नवीकरणीय ऊर्जा स्त्रोतांपासून इलेक्ट्रोलायसिसद्वारे हरित हायड्रोजन उत्पादनाचे आर्थिक विश्लेषण

अधिकाधिक देश हायड्रोजन ऊर्जेसाठी धोरणात्मक उद्दिष्टे निश्चित करू लागले आहेत आणि काही गुंतवणूक हरित हायड्रोजन तंत्रज्ञानाच्या विकासाकडे झुकत आहे. युरोपियन युनियन (EU) आणि चीन या विकासाचे नेतृत्व करत असून, तंत्रज्ञान आणि पायाभूत सुविधांमध्ये प्रथम-प्रवर्तक लाभाच्या शोधात आहेत. दरम्यान, जपान, दक्षिण कोरिया, फ्रान्स, जर्मनी, नेदरलँड्स, न्यूझीलंड आणि ऑस्ट्रेलिया या सर्व देशांनी २०१७ पासून हायड्रोजन ऊर्जा धोरणे जाहीर केली आहेत आणि प्रायोगिक योजना विकसित केल्या आहेत. २०२१ मध्ये, युरोपियन युनियनने हायड्रोजन ऊर्जेसाठी एक धोरणात्मक आवश्यकता जारी केली, ज्यामध्ये पवन आणि सौर ऊर्जेवर अवलंबून इलेक्ट्रोलाइटिक सेलमध्ये हायड्रोजन उत्पादनाची कार्यरत क्षमता २०२४ पर्यंत ६ गिगावॅट (GW) आणि २०३० पर्यंत ४० गिगावॅट (GW) पर्यंत वाढवण्याचा प्रस्ताव आहे. युरोपियन युनियनच्या बाहेर अतिरिक्त ४० गिगावॅट (GW) उत्पादनासह युरोपियन युनियनमधील हायड्रोजन उत्पादन क्षमता ४० गिगावॅट (GW) पर्यंत वाढवली जाईल.

इतर सर्व नवीन तंत्रज्ञानांप्रमाणेच, हरित हायड्रोजन प्राथमिक संशोधन आणि विकासातून मुख्य प्रवाहातील औद्योगिक विकासाकडे वाटचाल करत आहे, ज्यामुळे प्रति युनिट खर्च कमी होतो आणि रचना, बांधकाम व स्थापनेमध्ये कार्यक्षमता वाढते. हरित हायड्रोजनच्या एकूण खर्चाच्या LCOH मध्ये तीन घटक असतात: इलेक्ट्रोलाइटिक सेलची किंमत, नवीकरणीय विजेची किंमत आणि इतर परिचालन खर्च. सर्वसाधारणपणे, हरित हायड्रोजनच्या एकूण LCOH मध्ये इलेक्ट्रोलाइटिक सेलच्या खर्चाचा वाटा सुमारे २०% ते २५% असतो आणि विजेचा वाटा सर्वाधिक (७०% ते ७५%) असतो. परिचालन खर्च तुलनेने कमी असतो, साधारणपणे ५% पेक्षा कमी.

आंतरराष्ट्रीय स्तरावर, गेल्या ३० वर्षांत नवीकरणीय ऊर्जेच्या (मुख्यतः मोठ्या प्रमाणावरील सौर आणि पवन ऊर्जा) किमतीत लक्षणीय घट झाली आहे, आणि तिचा समतुल्य ऊर्जा खर्च (LCOE) आता कोळशावर आधारित वीज निर्मितीच्या खर्चाच्या (३०-५० डॉलर/MWh) जवळपास पोहोचला आहे, ज्यामुळे भविष्यात नवीकरणीय ऊर्जा अधिक किफायतशीर ठरेल. नवीकरणीय ऊर्जेचा खर्च दरवर्षी १०% ने कमी होत आहे, आणि सुमारे २०३० पर्यंत हा खर्च अंदाजे २० डॉलर/MWh पर्यंत पोहोचेल. परिचालन खर्च लक्षणीयरीत्या कमी करता येणार नाही, परंतु सेल युनिटचा खर्च कमी केला जाऊ शकतो आणि सौर किंवा पवन ऊर्जेप्रमाणेच सेलसाठीही समान शिक्षण खर्च वक्र अपेक्षित आहे.

