प्राकृतिक हाइड्रोजन भंडार भूमिगत भंडारण के रूप में काम कर सकते हैं, अध्ययन का सुझाव

वैश्विक ऊर्जा प्रणाली को जीवाश्म ईंधन से दूर ले जाना एक भ्रामक रूप से सरल लॉजिस्टिक्स समस्या को हल करने पर निर्भर करता है: जब आपूर्ति मांग से आगे निकल जाए तो बड़ी मात्रा में हाइड्रोजन का क्या किया जाए। एक नया अध्ययन प्रस्तावित करता है कि प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले हाइड्रोजन भंडार — भूवैज्ञानिक संरचनाएं जो पहले से ही गैस रखती हैं — को भूमिगत भंडारण स्थलों के रूप में पुनर्निर्मित किया जा सकता है, जिससे एक प्राकृतिक संसाधन को उस बुनियादी ढांचे का हिस्सा बनाया जा सके जिसकी शून्य-कार्बन अर्थव्यवस्था को आवश्यकता होगी।

Interesting Engineering द्वारा रिपोर्ट किया गया यह निष्कर्ष ऐसे समय आया है जब सरकारें और उद्योग भारी उद्योग, शिपिंग, विमानन और दीर्घकालिक बिजली के लिए एक स्वच्छ विकल्प के रूप में हाइड्रोजन पर संसाधनों का निवेश कर रहे हैं। उस हाइड्रोजन का उत्पादन करना चुनौती का केवल आधा हिस्सा है। संक्रमण जिस पैमाने का संकेत देता है, उस पर इसे संग्रहीत करना दूसरा आधा है, और यह वह आधा है जिस पर बहुत कम ध्यान दिया गया है।

हाइड्रोजन भंडारण क्यों है गायब कड़ी

हाइड्रोजन सबसे हल्का तत्व और सबसे छोटा अणु है, जो इसे समाहित करना कुख्यात रूप से कठिन बनाता है। यह उन सामग्रियों से बाहर निकल जाता है जो अन्य गैसों को रोकती हैं, कई धातुओं को भंगुर बनाता है, और जब तक इसे संपीड़ित या ठंडा न किया जाए, यह विशाल मात्रा में जगह घेरता है। ये गुण भूमि के ऊपर भंडारण को महंगा और क्षमता में सीमित बनाते हैं।

समस्या का पैमाना ही नए अध्ययन को प्रासंगिक बनाता है। दुनिया को शून्य-कार्बन ऊर्जा में बदलने के लिए विशाल मात्रा में हाइड्रोजन संग्रहीत करने की आवश्यकता है, न केवल मांग में दैनिक उतार-चढ़ाव को दूर करने के लिए पर्याप्त, बल्कि मौसमों में ऊर्जा ले जाने, औद्योगिक समूहों को बफर करने, और निर्यात और आयात श्रृंखलाओं को चालू रखने के लिए पर्याप्त जब उत्पादन रुक-रुक कर होता है।

नवीकरणीय बिजली उत्पादन स्वभाव से परिवर्तनशील है। सौर उत्पादन गर्मियों की दोपहर में चरम पर होता है; हवा मांग वक्रों के बजाय मौसम पैटर्न का अनुसरण करती है। यदि हाइड्रोजन तब बनाया जाता है जब बिजली प्रचुर मात्रा में हो और तब उपयोग किया जाता है जब यह कम हो, तो भंडारण क्षमता वह धुरी बन जाती है जिस पर पूरा मॉडल घूमता है। इसके बिना, अतिरिक्त नवीकरणीय उत्पादन कम कर दिया जाता है और हाइड्रोजन की भूमिका विशिष्ट अनुप्रयोगों तक सिकुड़ जाती है।

अध्ययन क्या सुझाव देता है

शोध तर्क देता है कि प्राकृतिक हाइड्रोजन भंडार — औद्योगिक प्रसंस्करण के बजाय भूवैज्ञानिक रूप से बने संचय — भंडारण पात्रों के रूप में भी काम कर सकते हैं। केवल अंदर की गैस निकालने के लिए ड्रिलिंग करने के बजाय, ऑपरेटर उन्हीं सीलबंद संरचनाओं का उपयोग कहीं और उत्पादित हाइड्रोजन को इंजेक्ट करने और बाद में निकालने के लिए कर सकते हैं।

