चीन ने पहले मेगावाट श्रेणी के तरल हाइड्रोजन विमानन इंजन के साथ बड़ी कामयाबी हासिल की

हरित विमानन में नई राह

चीन ने अपने पहले मेगावाट श्रेणी के तरल हाइड्रोजन इंजन के पूर्ण जमीनी परीक्षण सफलतापूर्वक पूरे करके टिकाऊ विमानन प्रौद्योगिकी में बड़ी सफलता हासिल की है। चीन की एयरो इंजन कॉरपोरेशन (AECC) द्वारा स्वतंत्र रूप से विकसित AEP100 टर्बोप्रॉप, शून्य-उत्सर्जन प्रणोदन प्रणालियों के जरिए हवाई यात्रा को कार्बन-मुक्त करने की दिशा में एक बड़ा कदम है। ये प्रणालियां अंततः छोटी दूरी की उड़ानों से कार्बन उत्सर्जन पूरी तरह खत्म कर सकती हैं। यह उपलब्धि पहली बार है जब किसी चीनी तरल हाइड्रोजन इंजन ने मेगावाट स्तर पर प्रदर्शन के सभी मानक पूरे किए हैं। इससे पता चलता है कि हाइड्रोजन से चलने वाला विमानन सैद्धांतिक अवधारणाओं से आगे बढ़कर व्यावहारिक इंजीनियरिंग की हकीकत बन रहा है और क्षेत्रीय विमानों के विकास में इसका तत्काल इस्तेमाल संभव है। मध्य चीन के हुनान प्रांत के झुझोउ स्थित AECC हुनान एविएशन पावरप्लांट रिसर्च इंस्टीट्यूट में किए गए परीक्षणों ने अलग-अलग शक्ति सेटिंग और परिचालन स्थितियों में क्रायोजेनिक हाइड्रोजन ईंधन से इंजन के स्थिर संचालन की क्षमता को प्रमाणित किया। इस क्षेत्र में सफलता से चीन उन वैश्विक एयरोस्पेस शक्तियों की कतार में आ गया है जो विमानन उद्योग के बड़े कार्बन पदचिह्न को कम करने के लिए हाइड्रोजन को व्यावहारिक विकल्प के रूप में तलाश रही हैं। साथ ही, इससे उन्नत प्रणोदन प्रौद्योगिकी में देश की घरेलू क्षमता मजबूत हुई है, जो भविष्य में आयातित जीवाश्म ईंधन पर निर्भर हुए बिना मध्यम दूरी के मार्गों पर द्वितीयक शहरों और दूरदराज के इलाकों को जोड़ने वाले क्षेत्रीय विमानों को शक्ति दे सकती है।

AEP100 के परीक्षण अभियान की पड़ताल

हालिया परीक्षण अभियान में नियंत्रित जमीनी परिस्थितियों के तहत इग्निशन परीक्षणों और प्रदर्शन समायोजन की व्यापक श्रृंखला शामिल थी। इंजीनियरों ने कई शक्ति सेटिंग पर टर्बोप्रॉप की निगरानी की और तरल हाइड्रोजन की आपूर्ति करने वाली एकीकृत फीड एवं नियंत्रण प्रणाली के जरिए इंजन चलने के दौरान टर्बाइन का तापमान, कंपन का स्तर और दबाव की स्थिरता जांची। परीक्षण के पूरे क्रम में इंजन और तरल हाइड्रोजन परिवहन प्रणाली, दोनों के सभी संकेतक सामान्य सीमा में रहे। इसमें उच्च शक्ति स्तर पर लंबे समय तक संचालन भी शामिल था। क्षेत्रीय विमानन के लिए तैयार AEP100 ने स्थिर दहन हासिल किया और तेज़ी से थ्रॉटल बदलने जैसे अचानक बदलावों को संभालने की अपनी क्षमता दिखाई। इस तरह के गतिशील भार परिवर्तन छोटे रनवे या पहाड़ी इलाकों से उड़ान भरने वाले क्षेत्रीय विमानों के लिए अहम हैं, जहां इंजन को बिजली की बदलती मांग के अनुसार तुरंत प्रतिक्रिया देनी होती है। इंजन की प्रदर्शन सीमा का सफल सत्यापन तरल हाइड्रोजन टर्बाइन शक्ति को प्रायोगिक चरण से व्यावहारिक इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों तक ले जाने के लिए तकनीकी आधार तैयार करता है। इससे चीन की विमानन प्रणोदन क्षमता में पहले मौजूद एक बड़ी कमी दूर होती है और भविष्य के विमान विकास कार्यक्रमों के लिए नई संभावनाएं खुलती हैं।

