21 Dec 2022: Daily Answer Writing

Q : Green hydrogen can be the engine of a sustainable economy, but it would require crossing financial and technological barriers. Discuss the reasons for increasing interest in green hydrogen and challenges in its adoption as the fuel of the future.
(GS-3, science & tech, 250 words, 15 marks)

प्रश्न: हरित हाइड्रोजन एक सतत अर्थव्यवस्था का इंजन हो सकता है, लेकिन इसके लिए वित्तीय और तकनीकी बाधाओं को पार करने की आवश्यकता होगी। हरित हाइड्रोजन में बढ़ती रुचि के कारणों और भविष्य के ईंधन के रूप में इसे अपनाने में आने वाली चुनौतियों पर चर्चा करें।

(GS-3, विज्ञान और प्रौद्योगिकी, 250 शब्द, 15 अंक)

Answer:

Green Hydrogen is generated by using renewable sources such as solar and wind energy. It is produced through water electrolysis, producing water and water vapor as by-products. TERI has estimated that India’s demand for green hydrogen will go up from 6 MT in 2020 to about 50 MT by 2050.

The increasing interest in green hydrogen could be attributed to the following advantages, such as:

1. Low-carbon footprint: If green Hydrogen is produced through solar or wind power, the entire cycle becomes considerably low-carbon.
2. Sustainable Energy: It will help reduce coal dependency, meet growing future energy demand and decarbonize heavy sectors like heavy transport, aviation and maritime transport.
3. Energy storage: Another potential use for hydrogen is storing renewable energy that would otherwise be wasted. E.g., storing hydrogen in salt caverns.
4. Better Fuel Efficiency. Compared to diesel or gas, it is much more fuel efficient as it can produce more energy per pound of fuel.
5. Improving FOREX Reserve: Local production will help cut import bill of crude and natural gas used for India’s energy needs.
6. Favourable geo-climatic region: India’s large landmass and low wind and solar tariff can be leveraged to produce low-cost green hydrogen and ammonia.

However, there are certain challenges in adopting green hydrogen, such as:

1. Infrastructure Bottlenecks: Green Hydrogen makes steel brittle and prone to failure. Thus, it requires cryogenic material in production, storage and transport as well as developing hydrogen fuelling infrastructure for fuel cell vehicles.
2. Present High Cost: At present, producing green hydrogen is costlier than fossil-fuelled electricity. It costs need to fall over 50% to be viable as an energy source.
3. Storage and transport issues: To store hydrogen, it has to be converted into liquid form and stored at a very low temperature (-253oC) or as a gas at high pressures. Moreover, it occupies a lot of space, making bulk transportation difficult.
4. Short supply of Electrolysers: At present, there is a very small market of electrolysers. Thus, they are in short supply and very expensive.

Way forward

1. Decentralized hydrogen production
2. Continuous access to renewable energy for decentralized hydrogen production.
3. Need to blend green Hydrogen into existing conventional hydrogen process. This would also aid in the development of a scientific understanding of the processes involved in large-scale hydrogen handling.
4. Investment for R&D on green Hydrogen technology is required. Green hydrogen processing technology is still in its early stages, requiring extensive research and development to advance.
5. Focus on domestic manufacturing:
   1. Need to establish an end-to-end electrolyser manufacturing facility.
   2. Needs to secure supplies of raw materials.
   3. Need manufacturing strategy that integrates with the global value chain and can maximize existing strengths.

India should aim for the ‘1-1-1 target for green hydrogen’ viz. to achieve $1 per 1 kg in 1 decade. It will not only help India in achieving its emission goals under the Paris Agreement, but will also reduce India’s import dependency and achieve its energy self-reliance target of 2047.

उत्तर:

सौर और पवन ऊर्जा जैसे नवीकरणीय स्रोतों का उपयोग करके ग्रीन हाइड्रोजन उत्पन्न किया जाता है। यह जल इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से उत्पादित होता है, उप-उत्पादों के रूप में पानी और जल वाष्प का उत्पादन होता है। TERI ने अनुमान लगाया है कि भारत की हरित हाइड्रोजन की मांग 2020 के 6 एमटी से बढ़कर 2050 तक लगभग 50 MT हो जाएगी।

हरित हाइड्रोजन में बढ़ती रुचि को निम्नलिखित लाभों के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है, जैसे:

1. निम्न-कार्बन फुटप्रिंट: यदि सौर या पवन ऊर्जा के माध्यम से हरित हाइड्रोजन का उत्पादन किया जाता है, तो संपूर्ण चक्र काफी कम-कार्बन फुटप्रिंट बन सकता है।
2. सतत ऊर्जा: यह कोयले पर निर्भरता को कम करने, भविष्य की बढ़ती ऊर्जा मांग को पूरा करने और भारी परिवहन, विमानन और समुद्री परिवहन जैसे भारी क्षेत्रों को डीकार्बोनाइज करने में मदद करेगी।
3. ऊर्जा भंडारण: हाइड्रोजन के लिए एक अन्य संभावित उपयोग अक्षय ऊर्जा का भंडारण है, जो अन्यथा बर्बाद हो जाएगा। उदाहरण के लिए, नमक की गुफाओं में हाइड्रोजन का भंडारण।
4. बेहतर ईंधन दक्षता: डीजल या गैस की तुलना में, यह अधिक ईंधन कुशल है, क्योंकि यह तुलनात्मक रूप से प्रति पाउंड ईंधन में अधिक ऊर्जा का उत्पादन कर सकता है।
5. विदेशी मुद्रा भंडार में सुधार: स्थानीय उत्पादन से भारत की ऊर्जा जरूरतों के लिए इस्तेमाल होने वाले कच्चे और प्राकृतिक गैस के आयात बिल में कटौती करने में मदद मिलेगी।
6. अनुकूल भू-जलवायु क्षेत्र: भारत के बड़े भूभाग और कम हवा और सौर टैरिफ का लाभ कम लागत वाले हरित हाइड्रोजन और अमोनिया के उत्पादन के लिए उठाया जा सकता है।

हालाँकि, हरित हाइड्रोजन को अपनाने में कुछ चुनौतियाँ हैं, जैसे:

1. अवसंरचना सम्बन्धी बाधाएं: हरित हाइड्रोजन स्टील को भंगुर और विफलता के लिए प्रवण बनाता है। इस प्रकार, इसके लिए उत्पादन, भंडारण और परिवहन के साथ-साथ ईंधन सेल वाहनों के लिए हाइड्रोजन ईंधन के बुनियादी ढांचे के विकास में क्रायोजेनिक सामग्री की आवश्यकता है।
2. वर्तमान उच्च लागत: वर्तमान में, जीवाश्म-ईंधन वाली बिजली की तुलना में हरित हाइड्रोजन का उत्पादन महंगा है। ऊर्जा स्रोत के रूप में व्यवहार्य होने के लिए इसकी लागत में 50% से अधिक की गिरावट की आवश्यकता है।
3. भंडारण और परिवहन के मुद्दे: हाइड्रोजन को स्टोर करने के लिए, इसे तरल रूप में परिवर्तित किया जाना चाहिए और बहुत कम तापमान (-253^oC) या उच्च दबावों पर गैस के रूप में संग्रहित किया जाना चाहिए। इसके अलावा, यह बहुत अधिक जगह घेरता है, जिससे थोक परिवहन मुश्किल हो जाता है।
4. इलेक्ट्रोलाइजर की कम आपूर्ति: वर्तमान में, इलेक्ट्रोलाइजर का बहुत छोटा बाजार है। इसलिए, उनकी कम आपूर्ति होने के कारण, वे बहुत महंगे हैं।

आगे का रास्ता:

1. विकेंद्रीकृत हाइड्रोजन उत्पादन।
2. विकेंद्रीकृत हाइड्रोजन उत्पादन के लिए नवीकरणीय ऊर्जा तक निरंतर पहुंच।
3. हरित हाइड्रोजन को मौजूदा पारंपरिक हाइड्रोजन प्रक्रिया में मिश्रित करने की आवश्यकता है। यह बड़े पैमाने पर हाइड्रोजन से निपटने में शामिल प्रक्रियाओं की वैज्ञानिक समझ विकसित करने में भी मदद करेगा।
4. हरित हाइड्रोजन तकनीक पर अनुसंधान एवं विकास के लिए निवेश की आवश्यकता है। हरित हाइड्रोजन प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी अभी भी अपने शुरुआती चरण में है, जिसके लिए व्यापक अनुसंधान और विकास की आवश्यकता है।
5. घरेलू मैन्यूफैक्चरिंग पर फोकस:

1. एंड-टू-एंड इलेक्ट्रोलाइज़र निर्माण सुविधा स्थापित करने की आवश्यकता है।
2. कच्चे माल की आपूर्ति सुनिश्चित करने की आवश्यकता है।
3. विनिर्माण रणनीति की आवश्यकता है, जो वैश्विक मूल्य श्रृंखला के साथ एकीकृत हो और मौजूदा ताकत को अधिकतम कर सके।

निष्कर्षत: भारत को 'हरित हाइड्रोजन के लिए ‘1-1-1 लक्ष्य' रखना चाहिए, अर्थात 1 दशक में 1 डॉलर प्रति 1 किग्रा 'हरित हाइड्रोजन प्राप्त करना। यह न केवल पेरिस समझौते के तहत अपने उत्सर्जन लक्ष्यों को प्राप्त करने में भारत की मदद करेगा, बल्कि भारत की आयात निर्भरता को भी कम करेगा और वर्ष  2047 के ऊर्जा आत्मनिर्भरता लक्ष्य को प्राप्त करेगा।

Note:
1. Kindly upload only a scanned pdf copy of your answer. Simple photographs of the answer will not be evaluated!
2. Write your NAME at the top of the answer sheet. Answer sheets without NAME will not be evaluated, in any case.