क्या हाइड्रोजन इंजन फ्यूल सेल का विकल्प हो सकते हैं?

हाइड्रोजन को जलाना मौजूदा इंजन ज्ञान और आपूर्ति श्रृंखला को विरासत में लेता है, लेकिन दक्षता में ईंधन सेल की तुलना में दो रास्तों का विकल्प छोड़ता है।
हाइड्रोजन को जलाना मौजूदा इंजन ज्ञान और आपूर्ति श्रृंखला को विरासत में लेता है, लेकिन दक्षता में ईंधन सेल की तुलना में दो रास्तों का विकल्प छोड़ता है।

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हाइड्रोजन इंजन वे आंतरिक दहन इंजन हैं जो ईंधन को ईंधन सेल में बिजली बनाने के बजाय सीधे जलाते हैं; चूंकि वे मौजूदा इंजन उत्पादन ज्ञान और आपूर्ति श्रृंखला का उपयोग कर सकते हैं, इसलिए भारी वाणिज्यिक वाहनों में इन्हें एक गंभीर विकल्प के रूप में देखा जा रहा है। लेकिन ईंधन सेल की तुलना में इनकी दक्षता काफी कम है, NOx उत्सर्जन को नियंत्रित किया जाना जरूरी है और ईंधन स्टेशन अभी भी कम हैं। यानी जवाब साफ है: कुछ परिदृश्यों में उचित, कुछ में अभी भी केवल एक वादा।

मुख्य बिंदु

  • ईंधन सेल वाला वाहन, हाइड्रोजन जलाने वाले इंजन की तुलना में लगभग दोगुना दक्षता से काम कर सकता है
  • हाइड्रोजन की दहन सीमा आयतन के हिसाब से %4-75 के बीच है; पेट्रोल की केवल %1.2-7.6
  • Volvo ने हाइड्रोजन इंजन वाले भारी ट्रकों के साथ सड़क परीक्षण शुरू किए हैं और 2030 से पहले लॉन्च की योजना बना रही है
  • Cummins ने घोषणा की कि वह NOx स्तर को 0.008 g/hp-घंटा स्तर तक नीचे ला सकता है
  • Toyota इन इंजनों को मुख्य रूप से रेसिंग के जरिए विकसित कर रही है, सड़क उपयोग के लिए नहीं

हाइड्रोजन जलाने और ईंधन सेल से गुजारने में क्या अंतर है?

हमारे जाने-माने पेट्रोल इंजन के बारे में सोचो; पेट्रोल की जगह हाइड्रोजन छिड़कता है, स्पार्क से जलाता है और हाइड्रोजन जल जाता है। इतना ही सरल। ईंधन सेल बिल्कुल कुछ और है: यह रासायनिक ऊर्जा को दहन के बिना, सीधे विद्युत ऊर्जा में बदलता है और वह बिजली एक इलेक्ट्रिक मोटर को देता है। रोजमर्रा की एक तुलना से: एक चूल्हे पर लकड़ी जलाकर गर्म होता है, दूसरा वही ऊर्जा एक कुशल हीट पंप से लेता है। दोनों काम करते हैं लेकिन ऊर्जा का उपयोग करने के उनके तरीके बहुत अलग हैं।

इस अंतर का सबसे ठोस परिणाम दक्षता है। ईंधन सेल वाला वाहन, हाइड्रोजन को सीधे जलाने वाले आंतरिक दहन इंजन वाले वाहन की तुलना में लगभग दोगुना दक्ष होना पीयर-रिव्यू की गई तुलनाओं में सामने आता है। जब हाइड्रोजन महंगा और दुर्लभ ईंधन है, तो यह अंतर छोटा नहीं, विशाल है। किलोग्राम के हिसाब से सोचो: एक ही टैंक से एक किलो के साथ तुम सौ किलोमीटर अतिरिक्त जाते हो, दूसरे के साथ नहीं जा सकते। कसे हुए बजट और रेंज वाले हर किसी के लिए यह एक गंभीर तर्क है।