तर्क पुन: उपयोग का है। एक भंडार जिसने भूवैज्ञानिक समय-मानों तक हाइड्रोजन रखा है, पहले ही प्रदर्शित कर चुका है कि यह अणु को समाहित कर सकता है। वह समाहित करना किसी भी भंडारण परियोजना के लिए सबसे कठिन इंजीनियरिंग आवश्यकता है, और प्राकृतिक भंडारों ने प्रभावी रूप से एक ऐसी परीक्षा उत्तीर्ण की है जो लाखों वर्षों तक फैली है।

यह प्रस्ताव यह भी पुनर्परिभाषित करता है कि प्राकृतिक हाइड्रोजन का मूल्यांकन कैसे किया जाता है। यदि ऐसे भंडारों को केवल एक सीमित संसाधन के रूप में माना जाए जिसे समाप्त किया जाना है, तो उनका मूल्य उस गैस तक सीमित है जो वे संयोग से रखते हैं। यदि उन्हें बुनियादी ढांचे के रूप में भी माना जाए, तो उनकी उपयोगिता प्रारंभिक निष्कर्षण चरण से कहीं आगे तक फैली हुई है — सोच में एक बदलाव जो इन स्थलों के सर्वेक्षण, लाइसेंसिंग और विकास के तरीके को बदल सकता है।

भूवैज्ञानिक संरचनाएं आकर्षक उम्मीदवार क्यों हैं

प्रमाणित समाहित

प्राथमिक लाभ यह है कि एक प्राकृतिक भंडार, परिभाषा के अनुसार, एक ऐसी जगह है जहां हाइड्रोजन टिकी रही है। कैपरॉक और ट्रैपिंग संरचनाएं जिन्होंने गैस को जगह पर रखा, वही विशेषताएं हैं जो इंजेक्ट किए गए हाइड्रोजन को दूर जाने से रोकेंगी।

वह पैमाना जिससे सतही सुविधाएं मेल नहीं खा सकतीं

भूमि के ऊपर के विकल्प — दबावयुक्त टैंक और क्रायोजेनिक पात्र — अच्छी तरह से समझे जाते हैं लेकिन उन्हें बड़े पैमाने पर बनाना महंगा है। इसके विपरीत, भूवैज्ञानिक भंडारण उपसतही छिद्र स्थान की विशाल मात्रा पर निर्भर करता है। यह क्षमता अंतर ही वह है जिसकी मौसमी भंडारण मांग करता है।

कम नई भूमि और सतही व्यवधान

मौजूदा उपसतही संरचनाओं का पुन: उपयोग करने का अर्थ है कम नई सतही सुविधाएं, कम भूमि उपयोग, और संभावित रूप से शून्य से तुलनीय सतही भंडारण की सूची बनाने की तुलना में अनुमति का छोटा रास्ता।

ये लाभ अन्य भूवैज्ञानिक भंडारण दृष्टिकोणों के पीछे के तर्क की प्रतिध्वनि करते हैं, जो पहले से ही हाइड्रोजन बुनियादी ढांचे के आसपास की बातचीत का हिस्सा हैं। अध्ययन का योगदान उस तर्क को विशेष रूप से उन भंडारों तक विस्तारित करना है जहां हाइड्रोजन प्राकृतिक रूप से पाई जाती है, न कि केवल उन संरचनाओं तक जो विशुद्ध रूप से उनके भौतिक गुणों के लिए चुनी गई हैं।

शेष बाधाएं

हाइड्रोजन का उपसतही भंडारण एक हल की गई समस्या नहीं है। प्राकृतिक भंडारों का बड़े पैमाने पर उपयोग किए जाने से पहले कई प्रश्नों के उत्तर देने होंगे:

• बार-बार चक्रों में सीलिंग की अखंडता। भंडारण में इंजेक्शन और निकासी शामिल है, न कि एकल स्थिर चार्ज। बार-बार दबाव परिवर्तन उन्हीं भूवैज्ञानिक बाधाओं पर दबाव डालते हैं जिन्होंने लंबे समय तक गैस को अबाधित रखा।
• भू-रासायनिक प्रतिक्रियाएं। हाइड्रोजन कुछ शर्तों के तहत प्रतिक्रियाशील है। खनिजों और अवशिष्ट तरल पदार्थों के संपर्क से गैस, चट्टान, या दोनों ऐसे तरीकों से बदल सकते हैं जो पुनर्प्राप्ति को कम करते हैं।
• सूक्ष्मजीवी गतिविधि। उपसतही वातावरण सूक्ष्मजीवी समुदायों की मेजबानी करते हैं, और हाइड्रोजन उनमें से कुछ के लिए ऊर्जा स्रोत है। खपत हानि किसी परियोजना की अर्थव्यवस्था को कम कर सकती है।
• निगरानी और सत्यापन। ऑपरेटरों को विश्वास की आवश्यकता होगी कि संग्रहीत हाइड्रोजन वहीं रहती है जहां इसे रखा गया है, जिसके लिए बड़ी उपसतही मात्रा में विश्वसनीय संवेदन की आवश्यकता होती है।
• नियामक ढांचे। प्राकृतिक हाइड्रोजन निष्कर्षण को नियंत्रित करने वाले नियम और भंडारण को नियंत्रित करने वाले नियम आवश्यक रूप से समान नहीं हैं, और एक दोहरे उद्देश्य वाला स्थल मौजूदा श्रेणियों के बीच फंस सकता है।

