हाइड्रोजन ट्रेन कैसे काम करती है?

भारत की पहली हाइड्रोजन ट्रेन (फोटो: रेल मंत्रालय)

भारत की पहली हाइड्रोजन से चलने वाली यात्री ट्रेन जींद-सोनीपत मार्ग पर चलनी शुरू हो गई है। इसका वादा नए ईंधन को जलाने में नहीं है, बल्कि जहाज पर बिजली पैदा करने के लिए हाइड्रोजन का उपयोग करने में है – जल वाष्प के साथ एकमात्र प्रत्यक्ष उत्सर्जन के रूप में।वास्तव में, हाइड्रोजन ट्रेन एक इलेक्ट्रिक ट्रेन है जो अपना स्वयं का बिजली संयंत्र ले जाती है। डीजल लोकोमोटिव के विपरीत, यह इंजन के अंदर हाइड्रोजन नहीं जलाता है। उच्च दबाव वाले सिलेंडरों में संग्रहीत हाइड्रोजन को प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन, या पीईएम, ईंधन सेल में डाला जाता है। ऑक्सीजन आसपास की हवा से ली जाती है। ईंधन सेल के अंदर, हाइड्रोजन अणु प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में विभाजित होते हैं।प्रोटॉन एक झिल्ली से होकर गुजरते हैं, जबकि इलेक्ट्रॉन एक बाहरी सर्किट से होकर गुजरते हैं। इलेक्ट्रॉनों का वह प्रवाह बिजली बनाता है, जो ट्रेन की ट्रैक्शन मोटरों को शक्ति प्रदान करता है। ईंधन सेल के दूसरी ओर, प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन और ऑक्सीजन पुन: संयोजित होकर पानी बनाते हैं और गर्मी छोड़ते हैं।प्रत्यक्ष उत्पादन बिजली, जल वाष्प और गर्मी है। चलते समय ट्रेन से कोई धुआं या कार्बन डाइऑक्साइड नहीं निकलता है। लेकिन यह पर्यावरण की कहानी का केवल आधा हिस्सा है।

हाइड्रोजन कहाँ से आता है?

पृथ्वी पर, हाइड्रोजन आमतौर पर अन्य तत्वों से बंधा होता है। यह पानी, प्राकृतिक गैस और बायोमास में मौजूद है और उपयोग से पहले इसे अलग किया जाना चाहिए।एक मार्ग है इलेक्ट्रोलिसिस. एक इलेक्ट्रोलाइज़र पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित करने के लिए बिजली का उपयोग करता है। यदि बिजली सौर या पवन ऊर्जा जैसे नवीकरणीय स्रोतों से आती है, तो परिणामी ईंधन को हरित हाइड्रोजन कहा जाता है।यदि बिजली कोयले या गैस से आती है, या यदि परिणामी कार्बन को ग्रहण किए बिना प्राकृतिक गैस से हाइड्रोजन निकाला जाता है, तो ईंधन में अभी भी एक बड़ा जलवायु पदचिह्न हो सकता है।इसीलिए हाइड्रोजन ट्रेन को शून्य प्रत्यक्ष, या “टेलपाइप”, उत्सर्जन के रूप में वर्णित किया गया है। इसका कुल उत्सर्जन इस बात पर निर्भर करता है कि हाइड्रोजन का उत्पादन, संपीड़न, परिवहन और भंडारण कैसे किया जाता है।एक दक्षता ट्रेडऑफ़ भी है। इलेक्ट्रिक ट्रेन को चलाने के लिए बिजली को सीधे ओवरहेड तारों के माध्यम से भेजा जा सकता है। हाइड्रोजन के साथ, बिजली का उपयोग पहले ईंधन बनाने के लिए किया जा सकता है, जिसे बाद में संपीड़ित किया जाता है, संग्रहीत किया जाता है और जहाज पर वापस बिजली में परिवर्तित किया जाता है। प्रत्येक चरण में ऊर्जा नष्ट होती है।

तो इसका उपयोग क्यों करें?

दुनिया भर में परिचालन हाइड्रोजन ट्रेनें

एक हाइड्रोजन ट्रेन निरंतर ओवरहेड तारों के बिना मौजूदा पटरियों पर चल सकती है। यह इसे दूरस्थ, विरासत, पहाड़ी या हल्के उपयोग वाले मार्गों पर उपयोगी बना सकता है जहां विद्युत बुनियादी ढांचे को स्थापित करना और बनाए रखना किफायती नहीं हो सकता है।यही कारण है कि पूरे भारत में हाइड्रोजन ट्रेनों द्वारा पारंपरिक इलेक्ट्रिक ट्रेनों की जगह लेने की संभावना नहीं है। देश के 99% से अधिक ब्रॉड-गेज नेटवर्क का पहले ही विद्युतीकरण किया जा चुका है। कुछ खंडों पर, जहां विद्युतीकरण करना मुश्किल है, डीजल के विकल्प के रूप में हाइड्रोजन की भूमिका अधिक होने की संभावना है।

भारतीय ट्रेन ऊर्जा का उपयोग कैसे करती है?