क्रायोजेनिक ईंधन के लिए इंजीनियरिंग

टर्बोप्रॉप इंजन को तरल हाइड्रोजन पर चलाने के लिए पारंपरिक केरोसिन-आधारित डिजाइनों की तुलना में काफी बड़े इंजीनियरिंग बदलाव करने पड़ते हैं। हाइड्रोजन का प्रति इकाई भार ऊर्जा-सामर्थ्य अधिक है, लेकिन इसका आयतन के हिसाब से कम घनत्व और क्रायोजेनिक प्रकृति अनूठी चुनौतियां पेश करती है। इसे लगभग माइनस 253 डिग्री सेल्सियस तापमान पर रखना पड़ता है। AEP100 के हाइड्रोजन संस्करण में खास क्रायोजेनिक भंडारण और फीड प्रणाली है, जो कड़े नियंत्रण वाली दबाव और तापमान स्थितियों में इंजन तक ईंधन पहुंचाती है। इसमें उन्नत इन्सुलेशन, नए सिरे से तैयार ईंधन पाइपलाइनें और रिसाव रोकने तथा तरल के गर्म होने पर स्वाभाविक रूप से बनने वाली वाष्प को संभालने के लिए सुरक्षा प्रणालियां शामिल हैं। हाइड्रोजन की तेज लौ-गति और व्यापक ज्वलनशीलता सीमा के अनुकूल दहन उपकरणों को खास तौर पर समायोजित करना पड़ा, जबकि स्थिर संचालन बनाए रखने और उच्च तापमान पर हाइड्रोजन दहन से बढ़ सकने वाले नाइट्रोजन ऑक्साइड उत्सर्जन को नियंत्रित करना भी जरूरी था। इन क्रायोजेनिक प्रणालियों को टर्बोप्रॉप की बदलती परिचालन जरूरतों के साथ जोड़ने के लिए तरल हाइड्रोजन आपूर्ति प्रणाली और इंजन के तेज़ी से बदलते भार के बीच सटीक तालमेल जरूरी था, ताकि उड़ान के अहम चरणों में आग बुझने या दहन अस्थिर होने से बचा जा सके। इसके अलावा, विमान के ढांचे में इन प्रणालियों को शामिल करने की अलग चुनौतियां हैं। समान दूरी तय करने के लिए हाइड्रोजन को पारंपरिक जेट ईंधन की तुलना में काफी बड़े टैंकों की जरूरत होती है। इसलिए भविष्य के विमानों में, जो इस इंजन का इस्तेमाल कर सकते हैं, धड़ या पंखों में टैंकों की नई बनावट अपनानी होगी। इससे मौजूदा केरोसिन-चालित क्षेत्रीय विमानों की तुलना में विमान की संरचना बुनियादी तौर पर बदल जाएगी।

