जापान के यामानाशी प्रांत में हरित हाइड्रोजन का परीक्षण केंद्र

यामानाशी जापान की हाइड्रोजन प्रयोगशाला क्यों बन रहा है

माउंट फ़ूजी की तलहटी में स्थित यामानाशी प्रांत हरित हाइड्रोजन के लिए एक सक्रिय परीक्षण केंद्र बन गया है। पूरे जापान में जीवाश्म ईंधन के विकल्प के रूप में हाइड्रोजन की पहचान बढ़ रही है। यामानाशी में यह रुझान विशेष रूप से स्पष्ट है। वाहन और इंजन निर्माताओं से लेकर पेय पदार्थ, टायर और मशीन टूल बनाने वाली कंपनियां अपने ऊर्जा मिश्रण के हिस्से के रूप में इस गैस का इस्तेमाल शुरू कर रही हैं। इस प्रांत में प्रचुर नवीकरणीय संसाधनों, अनुसंधान ढांचे और सक्रिय सार्वजनिक-निजी सहयोग का दुर्लभ मेल है।

यामानाशी में तेज़ सौर विकिरण, ऊर्जा अनुसंधान संसाधनों का संकेंद्रण और प्रयोगशाला से कारखाने तक परियोजनाओं को समर्थन देने वाली नीतियां हैं। कोफ़ू के कोमेकुरायामा क्षेत्र में जापान के सबसे विकसित सौर ऊर्जा समूहों में से एक और अगली पीढ़ी की ऊर्जा प्रणाली का अनुसंधान केंद्र है। प्रांतीय नेताओं ने ऐसे हाइड्रोजन प्रायोगिक कार्यक्रमों को समर्थन दिया है जो दिन के समय की सौर ऊर्जा को दीर्घकालिक भंडारण और औद्योगिक ताप से जोड़ते हैं। इससे क्षेत्र को वास्तविक परिचालन स्थितियों में तकनीक साबित करने और फिर उसका विस्तार करने का अवसर मिलता है। यामानाशी हाइड्रोजन एनर्जी सोसाइटी (H2-YES), जो प्रांत और कंपनियों को जोड़ने वाला संयुक्त उद्यम है, प्रदर्शन परियोजनाओं और प्रमुख ग्राहकों के बीच समन्वय में मदद करती है।

यामानाशी की पावर-टू-गैस प्रणाली वास्तव में क्या करती है

पावर-टू-गैस, जिसे आम तौर पर P2G कहा जाता है, नवीकरणीय स्रोतों से मिली बिजली का इस्तेमाल करके पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित करती है और इस तरह हाइड्रोजन बनाती है। यामानाशी की प्रणाली में ठोस पॉलिमर जल-इलेक्ट्रोलिसिस का इस्तेमाल होता है। जब सौर ऊर्जा का उत्पादन अधिक होता है, तो अतिरिक्त बिजली इलेक्ट्रोलाइज़र को चलाती है। इसके बाद हाइड्रोजन को संपीड़ित या द्रवित करके टैंकों में रखा जा सकता है। ग्रिड में मौजूद बिजली के विपरीत, भंडारित हाइड्रोजन को ट्रक से ले जाया जा सकता है, कम दूरी तक पाइप से पहुंचाया जा सकता है, या जरूरत पड़ने पर दोबारा बिजली और ताप में बदला जा सकता है। इससे रुक-रुककर मिलने वाली सौर ऊर्जा कारखानों, गोदामों और स्थानीय समुदायों के लिए लचीला ऊर्जा संसाधन बन जाती है।

जापान सरकार के ग्रीन इनोवेशन फंड और राष्ट्रीय अनुसंधान एवं विकास एजेंसी NEDO के लिए किए गए काम के समर्थन से, यामानाशी मॉडल P2G तकनीक को यामानाशी प्रांत ने टोरे इंडस्ट्रीज़, टोक्यो इलेक्ट्रिक पावर कंपनी होल्डिंग्स और ताकाओका टोको के साथ मिलकर विकसित किया। इस प्रणाली पर आधारित 16 मेगावाट की इकाई प्रांत में सैंटोरी के हाकुशू परिसरों में बनाई जा रही है। इसे नवीकरणीय बिजली और स्थानीय पानी से चलाने की योजना है, ताकि उत्पादित हाइड्रोजन के इस्तेमाल पर कोई ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जित न हो। परियोजना का विवरण सैंटोरी और प्रांतीय साझेदारों की ओर से इस आधिकारिक जानकारी में उपलब्ध है।