इनमें से कोई भी बाधा प्राकृतिक भंडारों के लिए अद्वितीय नहीं है; प्रत्येक किसी न किसी रूप में किसी भी भूवैज्ञानिक हाइड्रोजन भंडारण योजना पर लागू होती है। अध्ययन जो जोड़ता है वह एक विशिष्ट सेटिंग है जिसमें अब उनका मूल्यांकन किया जाना चाहिए।

यह व्यापक ऊर्जा संक्रमण में कहां फिट बैठता है

यह विचार दो उभरते क्षेत्रों के प्रतिच्छेदन पर स्थित है। एक है प्राकृतिक हाइड्रोजन की खोज, जिसने संभावित रूप से कम लागत, कम कार्बन ऊर्जा स्रोत के रूप में बढ़ती रुचि आकर्षित की है। दूसरा है बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण, जिसे व्यापक रूप से गहन डीकार्बोनाइजेशन के लिए एक पूर्वापेक्षा के रूप में मान्यता प्राप्त है।

यदि प्राकृतिक भंडार दोनों उद्देश्यों की पूर्ति कर सकते हैं, तो उन्हें विकसित करने की अर्थव्यवस्था में सुधार होता है। एक डेवलपर ड्रिलिंग और विशेषता कार्य को आंशिक रूप से उत्पादित गैस के मूल्य और आंशिक रूप से बनाई गई भंडारण क्षमता के मूल्य के माध्यम से उचित ठहरा सकता है — एक भूवैज्ञानिक संपत्ति से दो राजस्व धाराएं। यह संयुक्त मामला उन परियोजनाओं को व्यवहार्य बना सकता है जो अकेले निष्कर्षण पर मानक पूरा नहीं कर पातीं।

इस अवधारणा का ऊर्जा व्यापार पर भी प्रभाव है। उपयुक्त भूविज्ञान वाले देश खुद को भंडारण केंद्रों के रूप में स्थापित कर सकते हैं, पड़ोसियों को क्षमता की पेशकश कर सकते हैं जिनके नवीकरणीय संसाधन प्रचुर हैं लेकिन उपसतही विकल्प सीमित हैं। उस ढांचे में, भंडारण केवल घरेलू बफर के बजाय एक निर्यात योग्य सेवा बन जाता है।

आगे क्या देखना है

अध्ययन एक प्रदर्शन के बजाय एक प्रस्ताव है। निकट अवधि के प्रश्न व्यावहारिक हैं: कौन से भंडार उपयुक्त हैं, इंजेक्ट किया गया हाइड्रोजन समय के साथ उनमें कैसे व्यवहार करता है, और क्या इन स्थलों तक और वहां से गैस को कंडीशनिंग और स्थानांतरित करने की लागत विकल्पों की तुलना में अनुकूल है।

पायलट परियोजनाएं और विस्तृत भूवैज्ञानिक विशेषता निर्धारित करेंगी कि अवधारणा सुझाव से मानक अभ्यास की ओर बढ़ती है या नहीं। अभी के लिए, अध्ययन का मूल तर्क सीधा है — शून्य-कार्बन ऊर्जा में संक्रमण के लिए हाइड्रोजन की विशाल मात्रा को संग्रहीत करने की आवश्यकता है, और जिस भूविज्ञान ने प्राकृतिक हाइड्रोजन का उत्पादन किया वह इसे रखने के लिए अच्छी तरह से अनुकूल हो सकता है। क्या वह वादा वास्तविक भंडारों के संपर्क में टिकता है, यह वह प्रश्न है जिसका उत्तर आने वाले वर्षों का शोध देगा।

यह लेख Interesting Engineering की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।