"ग्रीन" एक समुद्री ईंधन के रूप में अमोनिया का भविष्य

Longyearbyen स्वाल्बार्ड का सबसे बड़ा शहर है और फिनमार्क में पवन खेतों से उत्पादित ग्रीन हाइड्रोजन या अमोनिया के पहले बड़े पैमाने पर उपभोक्ताओं में से एक बन सकता है। फोटो क्रेडिट स्वालबार्ड।

एलपीजी पोत क्लिपर शनि। फोटो क्रेडिट सोलंग एएसए

नॉर्वे में फिनमार्क के उत्तरी काउंटी में हैमनेफजेल पवन खेत में केबल खाई। फोटो क्रेडिट मल्टीकोनसॉल्ट।

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अमोनिया, उर्वरकों और सफाई एजेंटों में उपयोग किए जाने वाले एक ही तीखे समाधान, एक दिन दुनिया भर में अक्षय ऊर्जा के परिवहन के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है। वर्तमान में कई सरकारी और कॉरपोरेट परियोजनाएं हैं जो हवा, सौर, ज्वारीय और परमाणु जैसे स्रोतों से अतिरिक्त अक्षय ऊर्जा को अमोनिया में परिवर्तित करने की व्यवहार्यता का आकलन करती हैं और फिर उपयोग करने योग्य ऊर्जा में वापस आती हैं।

अपने शुद्ध रूप में, अमोनिया या NH3 एक नाइट्रोजन और तीन हाइड्रोजन परमाणुओं से बना होता है जो इसे रासायनिक रूप से अतिरिक्त अक्षय ऊर्जा को बांधने के लिए एक आदर्श उम्मीदवार बनाता है। कई अन्य रासायनिक यौगिकों की तरह, अमोनिया को तरल रूप में रासायनिक टैंकर द्वारा अंतिम उपयोगकर्ताओं के लिए ले जाया जा सकता है। परिवेशी तरलता बिंदु के निकट इसके आधार पर, यह हाइड्रोजन की तुलना में अधिक दूरी पर अमोनिया परिवहन के लिए अधिक आकर्षक हो सकता है। एक बार उतारने के बाद, अमोनिया को वापस उपयोग करने योग्य ऊर्जा और ईंधन कोशिकाओं, गैस टर्बाइन या दहन इंजन के साथ गर्मी में परिवर्तित किया जा सकता है।

कार्बन न्यूट्रल सोसाइटी बनने के लिए, नॉर्वे जैसे देश उन परियोजनाओं पर विचार कर रहे हैं, जो इस अवधारणा को बड़े पैमाने पर प्रदर्शित करेंगी। इसकी तकनीकी और आर्थिक व्यवहार्यता को निर्धारित करने के लिए, यह निर्धारित करने के लिए एक अध्ययन आयोजित किया गया था कि मुख्य भूमि नॉर्वे में सबसे उत्तरी काउंटी, फिनमार्क में उत्पादित अतिरिक्त पवन ऊर्जा को या तो हाइड्रोजन या अमोनिया में परिवर्तित किया जा सकता है और स्वालबार्ड के पृथक द्वीप तक पहुंचाया जा सकता है। ये परियोजनाएं पोत के माध्यम से दुनिया भर में अक्षय परिवहन में एक संभावित नए आदर्श के उदाहरण हैं। इस विषय पर कुछ अतिरिक्त प्रकाश डालने के लिए, यह लेख नॉर्वे में स्वालबार्ड परियोजना की खोज करता है और समझता है कि समुद्री उद्योग इस बढ़ते ऊर्जा बाजार में कैसे महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है।

एलपीजी पोत क्लिपर ओडिन। फोटो क्रेडिट सोलंग एएसए स्वालबार्ड केस स्टडी
हालांकि अभी भी विभिन्न बिजली उत्पादन प्रौद्योगिकियों का आकलन किया जा रहा है, अगर नॉर्वे की सरकार स्वाल्बार्ड को अमोनिया की आपूर्ति के साथ आगे बढ़ने का फैसला करती है, तो यह अमोनिया के माध्यम से सामुदायिक गर्मी और बिजली प्रदान करने के लिए पहली बड़े पैमाने पर परियोजना को चिह्नित करेगी। फिनमार्क और स्वाल्बार्ड के बीच अमोनिया को एक ऊर्जा वाहक के रूप में मानने की बातचीत सबसे पहले 2016 में स्वालबार्ड की विरासत वाले कोयले से चलने वाले बिजली संयंत्र को बंद करने के निर्णय के साथ शुरू हुई थी। स्टेटक्राफ्ट के वर्तमान अनुमानों के अनुसार, नॉर्वे के सरकार, वर्तमान कोयले की सहायता करने वाले प्रमुख कॉर्पोरेट भागीदारों में से एक भंडार केवल 2025 तक चलेगा। उस बिंदु के बाद, कोयला को या तो थोक वाहक के माध्यम से द्वीप में भेज दिया जाएगा या एक नया संयुक्त गर्मी और बिजली संयंत्र स्थापित किया जाएगा।