सैंटोरी की 16 मेगावाट हरित हाइड्रोजन योजना की पड़ताल

सितंबर 2022 में सैंटोरी होल्डिंग्स ने हाकुशू डिस्टिलरी और मिनामी आल्प्स हाकुशू वाटर प्लांट को कार्बन-मुक्त करने के लिए यामानाशी प्रांत के साथ एक बुनियादी समझौते पर हस्ताक्षर किए। इस योजना का मुख्य हिस्सा 16 मेगावाट की P2G इकाई है, जो नवीकरणीय बिजली से पानी का इलेक्ट्रोलिसिस करके परिसर में ही हरित हाइड्रोजन बनाएगी। कंपनी इस गैस का इस्तेमाल संयंत्र के संचालन के लिए स्वच्छ ताप स्रोत के रूप में करेगी और आसपास के समुदाय के साथ इसकी आपूर्ति साझा करने की योजना रखती है।

परिचालन 2025 में शुरू होने का कार्यक्रम है। पहले चरण में हाकुशू डिस्टिलरी में ताप से कीटाणुशोधन के लिए बॉयलर हाइड्रोजन से चलेंगे और परीक्षण के तौर पर आसवन में भी इसका इस्तेमाल होगा। 2027 से सैंटोरी जापान में हरित हाइड्रोजन की पूरी मूल्य शृंखला में काम करने की योजना बना रही है: केवल हाइड्रोजन उत्पादन ही नहीं, बल्कि उसका वितरण और बिक्री भी। तोमोए शोकोई के साथ लॉजिस्टिक्स साझेदारी से यामानाशी के भीतर और टोक्यो तक आपूर्ति संभव होगी। कंपनी आइची में चिता डिस्टिलरी और ह्योगो में ताकासागो प्लांट जैसी अन्य इकाइयों में भी इसके अतिरिक्त उपयोगों का अध्ययन कर रही है।

यह पहल उस योजना के आगे नहीं बढ़ पाने के बाद आई है, जिसमें यूनाइटेड किंगडम की एक डिस्टिलरी से जुड़ी हाइड्रोजन परियोजना प्रस्तावित थी। इसके चलते संसाधनों को घरेलू उपयोग की ओर मोड़ा गया। जापान में नीतिगत माहौल और यामानाशी की स्थानीय साझेदारियां नवीकरणीय बिजली से लेकर हाइड्रोजन-चालित ताप और बिजली तक पूरी मूल्य शृंखला बनाने, चलाने और साबित करने का स्पष्ट रास्ता देती हैं।

JERA की साझेदारी और 24 घंटे कार्बन-मुक्त बिजली के परीक्षण

22 नवंबर 2023 को यामानाशी प्रांत ने उत्पादन हिस्सेदारी के लिहाज से जापान की सबसे बड़ी बिजली उत्पादक कंपनी JERA के साथ क्षेत्रीय हाइड्रोजन मूल्य शृंखला पर सहयोग के लिए एक बुनियादी समझौते पर हस्ताक्षर किए। JERA का लक्ष्य नवीकरणीय स्रोतों को हाइड्रोजन और अमोनिया का इस्तेमाल करने वाली शून्य-उत्सर्जन तापीय बिजली के साथ जोड़ना है। कंपनी देश की करीब 30 प्रतिशत बिजली पैदा करती है। इस साझेदारी का उद्देश्य प्रांत की P2G प्रणाली को JERA की ईंधन मूल्य शृंखला और बिजली परिसंपत्तियों के साथ जोड़कर कार्बन-मुक्त बिजली और हाइड्रोजन-आधारित ईंधनों का स्थिर उत्पादन और आपूर्ति सुनिश्चित करना है। सहयोग की सार्वजनिक रूपरेखा यहां उपलब्ध है: JERA साझेदारी का विवरण।