एक ट्रिलियन युआन की औद्योगिक श्रृंखला को ऊर्जा

तकनीकी उपलब्धि से आगे बढ़कर यह सफल परीक्षण चीन की ऊर्जा संक्रमण रणनीति और औद्योगिक योजना के लिए व्यापक आर्थिक संभावनाएं पैदा करता है। तरल हाइड्रोजन विमानन प्रौद्योगिकी के विकास से एक व्यापक औद्योगिक श्रृंखला को बढ़ावा मिलने की उम्मीद है, जिसका मूल्य एक ट्रिलियन युआन तक हो सकता है। इसमें हरित हाइड्रोजन उत्पादन केंद्र, हाइड्रोजन द्रवीकरण संयंत्र, क्रायोजेनिक भंडारण और परिवहन ढांचा तथा नियमित वाणिज्यिक संचालन के लिए जरूरी विशेष हवाई अड्डा ईंधन-भराई प्रणालियां शामिल होंगी। यह तंत्र चीन की उस रणनीतिक नीति के अनुरूप है, जिसमें राष्ट्रीय कार्बन उत्सर्जन घटाने के लिए हाइड्रोजन को प्रमुख उद्योग माना गया है। इसके उपयोग विमानन से आगे भारी उद्योग, लंबी दूरी के ट्रक परिवहन और बिजली उत्पादन तक फैले हैं, जहां जीवाश्म ईंधन के विकल्प तलाशे जा रहे हैं। यह प्रगति उच्च-स्तरीय उपकरण निर्माण और नई सामग्री के विकास में सहयोगी नवाचार को बढ़ावा देती है। इससे कई क्षेत्रों में रणनीतिक उभरते उद्योगों की वृद्धि को एयरोस्पेस प्रौद्योगिकी की उपलब्धियों से गति मिल सकती है। हरित हाइड्रोजन उत्पादन में इस्तेमाल होने वाले इलेक्ट्रोलाइजर का दुनिया का सबसे बड़ा उत्पादक होने के नाते, हाइड्रोजन विमानन प्रणोदन में चीन की प्रगति स्वच्छ ऊर्जा के वैश्विक बाजार में उसकी स्थिति मजबूत करती है। साथ ही, इससे उन अंतरराष्ट्रीय प्रतिस्पर्धियों की निगाहें भी बढ़ सकती हैं जो टिकाऊ विमानन प्रौद्योगिकी में अपनी बाजार स्थिति बनाए रखना चाहते हैं। ऊर्जा संक्रमण से जुड़ी सरकारी रणनीतियों में हाइड्रोजन को दीर्घकालिक कार्बन-मुक्ति के लिए लगातार जरूरी बताया जा रहा है। इससे विमानन इन व्यापक औद्योगिक महत्वाकांक्षाओं को परखने का एक अहम मंच बनता है, जहां शोध प्रयोगशालाएं वाणिज्यिक विनिर्माण क्षमता से जुड़ती हैं।

हाइड्रोजन विमानों की वैश्विक होड़

चीन की यह उपलब्धि ऐसे वैश्विक परिदृश्य में सामने आई है जहां प्रमुख एयरोस्पेस निर्माता भविष्य के वाणिज्यिक विमानों के लिए व्यावहारिक हाइड्रोजन प्रणोदन प्रणालियां विकसित करने की होड़ में हैं। यूरोपीय विमानन दिग्गज एयरबस अपने ZEROe हाइड्रोजन ईंधन-सेल विमान की अवधारणा पर काम आगे बढ़ा रही है। वहीं, अमेरिका और यूरोप की कई कंपनियां अलग-अलग श्रेणी के विमानों के लिए उपयुक्त संयोजन तय करने के वास्ते गैसीय या तरल हाइड्रोजन मिश्रण से चलने वाले टर्बोफैन और टर्बोप्रॉप इंजनों का समानांतर परीक्षण कर रही हैं। चीन का कार्यक्रम इस अंतरराष्ट्रीय प्रयास में एक बड़ा नया खिलाड़ी जोड़ता है। इंजीनियरिंग के अलग-अलग तरीकों और ईंधन प्रणालियों के डिजाइनों पर समानांतर प्रयोग से प्रौद्योगिकी का समग्र विकास तेज हो सकता है। क्षेत्रीय और कम दूरी के विमान हाइड्रोजन अपनाने के शुरुआती सबसे संभावित विकल्प हैं, क्योंकि उनके मार्ग छोटे और बिजली की जरूरत लंबी दूरी के जेट विमानों की तुलना में कम होती है। महाद्वीपों के बीच उड़ान भरने वाले लंबी दूरी के विमानों को बहुत अधिक ईंधन ले जाना पड़ता है। मेगावाट श्रेणी का टर्बोप्रॉप होने के नाते AEP100 इसी श्रेणी में आता है और द्वितीयक शहरों को जोड़ने वाले उभरते शून्य-उत्सर्जन क्षेत्रीय विमान बाजार में इसे पश्चिमी कंपनियों के उत्पादों का संभावित प्रतिस्पर्धी बनाता है। हालांकि, व्यापार नीतियों और प्रौद्योगिकी हस्तांतरण को लेकर अंतरराष्ट्रीय तनाव सहित भू-राजनीतिक माहौल इस बात को प्रभावित कर सकता है कि ये प्रौद्योगिकियां वैश्विक बाजारों में कितनी तेजी से फैलेंगी। यह भी इसी पर निर्भर करेगा कि हाइड्रोजन प्रणोदन के विकास को बढ़ाने के लिए रणनीतिक साझेदारियां बनती हैं या इस महत्वपूर्ण क्षेत्र में घरेलू उद्योगों को विदेशी प्रतिस्पर्धा से बचाने के लिए अवरोध खड़े होते हैं।