10 डिब्बों वाली इस ट्रेन में आठ यात्री डिब्बे और दो हाइड्रोजन चालित ड्राइविंग पावर कारें हैं, प्रत्येक छोर पर एक। साथ में, वे 2,400 किलोवाट का उत्पादन करते हैं।हाइड्रोजन को विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए सिलेंडरों में 350 बार के दबाव पर संग्रहित किया जाता है। ईंधन सेल लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी द्वारा समर्थित बिजली की आपूर्ति करते हैं। बैटरियां मांग में तेजी से बदलाव का जवाब देती हैं और ईंधन-सेल प्रणाली को लगातार संचालित करने की अनुमति देती हैं।

भंडारण कठिन क्यों है?

हाइड्रोजन में वजन के हिसाब से बड़ी मात्रा में ऊर्जा होती है, लेकिन सामान्य दबाव पर मात्रा के हिसाब से बहुत कम होती है। पर्याप्त ईंधन ले जाने के लिए, इसे बेहद कम तापमान पर संपीड़ित, तरलीकृत किया जाना चाहिए या अन्य विशेष तरीकों के माध्यम से संग्रहीत किया जाना चाहिए।भारत की ट्रेन संपीड़ित हाइड्रोजन का उपयोग करती है। इसके लिए मजबूत सिलेंडर, विशेष वाल्व और पाइपलाइन, नियंत्रित ईंधन भरने और निरंतर निगरानी की आवश्यकता होती है।हाइड्रोजन अत्यधिक ज्वलनशील, रंगहीन और गंधहीन होता है। इसकी लौ पीली हो सकती है और देखना मुश्किल हो सकता है। किसी बंद जगह में रिसाव से आग लगने का गंभीर ख़तरा पैदा हो सकता है।भारतीय रेल का कहना है कि ट्रेन में रिसाव डिटेक्टर, लौ और धुआं सेंसर, वेंटिलेशन, स्वचालित शटडाउन सिस्टम और अग्नि-सुरक्षा उपकरण हैं। उत्पादन, भंडारण और ईंधन भरने का काम प्रशिक्षित कर्मियों द्वारा किया जाना चाहिए।

विज्ञान ट्रेन से भी आगे तक फैला हुआ है

बिजली उत्पन्न करने के लिए हाइड्रोजन का उपयोग कैसे किया जाता है?

जिंद में, भारतीय रेलवे ने एक संपूर्ण हाइड्रोजन श्रृंखला बनाई है: इलेक्ट्रोलिसिस, संपीड़न, भंडारण और वितरण। यह सुविधा लगभग 3,000 किलोग्राम हाइड्रोजन संग्रहीत कर सकती है और इसे संपीड़ित हाइड्रोजन गैस को संभालने के लिए लाइसेंस दिया गया है।यह बुनियादी ढांचा आवश्यक है क्योंकि एक हाइड्रोजन ट्रेन केवल डीजल इंजन को ईंधन-सेल इकाई से बदलकर संचालित नहीं हो सकती है। इसे भरोसेमंद हाइड्रोजन आपूर्ति, सुरक्षित भंडारण, कंप्रेसर, डिस्पेंसर और प्रशिक्षित कर्मचारियों की आवश्यकता है।यही कारण है कि तकनीक महंगी हो जाती है। 2023 में, सरकार ने प्रत्येक ट्रेन के लिए लगभग 80 करोड़ रुपये और प्रत्येक मार्ग पर बुनियादी ढांचे के लिए लगभग 70 करोड़ रुपये की लागत का अनुमान लगाया है। ट्रेन और उसकी सुविधाओं सहित जींद-सोनीपत परियोजना की लागत लगभग 136 करोड़ रुपये बताई गई है।इसलिए बड़ा सवाल यह नहीं है कि क्या हाइड्रोजन किसी ट्रेन को चला सकता है। रसायन शास्त्र अच्छी तरह से स्थापित है. परीक्षण यह है कि क्या हरित हाइड्रोजन का पर्याप्त सस्ते में उत्पादन किया जा सकता है, पर्याप्त सुरक्षित रूप से आपूर्ति की जा सकती है और चयनित मार्गों पर तैनाती को उचित ठहराने के लिए पर्याप्त कुशलता से उपयोग किया जा सकता है।भारतीय रेलवे के लिए, जिंदसोनीपत सेवा उतनी ही ऊर्जा प्रणालियों में एक प्रयोग है जितनी कि यह एक नई ट्रेन है।शोध: राजेश शर्मा और बंसरी शाह