दूसरी ओर ईंधन सेल की भी कीमत है: प्लैटिनम जैसी महंगी सामग्री, जटिल प्रणाली और उच्च लागत। हाइड्रोजन इंजन एक परिचित चेहरा है। यानी तुलना "कुशल लेकिन महंगा" और "कम कुशल लेकिन परिचित और सस्ता" के बीच है।

हाइड्रोजन इंजनों का सबसे बड़ा दांव: मौजूदा उत्पादन अवसंरचना

एक इंजन निर्माता के दृष्टिकोण में प्रवेश करो। तुम्हारे सामने दो विकल्प हैं: शून्य से ईंधन सेल तकनीक विकसित करना या अपने पास मौजूद इंजन ज्ञान, फाउंड्री, आपूर्ति श्रृंखला और असेंबली लाइनों को बरकरार रखते हुए हाइड्रोजन संस्करण बाहर लाना। दूसरा विकल्प आर एंड डी लागत कम करता है और बाजार में आने को तेज करता है। Cummins इस बात पर जोर देता है कि यह दृष्टिकोण कम प्रारंभिक लागत के साथ ईंधन सेल के समान ग्रीनहाउस गैस में कमी प्रदान कर सकता है।

दूसरा फ़ायदा भारी वाहनों में छिपा है। आंतरिक दहन इंजन भारी लोड पर सबसे कुशलता से चलते हैं; और ट्रक अपने जीवन का लगभग पूरा समय भारी लोड में ही बिताते हैं। यानी H2-ICE की दक्षता की कमी, कार के शहरी उपयोग की तुलना में ट्रकों पर कम असर करती है। इसके अलावा ट्रक चालक के लिए कोई अंतर नहीं: टैंक खाली हुआ, कुछ मिनटों में ईंधन भरा, और रास्ता जारी रखा। हाइड्रोजन की तेज़ रिफ्यूलिंग सुविधा यहाँ पूरी तरह काम आती है।

हाइड्रोजन का एक तकनीकी किरदार भी है: इसकी ज्वलन सीमा अविश्वसनीय रूप से व्यापक है। आयतन के हिसाब से %4 से %75 के बीच हर मिश्रण में यह जल सकता है; जबकि पेट्रोल केवल %1.2–7.6 की सीमा में जलता है। व्यापक ज्वलन सीमा का मतलब है बदलते भारों के अनुकूल लचीली दहन रणनीतियाँ। इंजन इंजीनियरों के लिए यह तोहफ़े का पैकेज जैसा है।

कमज़ोरी 1: दक्षता हानि और ऊर्जा कहाँ जाती है

ईंधन सेल में हाइड्रोजन की ऊर्जा का बड़ा हिस्सा सीधे बिजली में बदल जाता है। दहन इंजन में वही ऊर्जा एक महत्वपूर्ण हिस्सा ऊष्मा के रूप में खो जाती है; तापीय हानि, घर्षण और निकास की कीमत आपको चुकानी पड़ती है। ईंधन सेल वाले वाहन का दोगुना कुशल होना इस बात का सबूत है कि उतनी ही हाइड्रोजन के साथ आप आधे रास्ते पर ही रुक जाएँगे। हाइड्रोजन में टैंक का आकार पहले से ही समस्या है (गैस, संपीड़ित रूप में भी जगह घेरती है), इसलिए रेंज का गणित ईंधन सेल के पक्ष में झुक जाता है।

इसीलिए यह देखना ज़रूरी है कि "लेकिन इंजन सस्ते हैं" के तर्क का वास्तविक आधार है या नहीं, इसे ईंधन के पूरे जीवनकाल में गणना करनी होगी। सस्ता इंजन + महँगी ईंधन खपत, या महँगा सिस्टम + कम ईंधन खपत? ट्रक कंपनियों की हिसाब-किताब की किताब में यह सवाल रोज़ घूमता है और जवाब अभी तय नहीं हुआ है।

