फोर्थ डायमेन्शन 45

हायड्रोजन इंधनाच्या समस्या
हायड्रोजन वायू हा वजनाने सर्वात हलका असलेला आवर्ती कोष्टकातील (periodic table) मूलद्रव्य असून रासायनिकरित्या या वायूतील ऊर्जा:भार हे गुणोत्तर इतर सर्व धातूंपेक्षा सर्वात जास्त आहे. म्हणूनच अंतरिक्षयानासाठीच्या रॉकेट्सचे वजन कमीत कमी ठेवण्यासाठी गेली कित्येक वर्षे हायड्रोजन इंधनाचाच वापर केला जात आहे. हायड्रोजन वायू कार्बनविरहित व बिनविषारी द्रव्य असून ऑक्सिजन बरोबरच्या औष्णिक व विद्युत रासायनिक ज्वलनातून ती ऊर्जा व पाण्याची निर्मिती करते. फक्त हवेतील ज्वलनामुळे नायट्रस ऑक्साइडसारखा विषारी द्रव्य निघण्याची शक्यता असली तरी त्याचे नियंत्रण करणे सहज शक्य आहे. शिवाय या वायूच्या उत्पादनासाठी पृथ्वीवर मुबलक प्रमाणात असलेल्या पाण्याचीच फक्त गरज आहे.
कोठी तापमानात हायड्रोजन वायूच्या स्वरूपात असणे हेच त्याचे इंधन म्हणून वापरतानाची मुख्य अडचण ठरत आहे. या वायूची घनता अत्यंत कमी असल्यामुळे इतर मूलद्रव्यांच्या तुलनेने ती जास्तीत जास्त घनफळ अवकाश व्यापू शकते. त्यामुळे या वायूला कॉम्प्रेस करूनच इंधन म्हणून वापरता येईल. सौर ऊर्जा, नैसर्गिक इंधन ऊर्जा, जलविद्युत ऊर्जा, अणू ऊर्जा इत्यादीप्रमाणे हायड्रोजन वायू हा ऊर्जेचा स्रोत नसून तो फक्त ऊर्जावाहक आहे, हे लक्षात ठेवायला हवे.

हायड्रोजन हा नैसर्गिकरित्या उपलब्ध असणारा वायू नव्हे. पाण्याचे विभाजन करूनच हायड्रोजन व ऑक्सिजन वायूंची निर्मिती होऊ शकते. अशा विभाजनासाठी विद्युत, औष्णिक वा रासायनिक ऊर्जा लागते. परंतु हायड्रोजन वायूच्या ज्वलनातून ती ऊर्जा परत मिळवता येते. हायड्रोजन वायूचा इंधन म्हणून वापर करताना त्याच्या ज्वालाग्राही गुणधर्माचा विचार करावा लागेल. पेट्रोल - डिझेलच्या तुलनेने हा वायू हवेच्या संपर्कात अती तीव्रतेने जळतो. परंतु अलीकडील काही प्रगत संशोधनामुळे वायूचा संग्रह जास्तीत जास्त सुरक्षित करण्यात आला आहे.

पॉवर ट्रेन
हायड्रोजन वायूचा इंधन म्हणून वापराला उत्तेजन देण्यासाठी प्रामुख्याने खालील गोष्टी कराव्या लागतील.

• आर्थिकरित्या वर्धनक्षम उत्पादन यंत्रणेचा शोध घेणे: विद्युत व औष्णिक ऊर्जा वापरून पाण्याचे विघटन करताना मिळणाऱ्या ऊर्जेचा पुन्ह पुन्हा वापर केल्यास आर्थिकरित्या परवडू शकेल अशा इंधनाची निर्मिती करणे शक्य होईल.
• हायड्रोजन वायूची साठवणूक व वितरण व्यवस्था: शहरी भागात आता वापरात असलेल्या स्वयंपाकाच्या गॅसच्या पाइपमधून हायड्रोजन वायूचे वितरण शक्य होत असले तरी आताच्या पेट्रोल - डिझेल वितरण व्यवस्थेप्रमाणे दूरदूरच्या ठिकाणच्या पंपावर हायड्रोजन वायू भरण्याची व पुरवठा करण्याची यंत्रणा कार्यान्वित करावी लागेल. जर्मनी व जपान येथील यासंबंधीचे प्रयोग उत्साहवर्धक आहेत.