माउंट कोमेकुरा में नई हाइड्रोजन बिजली उत्पादन इकाइयों की योजना है, जहां प्रदर्शन परीक्षणों के तहत स्थानीय कारोबारों को बिजली दी जाएगी। लक्ष्य लगातार कार्बन-मुक्त बिजली उपलब्ध कराना साबित करना है। इसके लिए सौर बिजली को हाइड्रोजन से चलने वाली टर्बाइनों या फ्यूल सेल के साथ जोड़ा जाएगा, ताकि सूरज डूबने या बादल आने पर भी बिजली मिलती रहे। अगर यह प्रांतीय स्तर पर सफल रहा, तो यह तरीका उन कारखानों के काम आ सकता है जिन्हें हर समय स्थिर बिजली की जरूरत होती है।

सौर ऊर्जा से भंडारण तक: कोमेकुरायामा केंद्र का विकास

कोमेकुरायामा में प्रांत की सौर ऊर्जा परियोजनाओं की योजना 1990 के दशक की शुरुआत में बनी थी। उस समय इस जगह को कंपनियों को आकर्षित करने के लिए विकसित किया जाना था। आर्थिक बुलबुला फूटने के बाद यह जमीन टोक्यो इलेक्ट्रिक पावर कंपनी के साथ साझेदारी में बड़े सौर पैनल समूह लगाने का केंद्र बनी। इससे अगले चरण की राह तैयार हुई। 2021 तक प्रांत ने ठोस पॉलिमर जल-इलेक्ट्रोलिसिस से अतिरिक्त सौर ऊर्जा को हाइड्रोजन में बदलने की P2G पहल शुरू कर दी थी। शुरुआती प्रणालियों में हाइड्रोजन को द्रवित करके विशेष टैंकों में परिसर में ही रखा जाता था और फिर ट्रेलर से उन जगहों तक ले जाया जाता था जहां इसकी जरूरत थी, जैसे बैकअप और अधिकतम मांग के समय बिजली के लिए फ्यूल सेल इस्तेमाल करने वाली दुकानें।

अगला कदम एक ही सौर स्रोत पर निर्भरता से आगे बढ़कर मानक ग्रिड मिश्रण से प्रमाणित नवीकरणीय बिजली लेना है, जिसमें जलविद्युत, पवन और भू-तापीय स्रोत शामिल हैं। उपयोग की जगह पर मांग के अनुसार हाइड्रोजन बनाने से भंडारण की जरूरत घट सकती है, परिवहन लागत कम हो सकती है और हरित हाइड्रोजन की लागत में सुधार हो सकता है। यामानाशी के इंजीनियर ताप और बिजली से आगे के औद्योगिक उपयोगों का भी अध्ययन कर रहे हैं, जैसे हीलियम के स्थान पर सेमीकंडक्टर निर्माण प्रक्रिया की सफाई के लिए हरित हाइड्रोजन का इस्तेमाल।

आज हाइड्रोजन का इस्तेमाल कौन कर रहा है

प्रांत में सैंटोरी के हाकुशू परिसर प्रमुख ग्राहक हैं। यहां ताप से कीटाणुशोधन और सीधे आग से व्हिस्की आसवन के परीक्षण के लिए हाइड्रोजन का इस्तेमाल प्रस्तावित है। पेय उद्योग के अलावा टायर क्षेत्र ने प्रक्रिया के लिए ताप और संयुक्त ताप-बिजली उत्पादन में परिसर में ही हाइड्रोजन बनाने के प्रयोग शुरू किए हैं। इससे इस गैस के लिए व्यापक औद्योगिक बाजार की संभावना दिखती है।

परिवहन भी तेजी से आगे बढ़ रहा क्षेत्र है। केंद्र सरकार ने भारी वाहनों के लिए फ्यूल सेल को समर्थन दिया है और वाहन निर्माताओं को फ्यूल सेल उत्पादन क्षमता बढ़ाने के लिए धन दिया है। कई कार्यक्रमों में हाइड्रोजन से चलने वाले ट्रकों का लक्ष्य रखा गया है, जिन्हें कम मांग वाले घंटों में डिपो पर ईंधन भरा जा सकेगा। इसके लिए तब उत्पादित हरित हाइड्रोजन इस्तेमाल होगा, जब नवीकरणीय बिजली प्रचुर मात्रा में उपलब्ध हो। ये प्रयास 2050 तक कार्बन तटस्थता हासिल करने की जापान की प्रतिबद्धता और आयातित जीवाश्म ईंधन पर निर्भरता घटाने की जरूरत के अनुरूप हैं।