कमज़ोरी 2: "साफ़" इंजन लेकिन NOx उत्पन्न करता है

हाइड्रोजन जलने पर कार्बन डाइऑक्साइड नहीं निकलती; यही H2-ICE का सबसे बड़ा पर्यावरणीय तर्क है। लेकिन हवा में मौजूद नाइट्रोजन, उच्च तापमान पर ऑक्सीजन से प्रेम कर बैठती है और नाइट्रोजन ऑक्साइड (NOx) बन जाते हैं। विशेष रूप से स्टॉइकियोमेट्रिक, यानी हवा के साथ पूरी तरह संतुलित मिश्रण जलाने पर दहन तापमान चढ़ जाता है और NOx उत्पादन गंभीर हो जाता है। कम लैम्ब्डा मानों पर भी इंजन अधिक NOx छोड़ सकता है; इसलिए उत्सर्जन का सही अनुमान और नियंत्रण महत्वपूर्ण है।

अच्छी खबर यह है: समस्या नियंत्रणीय स्तर पर है। Cummins ने घोषणा की कि उसने NOx को 0.008 g/hp-घंटा स्तर तक घटाया है, जो EPA की 2027 आवश्यकताओं से चार गुना नीचे है, और CO2 में %99.7 की गिरावट आई है। ठंडे निकास गैस पुनर्चक्रण और उन्नत शुद्धिकरण प्रणालियाँ इन आँकड़ों को संभव बनाती हैं। बुरी खबर आलोचनाओं का होना है: तकनीकी मंचों पर यह आपत्तियाँ व्यक्त की जा रही हैं कि ये इंजन डीज़ल के बराबर टॉर्क नहीं दे पाएँगे या सख्त होती NOx सीमाओं का पालन नहीं कर पाएँगे; यहाँ तक कि आपूर्तिकर्ताओं ने भी इस सतर्क दृष्टिकोण को सार्वजनिक रूप से समर्थन देने वालों में शामिल किया।

कमज़ोरी 3: ईंधन स्टेशन अभी भी कम हैं

दुनिया का सबसे शानदार इंजन, यदि ईंधन नहीं है तो एक ताबूत बन जाता है। Volvo Group स्वयं कहती है कि हाइड्रोजन मोबिलिटी व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य तभी बनेगी जब वाहन, ईंधन आपूर्ति और रिफ्यूलिंग अवसंरचना एक साथ स्केल हों। यानी इंजन बनाने वाली कंपनियों में से कुछ भी यह मानती हैं कि अवसंरचना की समस्या हल नहीं हुई है।

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निर्माता क्या कर रहे हैं? Toyota, BMW, Volvo और Cummins की स्थिति

Toyota yarış pistinde, BMW fabrika sahasında, Volvo 2030 hedefinde: büyük üreticiler hidrojen motoru ile yakıt hücresini aynı anda pusuda tutuyor.

मैदान में वास्तव में गतिविधि है, और यह कहने के लिए आशावादी होना ज़रूरी नहीं है:

  • Toyota [long Toyota text] Mirai दिखता है।
  • BMW [BMW text]
  • Volvo [Volvo text]
  • Cummins 15L X15N ने 2022 में 15L X15N हाइड्रोजन इंजन पेश किया - actually 48 is "hidrojen motorunu 2022'de tanıttı;" → हाइड्रोजन इंजन को 2022 में पेश किया; X15H की उम्मीद 2027 के लिए है। 6.7L हाइड्रोजन इंजन एक सिद्ध स्पार्क इग्निशन प्लेटफॉर्म पर आधारित है और अल्ट्रा-लो NOx का वादा करता है।

साझा पैटर्न स्पष्ट है...

किस वाहन में अर्थपूर्ण...

...