hydrogen Fuel Cell

आता वापरात असलेल्या पेट्रोल - डिझेल इंजिनमध्ये काही किरकोळ बदल करून, हायड्रोजन वायूचा इंधन म्हणून वापर करता येईल. परंतु औष्णिक ऊर्जेचे यांत्रिक ऊर्जेत रूपांतरित करण्याची ही पद्धत कमी कार्यक्षमतेची ठरेल. कारण या पद्धतीत ऊर्जा वाया जाते. हायड्रोजन इंधनापासून मिळणाऱ्या ऊर्जेचे कार्यक्षम उपयुक्ततेसाठी आपल्याला हायड्रोजन - इंधन कोश - विद्युत मोटर (Hy - FC - EM) या प्रकारचे पॉवर ट्रेन विकसित करावे लागेल. परंतु अशा प्रकारचे पॉवर ट्रेन विकसित करण्यात काही अडथळे आपल्याला पार करावे लागतील. इंधन कोशांच्या निर्मितीसाठी महाग असलेल्या दुर्मिळ मूलद्रव्यांचा (rare elements) उत्प्रेरक
म्हणून वापर करावा लागतो. यासाठी काही स्वस्त पर्याय शोधावे लागतील. इंधन कोशांचे आयुष्य मुळातचकमी असल्यामुळे त्यांच्या दीर्घायुष्यासाठी प्रयत्न करावे लागतील. वातावरणातील सामान्य तापमान व हवेचा दाब यांचा वापर करून हायड्रोजन वायूला इंधन कोशात ढकलणारी संग्रह-यंत्रणा विकसित करावी लागेल. या व इतर काही अडचणीवर मात करण्यासाठी संशोधक प्रयत्न करत असून इष्ट परिणामासाठी अजून काही काळ तरी धीर धरावे लागेल.

इंधन टाकी
हायड्रोजन इंधन कोश तंत्रज्ञानाचा वापर करून 1200 ते 1500 किलो वजनाची पाच आसनी कारची निर्मिती करणे शक्य आहे. पेट्रोल - डिझेलच्या आताच्या कार्सनां 500 कि.मी. अंतर कापण्यासाठी 30-35 लिटर्स इंधन लागते व पेट्रोल /डिझेलच्या टाकीचे वजन सुमारे 80 किलो असते. त्या तुलनेने या अंतरासाठी केवळ 5 किलो हायड्रोजन वायू लागेल. परंतु या पाच किलो हायड्रोजन वायूला संग्रह करून ठेवण्यासाठी 56000 लिटर क्षमतेची इंधन टाकी लागेल. 5 मीटर व्यासाच्या फुग्याएवढी जागा व्यापणारी इंधन टाकी अव्यवहाऱ्य ठरेल. त्यासाठी वायू व्यापत असलेले घनफळ एक सहश्रांशाने कमी करावे लागेल. या वायूला एक सहश्रांश जागेत संग्रहित करण्यासाठी 1000 पट वायूदाबाने (100 MPa) कॉम्प्रेस करावे लागेल. परंतु 100 वायूदाबानंतर या वायूच्या मूळ गुणधर्मामध्ये बदल होऊ लागतो. 500 वायूदाबानंतर ती धोक्याची पातळी गाठते. त्यामुळे 1000 वायूदाबाखालील हायड्रोजन वायू वाहतुकीसाठी अत्यंत असुरक्षित ठरेल. हा धोका टाळण्यासाठी अंतरिक्ष उड्डाणासाठी वापरात असलेल्या रॉकेटसाठीच्या इंधनाप्रमाणे द्रवरूप हायड्रोजन हाही एक पर्याय असू शकेल. परंतु -250 डिग्री सेल्सियस तापमानातच ही द्रवीकरणाची प्रक्रिया होऊ शकेल. त्यासाठी क्रायोजनिक तंत्रज्ञानाचा वापर करणे अनिवाऱ्य ठरेल. प्रत्येक इंधन पंपावर क्रायोजनिक यंत्रणा उभी करणे आर्थिकदृष्ट्या अशक्य ठरेल. शिवाय द्रवीकरणामुळे वायूतील इंधनकार्यक्षमता 30 टक्क्यानी कमी होण्याची शक्यता आहे.

