नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों से इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हरित हाइड्रोजन उत्पादन का आर्थिक विश्लेषण

अधिक से अधिक देश हाइड्रोजन ऊर्जा के लिए रणनीतिक लक्ष्य निर्धारित करने लगे हैं, और कुछ निवेश हरित हाइड्रोजन प्रौद्योगिकी विकास की ओर बढ़ रहे हैं। यूरोपीय संघ और चीन इस विकास का नेतृत्व कर रहे हैं, प्रौद्योगिकी और बुनियादी ढांचे में पहले-प्रवर्तक लाभों की तलाश कर रहे हैं। इस बीच, जापान, दक्षिण कोरिया, फ्रांस, जर्मनी, नीदरलैंड, न्यूजीलैंड और ऑस्ट्रेलिया ने 2017 से हाइड्रोजन ऊर्जा रणनीतियों को जारी किया है और पायलट योजनाएँ विकसित की हैं। 2021 में, यूरोपीय संघ ने हाइड्रोजन ऊर्जा के लिए एक रणनीतिक आवश्यकता जारी की, जिसमें पवन और सौर ऊर्जा पर भरोसा करके 2024 तक इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं में हाइड्रोजन उत्पादन की परिचालन क्षमता को 6GW तक बढ़ाने का प्रस्ताव है, और 2030 तक 40GW तक, यूरोपीय संघ में हाइड्रोजन उत्पादन की क्षमता को यूरोपीय संघ के बाहर अतिरिक्त 40GW द्वारा 40GW तक बढ़ाया जाएगा।

सभी नई तकनीकों की तरह, ग्रीन हाइड्रोजन प्राथमिक अनुसंधान और विकास से मुख्यधारा के औद्योगिक विकास की ओर बढ़ रहा है, जिसके परिणामस्वरूप कम इकाई लागत और डिजाइन, निर्माण और स्थापना में दक्षता में वृद्धि हुई है। ग्रीन हाइड्रोजन LCOH में तीन घटक होते हैं: इलेक्ट्रोलाइटिक सेल की लागत, नवीकरणीय बिजली की कीमत और अन्य परिचालन लागत। सामान्य तौर पर, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल की लागत ग्रीन हाइड्रोजन LCOH का लगभग 20% ~ 25% और बिजली का सबसे बड़ा हिस्सा (70% ~ 75%) होती है। परिचालन लागत अपेक्षाकृत कम है, आम तौर पर 5% से कम।

अंतरराष्ट्रीय स्तर पर, अक्षय ऊर्जा (मुख्य रूप से उपयोगिता-स्तरीय सौर और पवन) की कीमत पिछले 30 वर्षों में काफी कम हो गई है, और इसकी समान ऊर्जा लागत (एलसीओई) अब कोयले से चलने वाली बिजली ($30-50/MWh) के करीब है, जिससे भविष्य में अक्षय ऊर्जा अधिक लागत-प्रतिस्पर्धी हो जाएगी। अक्षय ऊर्जा की लागत में हर साल 10% की गिरावट जारी है, और लगभग 2030 तक अक्षय ऊर्जा की लागत लगभग $20/MWh तक पहुँच जाएगी। परिचालन लागत में उल्लेखनीय कमी नहीं की जा सकती है, लेकिन सेल इकाई लागत को कम किया जा सकता है और सौर या पवन ऊर्जा की तरह सेल के लिए भी एक समान लर्निंग कॉस्ट कर्व की उम्मीद है।