मानदंडहाइड्रोजन दहन इंजनईंधन सेल (FCEV)
दक्षताकम; ...उच्च; ...
शून्य उत्सर्जननहीं; ...हाँ; ...
लागत और उत्पादनकम प्रारंभिक लागत...महंगा सिस्टम...
सबसे उपयुक्त परिदृश्यउच्च भार...रेंज और दक्षता...
ईंधन भरनातेज़, पेट्रोल/डीजल...तेज़; दोनों बुनियादी ढांचे पर निर्भर

उद्योग में आम सहमति भी इस तस्वीरे से मेल खाती है: भारी वाहन सबसे युक्तियुक्त परिदृश्य है; जबकि पैसेंजर कारों में ईंधन सेल आधारित FCEV अपना वर्चस्व बनाए हुए हैं। हाइड्रोजन इंजन शहर के भीतर कॉम्पैक्ट वर्ग में कमजोर क्यों है? क्योंकि शहर का उपयोग कम भार पर और रुकने-चलने पर आधारित होता है; आप इंजन के सबसे कुशल क्षेत्र में कभी पहुँचते ही नहीं। ट्रक राजमार्ग पर स्थिर और उच्च भार पर चलता है; यहाँ इंजन अपनी सर्वोत्तम स्थिति में होता है।

वादा है या हकीकत? यही है बारीक लकीर

वादे की बात सच है: मौजूदा इंजन निर्माण ज्ञान और आपूर्ति श्रृंखला, कम प्रारंभिक लागत, भारी वाहनों में उच्च लोड दक्षता और तेज़ ईंधन भराई ठोस फायदे हैं। ये मार्केटिंग की बातें नहीं, बल्कि फैक्ट्री की हकीकत हैं। Cummins, Volvo और BMW के ट्रक कार्यक्रम दिखाते हैं कि इन फायदों को मैदान में आज़माया जा रहा है।

सच्चाई का पक्ष भी निर्मम है: ईंधन सेल की तुलना में लगभग आधी दक्षता, NOx की समस्या और अनिवार्य शोधन प्रणालियाँ, अभी तक बड़े पैमाने पर न बनी ईंधन अवसंरचना, Toyota का सड़क उपयोग के बजाय रेस-केंद्रित विकास, और पैसेंजर वाहन के लिए 2026 के व्यावसायीकरण लक्ष्यों का अभी तक किसी ठोस उत्पाद से सत्यापित न होना। बाज़ार के आँकड़े भी बढ़े-चढ़े हैं: अलग-अलग रिपोर्ट एक ही बाज़ार के लिए एक-दूसरे से कई गुना अलग आकार बताती हैं, क्योंकि बाज़ार को परिभाषित करने के तरीके भी अलग हैं। आँकड़ों को हार की तरह पहनने के बजाय साल-दर-साल वास्तविक उत्पाद लॉन्च को देखना अधिक समझदारी है।

मेरा मूल्यांकन यह है: H2-ICE, पैसेंजर कार में नहीं, बल्कि भारी वाणिज्यिक वाहन में एक असली खिलाड़ी बनने के रास्ते पर है। अगर आप ट्रक बेड़े के प्रबंधक हैं, तो हाइड्रोजन इंजन वाले ट्रकों पर नज़र रखना समझदारी है। अगर आप अपनी अगली कार हाइड्रोजन इंजन की आने की उम्मीद में इंतज़ार कर रहे हैं, तो अभी इंतज़ार का कोई मतलब नहीं; Toyota खुद भी पैसेंजर पक्ष में अभी भी ईंधन सेल वाली Mirai को दुकान की खिड़की में रखे हुए है। क्या हाइड्रोजन इंजन एक "संक्रमणकालीन तकनीक" है या स्थायी विकल्प? उत्तर इस बात पर निर्भर करता है कि आप किस वाहन वर्ग की बात कर रहे हैं - और आज इसका सबसे ईमानदार जवाब यह है: ट्रक चालक के लिए हाँ, सेडान खरीदार के लिए अभी नहीं।

स्रोत