लागत, लाभ और सीमाएं

इलेक्ट्रोलिसिस में बहुत ऊर्जा लगती है। एक किलोग्राम हाइड्रोजन बनाने के लिए आम तौर पर करीब 50 से 55 किलोवाट-घंटे बिजली की जरूरत होती है। इसे संपीड़ित या द्रवित करने के लिए अतिरिक्त ऊर्जा भी चाहिए। पूरी क्षमता पर पूरे दिन चलने वाला 16 मेगावाट का इलेक्ट्रोलाइज़र करीब 7 से 8 मीट्रिक टन हाइड्रोजन बना सकता है। वास्तविक उत्पादन इस पर निर्भर करता है कि इकाई कितने समय और किस क्षमता पर चलती है, रखरखाव के लिए कब बंद रहती है और कितनी नवीकरणीय बिजली उपलब्ध है। यामानाशी की रणनीति परिसर में सौर ऊर्जा, ग्रिड से मिलने वाली नवीकरणीय बिजली और भंडारण को जोड़ती है, ताकि संयंत्र तब चले जब बिजली स्वच्छ और सस्ती हो।

लागत अब भी मुख्य चुनौती है। जापान में थोक बिजली की कीमतें और ग्रिड शुल्क अधिक हो सकते हैं, जिससे पहले के हाइड्रोजन प्रायोगिक कार्यक्रम सीमित हुए हैं। ऐसी सौर बिजली का इस्तेमाल करना जिसे अन्यथा घटाना पड़ता, या कम मांग के समय परिचालन करना, प्रति किलोग्राम लागत घटा सकता है। इलेक्ट्रोलाइज़र की दक्षता में सुधार और उत्पादन की मात्रा बढ़ने से भी समय के साथ कीमत कम करने में मदद मिलती है।

पानी की आपूर्ति और सुरक्षा दो व्यावहारिक मुद्दे हैं। इलेक्ट्रोलिसिस में हर किलोग्राम हाइड्रोजन के लिए करीब नौ लीटर पानी खर्च होता है। शुद्धिकरण के लिए अतिरिक्त पानी भी चाहिए। हाकुशू क्षेत्र उच्च गुणवत्ता वाले भूजल के लिए जाना जाता है, जिसका इस्तेमाल पेय पदार्थों में होता है। यह संसाधनों के सावधानीपूर्वक प्रबंधन और पुनर्चक्रण की जरूरत को रेखांकित करता है। हाइड्रोजन के रखरखाव में वेंटिलेशन, रिसाव का पता लगाने और प्रशिक्षण के सख्त नियम जरूरी हैं। ज्वलनशीलता को लेकर समुदाय में चिंताएं उठ सकती हैं, जैसा विदेशों में प्रस्तावित परियोजनाओं पर सार्वजनिक बहस में देखा गया है। इसलिए जनसंपर्क और कठोर डिजाइन मानक आवश्यक हैं।

क्या यामानाशी का मॉडल प्रांत से बाहर भी फैल सकेगा

यामानाशी में जिस ढांचे को साबित किया जा रहा है, उसे क्षेत्रीय जरूरतों के हिसाब से बनाया गया है। यह स्थानीय नवीकरणीय संसाधनों, इलेक्ट्रोलिसिस, भंडारण और अंतिम उपयोगकर्ताओं को छोटी आपूर्ति शृंखला के जरिए जोड़ता है। अगले चरण में टोक्यो तक आपूर्ति शामिल है, जिससे राजधानी के पश्चिम में पहाड़ों में उत्पादित हरित हाइड्रोजन को बड़े मांग केंद्र तक पहुंचाया जा सकेगा। चौबीसों घंटे कार्बन-मुक्त बिजली देने के JERA के प्रदर्शन परीक्षण की सफलता उद्योग को जीवाश्म ईंधन के बिना भरोसेमंद बिजली उपलब्ध कराने का एक नमूना भी देगी। सहयोग का विवरण JERA की परियोजना रूपरेखा में सार्वजनिक रूप से उपलब्ध है।