सोलर पीवी का विकास 1970 के दशक में हुआ था और 2010 में सोलर पीवी एलसीओई की कीमत लगभग 500 डॉलर प्रति मेगावाट थी। 2010 से सोलर पीवी एलसीओई में काफी कमी आई है और वर्तमान में यह 30 से 50 डॉलर प्रति मेगावाट है। यह देखते हुए कि इलेक्ट्रोलाइटिक सेल तकनीक सोलर फोटोवोल्टिक सेल उत्पादन के लिए औद्योगिक बेंचमार्क के समान है, 2020-2030 से, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल तकनीक यूनिट लागत के मामले में सोलर फोटोवोल्टिक सेल के समान ही प्रक्षेपवक्र का अनुसरण करने की संभावना है। वहीं, पिछले एक दशक में पवन ऊर्जा के लिए एलसीओई में काफी गिरावट आई है, लेकिन कम मात्रा में (लगभग 50 प्रतिशत अपतटीय और 60 प्रतिशत तटवर्ती)।

हमारा देश इलेक्ट्रोलाइटिक जल हाइड्रोजन उत्पादन के लिए नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों (जैसे पवन ऊर्जा, फोटोवोल्टिक, जल विद्युत) का उपयोग करता है, जब बिजली की कीमत 0.25 युआन / kWh से नीचे नियंत्रित होती है, तो हाइड्रोजन उत्पादन लागत में सापेक्ष आर्थिक दक्षता (15.3 ~ 20.9 युआन / किग्रा) होती है। क्षारीय इलेक्ट्रोलिसिस और पीईएम इलेक्ट्रोलिसिस हाइड्रोजन उत्पादन के तकनीकी और आर्थिक संकेतक तालिका 1 में दिखाए गए हैं।

इलेक्ट्रोलाइटिक हाइड्रोजन उत्पादन की लागत गणना विधि समीकरण (1) और (2) में दर्शाई गई है। LCOE = निश्चित लागत / (हाइड्रोजन उत्पादन मात्रा x जीवन) + परिचालन लागत (1) परिचालन लागत = हाइड्रोजन उत्पादन बिजली की खपत x बिजली की कीमत + पानी की कीमत + उपकरण रखरखाव लागत (2) क्षारीय इलेक्ट्रोलिसिस और PEM इलेक्ट्रोलिसिस परियोजनाओं (1000 Nm3/h) को एक उदाहरण के रूप में लेते हुए, मान लें कि परियोजनाओं का पूरा जीवन चक्र 20 वर्ष है और परिचालन जीवन 9×104h है। पैकेज इलेक्ट्रोलाइटिक सेल, हाइड्रोजन शुद्धिकरण उपकरण, सामग्री शुल्क, सिविल निर्माण शुल्क, स्थापना सेवा शुल्क और अन्य वस्तुओं की निश्चित लागत इलेक्ट्रोलिसिस के लिए 0.3 युआन / kWh पर गणना की जाती है। लागत तुलना तालिका 2 में दिखाई गई है।

अन्य हाइड्रोजन उत्पादन विधियों की तुलना में, यदि अक्षय ऊर्जा की बिजली की कीमत 0.25 युआन / kWh से कम है, तो ग्रीन हाइड्रोजन की लागत लगभग 15 युआन / किलोग्राम तक कम हो सकती है, जिससे लागत लाभ होने लगता है। कार्बन तटस्थता के संदर्भ में, अक्षय ऊर्जा बिजली उत्पादन लागत में कमी, हाइड्रोजन उत्पादन परियोजनाओं के बड़े पैमाने पर विकास, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल ऊर्जा खपत और निवेश लागत में कमी, और कार्बन टैक्स और अन्य नीतियों के मार्गदर्शन के साथ, ग्रीन हाइड्रोजन लागत में कमी का रास्ता धीरे-धीरे स्पष्ट हो जाएगा। साथ ही, क्योंकि पारंपरिक ऊर्जा स्रोतों से हाइड्रोजन उत्पादन में कार्बन, सल्फर और क्लोरीन जैसी कई संबंधित अशुद्धियाँ शामिल होंगी, और सुपरइम्पोज़्ड शुद्धिकरण और CCUS की लागत, वास्तविक उत्पादन लागत 20 युआन / किलोग्राम से अधिक हो सकती है।