हायड्रोजन वायूला आहे त्या स्थितीतच संग्रह न करता शोषक (absorption) वा अधिशोषक (adsorption) गुणधर्म असलेल्या वस्तूबरोबर प्रक्रिया करून इंधन म्हणून वापरणे शक्य आहे. यासाठी वेगवेगळ्या पदार्थावर संशोधन होत आहे. वायूच्या रेणूंना पदार्थांच्या पृष्ठभागावर पकडून ठेऊन हवे तेव्हा वापर करता येण्यासारख्या तंत्रज्ञानाच्या शोधात संशोधक आहेत. काही पदार्थांच्या पृष्ठभागावर वायूचे रेणू शोषले जातात परंतु रासायनिक क्रिया घडत नाही. इतर काही पदार्थांमध्ये रेणू अधिशोषित होऊन अयनी बंधक (ionic bond) तयार होते. या प्रक्रियेसाठी झिओलाइट्स, व काही हायड्राइड्सवर संशोधन चालू आहे. हायड्राइड्सवरील प्रक्रिया 20 ते100 डिग्री सेल्सियस तापमानात करणे शक्य असून या तापमानात हायड्रोजन अणूंना मुक्त करणे सुलभ होऊ शकते. हायड्राइड्सचे हे तंत्रज्ञान अंतिम टप्प्यावर असून इतर काही संशोधक ऍलनेट्स, बोरोहायड्राइड्स अमाइड हायड्राइड्सच्या चाचण्या घेत आहेत. कमीत कमी तापमान व कमीत कमी दाब हे उद्दिष्ट त्यांच्यासमोर आहेत. हायड्रोजन वायूचा स्रोत म्हणून गेली काही वर्षे अडगळीत पडलेल्या द्रवरूप हायड्रोकार्बनवरसुद्धा प्रयोग करत आहेत.

इंधन समस्येवरील उपाय
भविष्यातील वाहतुकीचा विचार करताना पारंपरिक पेट्रोल-डिझेलसारखे इंधनावर चालणाऱ्या गाड्या, की विद्युत बॅटरीवर चालणारे ऑल इलेक्ट्रिक गाड्या की हायड्रोजन इंधन कोशावर चालणाऱ्या गाड्या यांचा तुलनात्मक अभ्यास करावा लागेल. पुनर्नूतनीकरणाला अजिबात वाव नसलेले पृथ्वीच्या गर्भातील पेट्रोल-डिझेलचे सर्व साठे संपत आले असून आता शिल्लक असलेल्या साठ्यांच्या उत्पादनासाठी भरमसाठ किंमत मोजावी लागणार आहे. विद्युत बॅटरीवर चालणारे ऑल इलेक्ट्रिक कार्स नजीकच्या काळात रस्त्यावर धावतीलही. परंतु सर्व गाड्या विद्युत ऊर्जेचा वापर करू लागल्यास आता आहे त्यापेक्षा दुप्पट प्रमाणात विद्युत उत्पादन करावे लागेल. व कदाचित ते फार खर्चिक होईल. म्हणूनच हायड्रोजन इंधन कोशांचा वापर हेच इंधन समस्येचे उत्तर असेल.

परंतु हायड्रोजन इंधन कोशांचा अत्युत्तम प्रकारे उपयोग करून घेण्यासाठी कार ग्राहकांनी स्वत:ची मानसिकता बदलणे जरूरीचे ठरेल. अवाढव्य लक्झरी गाड्या, गरजेच्या नसलेल्या सुविधांचा मारा, अमऱ्याद वेगाची मागणी, इत्यादींचा हट्ट न धरता 'नॅनो' प्रकारच्या लहान गाड्या वापरण्यावर भर दिल्यास ही ऊर्जा नक्कीच अपेक्षित परिणाम देऊ शकेल. आतासुद्धा कार निर्मितीसाठी वजनाला हलके व अत्यंत सुरक्षित अशा वस्तू वापरल्या जात आहेत. परंतु त्याच प्रमाणात कार्सचे आकारमान, इंजिनची अश्वशक्ती व इतर (अनावश्यक) सोई सुविधामध्ये वाढ केल्यामुळे कार्सच्या वजनात फरक पडला नाही. त्यामुळे इंधन बचतीचे उद्दिष्ट गाठता आले नाही. हायड्रोजन इंधन कोशावर चालणाऱ्या कमी वजनाच्या गाड्यामुळे इंधन कार्यक्षमता, उत्पादन व इंधन खर्चातील बचत, पर्यावरणरक्षण इत्यादी बाबींकडे ग्राहकांचे लक्ष वेधल्यास अशा कार्सची लोकप्रियता नक्कीच वाढेल!

संदर्भ: NATURE, ऑगस्ट 13, 2009