वाणिज्यिक व्यवहार्यता की वास्तविकता

जमीनी परीक्षण में तकनीकी उपलब्धि के बावजूद, उद्योग विशेषज्ञों का कहना है कि दुनिया भर में तरल हाइड्रोजन विमानन इंजन अभी भी शुरुआती खोज के चरण में हैं और वाणिज्यिक यात्री विमानों में इनके इस्तेमाल के रास्ते में कई बड़ी बाधाएं बनी हुई हैं। बीजिंग स्थित एयरोस्पेस नॉलेज पत्रिका के प्रधान संपादक वांग यानान का कहना है कि उपकरणों की उम्र, ऊर्जा घनत्व, भंडारण लागत और सुरक्षा मानकों से जुड़ी मौजूदा सीमाएं वाणिज्यिक विमानन में इनके तत्काल इस्तेमाल को रोकती हैं, जहां विश्वसनीयता और आर्थिक दक्षता सर्वोपरि हैं।

दुनिया भर में तरल हाइड्रोजन विमानन इंजन अभी भी खोज के चरण में हैं। उपकरणों की उम्र, ऊर्जा घनत्व, भंडारण लागत और सुरक्षा संबंधी सीमाओं के कारण निकट भविष्य में वाणिज्यिक यात्री विमानों में इनके इस्तेमाल की संभावना कम है।

वांग आगे बताते हैं कि मौजूदा विमानन इंजन प्रणालियों की जगह लेने के लिए नई प्रौद्योगिकियों को एक साथ दो मुख्य शर्तें पूरी करनी होंगी: वास्तविक रूप से कार्बन उत्सर्जन घटाना और यह सुनिश्चित करना कि लागत, प्रदर्शन, सुरक्षा तथा विश्वसनीयता पारंपरिक जेट ईंधन प्रणालियों के मौजूदा स्तर से नीचे न जाएं। शुरुआती इस्तेमाल का दायरा तय यात्री सेवाओं के बजाय शोध कार्यक्रमों और विशेष विमानन क्षेत्रों तक सीमित रहने की संभावना है, क्योंकि यात्री सेवाओं में गलती की गुंजाइश बेहद कम होती है। शहरी हवाई परिवहन या मानवरहित माल प्रणालियों जैसे उभरते कम ऊंचाई वाले अनुप्रयोगों की व्यवहार्यता पर भी व्यापक इस्तेमाल को सुरक्षित और आर्थिक रूप से व्यावहारिक मानने से पहले और प्रदर्शन करना होगा। तरल हाइड्रोजन इंजन में उत्सर्जन घटाने की स्पष्ट क्षमता है, लेकिन लागत, प्रदर्शन, सुरक्षा और विश्वसनीयता की चुनौतियों के मेल का अर्थ है कि वे अभी मुख्यधारा के वाणिज्यिक उपयोग में पारंपरिक विमानन ईंधन की जगह लेने के लिए तैयार नहीं हैं।