सौर पीव्हीचा विकास १९७० च्या दशकात झाला आणि २०१० मध्ये सौर पीव्ही एलसीओईची किंमत सुमारे $५००/MWh होती. २०१० पासून सौर पीव्ही एलसीओईमध्ये लक्षणीय घट झाली आहे आणि सध्या ती $३० ते $५०/MWh आहे. इलेक्ट्रोलाइटिक सेल तंत्रज्ञान हे सौर फोटोव्होल्टेइक सेल उत्पादनासाठीच्या औद्योगिक मानकांसारखेच आहे हे लक्षात घेता, २०२०-२०३० पासून, युनिट खर्चाच्या बाबतीत इलेक्ट्रोलाइटिक सेल तंत्रज्ञानही सौर फोटोव्होल्टेइक सेलप्रमाणेच वाटचाल करण्याची शक्यता आहे. त्याच वेळी, गेल्या दशकात पवन ऊर्जेच्या एलसीओईमध्ये लक्षणीय घट झाली आहे, परंतु ती कमी प्रमाणात आहे (समुद्रात सुमारे ५० टक्के आणि जमिनीवर ६० टक्के).

आपला देश इलेक्ट्रोलाइटिक जल हायड्रोजन उत्पादनासाठी अक्षय ऊर्जा स्त्रोतांचा (जसे की पवन ऊर्जा, फोटोव्होल्टेइक, जलविद्युत) वापर करतो, जेव्हा विजेची किंमत 0.25 युआन/kWh पेक्षा कमी नियंत्रित केली जाते, तेव्हा हायड्रोजन उत्पादन खर्चात सापेक्ष आर्थिक कार्यक्षमता (15.3 ~ 20.9 युआन/किलो) असते. अल्कलाइन इलेक्ट्रोलायसिस आणि पीईएम इलेक्ट्रोलायसिस हायड्रोजन उत्पादनाचे तांत्रिक आणि आर्थिक निर्देशक तक्ता 1 मध्ये दर्शविले आहेत.

इलेक्ट्रोलाइटिक हायड्रोजन उत्पादनाच्या खर्चाची गणना करण्याची पद्धत समीकरण (1) आणि (2) मध्ये दर्शविली आहे. LCOE = स्थिर खर्च / (हायड्रोजन उत्पादन प्रमाण x आयुष्य) + परिचालन खर्च (1) परिचालन खर्च = हायड्रोजन उत्पादन वीज वापर x विजेची किंमत + पाण्याची किंमत + उपकरणांच्या देखभालीचा खर्च (2) अल्कलाइन इलेक्ट्रोलायसिस आणि PEM इलेक्ट्रोलायसिस प्रकल्पांचे (1000 Nm3/h) उदाहरण घेतल्यास, प्रकल्पांचे संपूर्ण जीवनचक्र 20 वर्षे आणि कार्यरत आयुष्य 9×104 तास आहे असे गृहीत धरा. पॅकेज इलेक्ट्रोलाइटिक सेल, हायड्रोजन शुद्धीकरण उपकरण, साहित्य शुल्क, नागरी बांधकाम शुल्क, स्थापना सेवा शुल्क आणि इतर बाबींचा स्थिर खर्च इलेक्ट्रोलायसिससाठी 0.3 युआन /kWh असा मोजला जातो. खर्चाची तुलना तक्ता 2 मध्ये दर्शविली आहे.

हायड्रोजन उत्पादनाच्या इतर पद्धतींच्या तुलनेत, जर अक्षय ऊर्जेची वीज किंमत ०.२५ युआन/kWh पेक्षा कमी असेल, तर हरित हायड्रोजनची किंमत सुमारे १५ युआन/किलो पर्यंत कमी केली जाऊ शकते, ज्यामुळे खर्चाच्या बाबतीत फायदा होऊ लागतो. कार्बन तटस्थतेच्या संदर्भात, अक्षय ऊर्जा निर्मिती खर्चात घट, हायड्रोजन उत्पादन प्रकल्पांचा मोठ्या प्रमाणावर विकास, इलेक्ट्रोलाइटिक सेलच्या ऊर्जा वापरात आणि गुंतवणूक खर्चात घट, तसेच कार्बन कर आणि इतर धोरणांच्या मार्गदर्शनामुळे, हरित हायड्रोजनचा खर्च कमी करण्याचा मार्ग हळूहळू स्पष्ट होईल. त्याच वेळी, पारंपरिक ऊर्जा स्रोतांपासून हायड्रोजन उत्पादनामध्ये कार्बन, सल्फर आणि क्लोरीन यांसारख्या अनेक संबंधित अशुद्धी मिसळल्या जात असल्यामुळे आणि अतिरिक्त शुद्धीकरण व CCUS च्या खर्चामुळे, प्रत्यक्ष उत्पादन खर्च २० युआन/किलो पेक्षा जास्त असू शकतो.