदैछ। आर्थिक वर्ष २०७८/७९ को तथ्यांकअनुसार नेपाल आयल निगमले ७ लाख २६ हजार किलोलिटर पेट्रोल, १७ लाख २३ हजार किलोलिटर डिजेल र १ लाख ५७ हजार किलोलिटर हवाई इन्धन आयात गरेको छ। यसको मूल्य वार्षिक ३ खर्ब रूपैयाँभन्दा माथि छ।
कृषिमा आधारित देश भए पनि रसायनिक मलको लागि आयातकै भर पर्नुपरेको छ। सन् २०२१ को कृषि मन्त्रालयको तथ्यांकअनुसार ३ लाख ८० हजार मेट्रिक टक रसायनिक मल आयात भएको छ। जसमध्ये युरियाको परिमाण सबैभन्दा बढी २ लाख २६ हजार मेट्रिक टन छ। यसबाट वार्षिक करिब ४९ अर्ब रूपैयाँ विदेशिएको छ।
बढ्दो उत्पादन र घट्दो आन्तरिक मागका बीच वर्षायाममा बिजुली खेर फाल्नु पर्ने, सुख्खायाममा भारतबाट आयात गर्नु पर्ने, पेट्रोलियम पदार्थको बढ्दो खपत, रसायनिक मलको आयात र अभावलाई सम्बोधन गर्ने माध्यम हुन सक्छ ग्रीन हाइड्रोजन।
औसतमा ७५ प्रतिशत इलेक्ट्रोलाइसिस दक्षताको आधारमा हिसाब गर्दा सन् २०२१ मा खेर गएको बिजुलीबाट वार्षिक १ लाख ८७ हजार टन ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादन गर्न सकिन्छ। यो परिमाणको ग्रीन हाइड्रोजनबाट ७ लाख ५० हजार किलोलिटर पेट्रोलियम पदार्थ विस्थापित गर्न सकिन्छ।
वार्षिक ३ लाख ८० हजार टन रसायनिक मल उत्पादन गर्न ६८ हजार टन ग्रीन हाइड्रोजन आवश्यक हुन्छ। सन् २०२१ को खपतको आधारमा नेपालमा प्रयोग भएको पेट्रोलियम पदार्थको पूर्णतः विस्थापनका लागि ६ लाख ५० हजार टन ग्रीन हाइड्रोजन आवश्यक छ। यसबाट ८ मिलियन टन कार्बन उत्सर्जन विस्थापित गर्न सकिन्छ।
सन् २०२१ मा खेर गएको बिजुलीको आधारमा वार्षिक १ लाख ८७ हजार टन ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादन गर्न वार्षिक २ हजार घन्टा सञ्चालन अवधि राख्दा ५१९ मेगावाट क्षमताको इलेक्ट्रोलाइजर आवश्यक पर्छ। माग अनुसार रसायनिक मल स्वदेशमै उत्पादन गर्न २०० मेगावाट क्षमताको इलेक्ट्रोलाइजर चाहिन्छ। पेट्रोलियम पदार्थलाई पूर्णतः विस्थापित गर्ने हो भने १८०० मेगावाट क्षमताको इलेक्ट्रोलाइजर आवश्यक हुन्छ।
इलेक्ट्रोलाइजरको क्षमताअनुसारकै जलविद्युतसमेत आवश्यक पर्ने हुँदा खेर जाने बिजुलीको परिमाण अनुसारको इलेक्ट्रोलाइजर स्थापना गर्ने विकल्प उत्तम देखिन्छ। ५१९ मेगावाटको इलेक्ट्रोलाइजर स्थापना गर्दा केही मात्रामा पेट्रोलियम पदार्थको विस्थापन, उच्च माग व्यवस्थापन र रसायनिक मल उत्पादन गर्न सकिन्छ। अन्तर्राष्ट्रिय बजार मूल्यअनुसार उक्त क्षमताको इलेक्ट्रोलाइजर स्थापना गर्न करिब ६२ करोड ३० लाख अमेरिकी डलर खर्च हुने देखिन्छ।
निष्कर्षमा, विश्व परिदृश्यमा कार्बन उत्सर्जनलाई न्यूनीकरण गर्ने एक गेमचेन्जर ऊर्जा संवाहकका रूपमा ग्रीन हाइड्रोजनको भूमिका स्थापित हुँदैछ।
मूलतः कार्बन उत्सर्जन न्यूनीकरण प्रक्रिया जटिल भएका सिमेन्ट र फलामजन्य उद्योगहरूमा ग्रीन हाइड्रोजनको प्रयोग बढी सान्दर्भिक देखिन्छ। ग्रीन हाइड्रोजनले नवीकणीय ऊर्जा उत्पादनमा समेत मद्दत गर्ने हुँदा यसको प्रवर्द्धनबाट विश्व ऊर्जा प्रणालीमा नवीकरणीय ऊर्जाको हिस्सा बढ्दै जाने निश्चित छ।
नेपालले ग्रीन हाइड्रोजनको माध्यमबाट इन्धनको विस्थापन, बिजुलीको उच्च माग व्यवस्थापन एवम् रसायनिक मलको आयात प्रतिस्थापन गर्न सक्छ। यसको अलावा कार्बन ट्रेडिङबाट ठूलो रकम आम्दानी गर्ने देखिन्छ।
1670354035.jpg)
लेखक मुकेश काफ्ले(मुकेश काफ्लेका अन्य लेखहरू पढ्न यहाँ क्लिक गर्नुहोस्।)