परीक्षण केंद्र से क्षेत्रीय मार्गों तक

AEP100 के हाइड्रोजन संस्करण के विकास की योजना चरणबद्ध शुरुआत की है। पहले मानवरहित हवाई लॉजिस्टिक्स प्लेटफॉर्म और क्षेत्रीय विमानन सेवाओं में इसका इस्तेमाल होगा, और बाद में इसे लंबी दूरी वाले मुख्य वाणिज्यिक मार्गों तक ले जाने की परिकल्पना है। इस क्रमिक तरीके से हवाई अड्डों पर क्रायोजेनिक भंडारण टैंक, ईंधन संभालने की नई प्रक्रियाएं और नियमित तरल हाइड्रोजन संचालन के लिए जरूरी अद्यतन सुरक्षा नियम विकसित करने का समय मिलेगा। विकास के अगले चरणों में उड़ान परीक्षण या उड़ान-योग्यता प्रमाणन से पहले लंबे समय तक चलने वाले परीक्षण, विश्वसनीयता का विस्तृत आकलन और व्यापक परिचालन स्थितियों को संभालने के लिए इंजन नियंत्रण सॉफ्टवेयर में सुधार पर ध्यान दिया जाएगा। यात्रियों और विमानन उद्योग के लिए यह जमीनी परीक्षण एक दूर की, लेकिन ठोस उपलब्धि है। इससे कुछ सौ से एक हजार किलोमीटर की दूरी के भीतर मध्यम आकार के शहरों को जोड़ने वाली, संभावित रूप से शांत और शून्य-उत्सर्जन क्षेत्रीय उड़ानों का रास्ता खुल सकता है और छोटी दूरी की हवाई यात्रा का कार्बन पदचिह्न काफी घट सकता है। टिकाऊ विमानन ईंधन मौजूदा बेड़े में सीधे इस्तेमाल योग्य विकल्पों के जरिए उत्सर्जन घटाने का अधिक तात्कालिक रास्ता देते हैं। वहीं, AEP100 जैसे हाइड्रोजन तकनीक के रूपांतरण के दूसरे चरण की संभावना रखते हैं, जो 2030 और 2040 के दशकों में विमान डिजाइन और मार्ग नियोजन को नया रूप दे सकता है। इसके लिए विमानन तंत्र में निरंतर इंजीनियरिंग विकास और बड़े बुनियादी ढांचे के निवेश के जरिए बाकी तकनीकी और आर्थिक बाधाओं को दूर करना होगा।

मुख्य बातें

• AEP100 टर्बोप्रॉप ने झुझोउ स्थित AECC केंद्रों में चीन के पहले मेगावाट श्रेणी के तरल हाइड्रोजन इंजन के जमीनी परीक्षण पूरे किए और प्रदर्शन के सभी मानक हासिल किए
• परीक्षणों ने सभी स्थितियों में इंजन के स्थिर संचालन और इग्निशन तथा समायोजन परीक्षणों के दौरान तरल हाइड्रोजन परिवहन प्रणाली के सामान्य प्रदर्शन संकेतकों की पुष्टि की
• तरल हाइड्रोजन शून्य उत्सर्जन देता है, लेकिन इसके लिए माइनस 253 डिग्री सेल्सियस पर क्रायोजेनिक भंडारण और इसकी तेज लौ-गति तथा कम आयतन घनत्व को संभालने के लिए विशेष इंजीनियरिंग जरूरी है
• इस प्रौद्योगिकी का शुरुआती इस्तेमाल मानवरहित हवाई लॉजिस्टिक्स और क्षेत्रीय विमानन में होने की उम्मीद है। इससे हरित हाइड्रोजन उत्पादन और ईंधन-भराई ढांचे समेत एक ट्रिलियन युआन की औद्योगिक श्रृंखला को बढ़ावा मिल सकता है
• विशेषज्ञों का कहना है कि भंडारण लागत, सुरक्षा प्रमाणन, उपकरणों की उम्र और पारंपरिक जेट ईंधन की तुलना में ऊर्जा घनत्व से जुड़ी अनसुलझी चुनौतियों के कारण वाणिज्यिक यात्री विमानों में इसका इस्तेमाल अभी दूर है
• एयरबस और पश्चिमी निर्माता हाइड्रोजन विमानन कार्यक्रमों पर समानांतर काम कर रहे हैं, जिससे वैश्विक प्रतिस्पर्धा तेज हो रही है और AEP100 उभरते शून्य-उत्सर्जन क्षेत्रीय विमान बाजार में आ गया है