इस काम पर पहले ही अंतरराष्ट्रीय ध्यान जा रहा है। विदेशों से आए प्रतिनिधिमंडलों ने यामानाशी के अनुसंधान केंद्रों और औद्योगिक परीक्षण परियोजनाओं का दौरा किया है। कुछ क्षेत्रों में जापान के अनुभवों से सीख लेकर हरित हाइड्रोजन के उत्कृष्टता केंद्र स्थापित करने की योजनाएं भी चल रही हैं। दौरों में फ्यूल सेल वाहनों से लेकर प्रांत की अनुसंधान प्रयोगशालाओं और उत्पादन संयंत्रों तक की तकनीकें शामिल रही हैं। राष्ट्रीय नीतिगत समर्थन के साथ यह जानकारी साझा करना दिखाता है कि स्थानीय परीक्षण केंद्र अपनी सीमाओं से कहीं आगे की परियोजनाओं को प्रभावित कर सकता है।

जानने योग्य बातें

• यामानाशी प्रांत हरित हाइड्रोजन के लिए जापान का परीक्षण केंद्र बनकर उभर रहा है। यहां प्रचुर सौर ऊर्जा को हाइड्रोजन उत्पादन, भंडारण और औद्योगिक उपयोग से जोड़ा जा रहा है।
• यामानाशी मॉडल पावर-टू-गैस प्रणाली ठोस पॉलिमर जल-इलेक्ट्रोलिसिस से नवीकरणीय बिजली को हाइड्रोजन में बदलती है और रुक-रुककर मिलने वाली सौर ऊर्जा को लचीला ऊर्जा संसाधन बनाती है।
• सैंटोरी और प्रांत हाकुशू डिस्टिलरी और मिनामी आल्प्स हाकुशू वाटर प्लांट में 16 मेगावाट का इलेक्ट्रोलाइज़र बना रहे हैं। इसका परिचालन 2025 में शुरू करने की योजना है।
• 2027 से सैंटोरी हाइड्रोजन की पूरी मूल्य शृंखला में काम करना चाहती है। इसमें तोमोए शोकोई के साथ लॉजिस्टिक्स साझेदारी के जरिए यामानाशी और टोक्यो में स्थानीय वितरण और बिक्री भी शामिल है।
• JERA और यामानाशी ने 2023 में क्षेत्रीय हाइड्रोजन मूल्य शृंखला बनाने और सौर तथा हाइड्रोजन-चालित बिजली उत्पादन को मिलाकर चौबीसों घंटे कार्बन-मुक्त बिजली दिखाने के लिए साझेदारी की।
• कोमेकुरायामा प्रांत का अनुसंधान और उपयोग केंद्र है। यह बड़े सौर पैनल समूहों से आगे बढ़कर P2G प्रणालियों का केंद्र बना है, जो हाइड्रोजन का उत्पादन, भंडारण और परिवहन करती हैं।
• पेय उद्योग के अलावा टायर विनिर्माण जैसे औद्योगिक उपयोगकर्ता भी प्रक्रिया के ताप से होने वाला उत्सर्जन घटाने के लिए परिसर में हरित हाइड्रोजन उत्पादन के प्रयोग कर रहे हैं।
• जापान के राष्ट्रीय कार्यक्रम भारी वाहनों में हाइड्रोजन के इस्तेमाल का समर्थन करते हैं। इनमें फ्यूल सेल उत्पादन बढ़ाने के लिए धन और हाइड्रोजन-चालित ट्रकों की योजनाएं शामिल हैं।
• पूरी क्षमता पर चलने वाला 16 मेगावाट का इलेक्ट्रोलाइज़र प्रतिदिन करीब 7 से 8 टन हाइड्रोजन बना सकता है, हालांकि वास्तविक उत्पादन इसके संचालन के तरीके पर निर्भर करेगा।
• प्रमुख चुनौतियों में बिजली और ग्रिड की लागत, पानी की खपत, भंडारण और लॉजिस्टिक्स, तथा हाइड्रोजन के रखरखाव के लिए मजबूत सुरक्षा उपाय शामिल हैं।
• यामानाशी का तरीका क्षेत्रीय और अन्य जगहों पर दोहराए जाने योग्य बनाया गया है। टोक्यो तक आपूर्ति की योजनाएं हैं और इस मॉडल का अध्ययन करने वाले अंतरराष्ट्रीय प्रतिनिधिमंडलों की दिलचस्पी बढ़ रही है।