नॉर्वे की सहायक उत्तरी मुख्य भूमि से लगभग 800 किलोमीटर दूर, स्टेटक्राफ्ट ने हाल ही में फ़िनमार्क में रग्गिवुड्डा और हमनेफ़जेल खेतों नामक दो बड़े पवन खेतों को विकसित करने के लिए लाइसेंस प्राप्त किया है। "नॉर्वे में सबसे कुशल पवन ऊर्जा संयंत्रों में से एक" होने के मंत्र के साथ, स्टेटक्राफ्ट पवन ऊर्जा उत्पादन के लिए आदर्श परिस्थितियों का लाभ उठाने के लिए क्षेत्र में अतिरिक्त क्षमता विकसित करने के लिए उत्सुक है। एक चुनौती, जिसे स्टैडक्राफ्ट को दूर करना होगा, हालांकि, यह है कि हवा के खेतों को नॉर्वे में राष्ट्रीय विद्युत ग्रिड से अलग किया गया है। यह विंड फ़ार्म के मालिकों वरंगर क्राफ्ट को नॉर्वे और विदेश के बाकी हिस्सों में अतिरिक्त ऊर्जा बेचने से रोकता है। यह इन दो दिलचस्प समस्याओं से है कि अक्षय ऊर्जा विशेषज्ञों ने उत्पादन साइट से ग्राहकों तक ऊर्जा के परिवहन की एक विधि के रूप में अमोनिया पर विचार करना शुरू किया।

इन लॉजिस्टिक मुद्दों को हल करने के लिए और संभावित रूप से कई औद्योगिक क्षेत्रों में अतिरिक्त व्यापार के अवसरों को उत्पन्न करने के लिए, स्टेटक्राफ्ट और कई अच्छी तरह से अनुसंधान और रासायनिक कंपनियों ने विकल्पों का आकलन किया। "अक्षय ऊर्जा आपूर्ति स्वावलंबी - लॉन्गइयरबाईन" शीर्षक वाली अनुवादित रिपोर्ट में संक्षेप में, स्टेटक्राफ्ट विभिन्न कार्बन न्यूट्रल प्रौद्योगिकियों की खोज करता है जो फिनमार्क में निर्मित अक्षय ऊर्जा को स्वालबार्ड द्वीप पर पहुँचा सकती हैं।

प्रारंभिक बिंदु के रूप में व्यवहार्यता अध्ययन स्वालबार्ड में समुदाय की सेवा के लिए निम्नलिखित आवश्यकताओं और धारणा पर विचार करता है। पहली धारणा यह है कि स्टेटक्राफ्ट फ़िनमार्क क्षेत्र में पवन उत्पादन को 40 से 50 मेगावाट के बीच स्थापित विद्युत क्षमता प्राप्त करने में सक्षम बनाएगा। इस स्थापित क्षमता का उपयोग 2025 तक स्वालबार्ड तक परिवहन के लिए सालाना लगभग 3800 टन हाइड्रोजन उत्पन्न करने के लिए किया जाएगा। एक अंतिम-उपयोगकर्ता के रूप में, लोंगयेरब्येन जो स्वालबार्ड का मुख्य शहर है, उसे 40 गीगा-वाट घंटे (GW-hrs) बिजली और 70 की आवश्यकता होती है गर्मी के GW-hrs सालाना। इस आवश्यकता के आधार पर, स्वालबार्ड को 12 मेगावाट विद्युत शक्ति और 15 मेगावाट ऊष्मा शक्ति की स्थापित उत्पादन क्षमता की आवश्यकता होगी। इसके अतिरिक्त, ईंधन परिवहन पर स्वालबार्ड के निवासियों की महत्वपूर्ण निर्भरता को देखते हुए, प्रस्तावित समाधान 30 दिनों की गर्मी और बिजली बफर की आपूर्ति करने में सक्षम होना चाहिए।

नेल हाइड्रोजन सॉल्यूशंस द्वारा निर्मित इलेक्ट्रोलाइज़र का उपयोग इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया के माध्यम से पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। फोटो क्रेडिट नेल एएसए।

नवीकरणीय हाइड्रोजन परिवहन के तरीके
फिनमार्क से "फंसे" नवीकरणीय ऊर्जा को स्वालबार्ड में उपयोगकर्ताओं को स्थानांतरित करने के लिए, स्टेटक्राफ्ट ने ऊर्जा के परिवहन के लिए चार वैकल्पिक माध्यमों का विश्लेषण किया। इन माध्यमों, या "ऊर्जा वैक्टर" में संपीड़ित हाइड्रोजन, तरल हाइड्रोजन, मेथनॉल में हाइड्रोजन और अमोनिया में बाध्य हाइड्रोजन शामिल थे। इन संभावनाओं को कम करने के लिए, स्टेटक्राफ्ट ने 25 वर्षों में स्वामित्व की कुल लागत पर विचार किया। गहन विश्लेषण के बाद, स्टेटक्राफ्ट ने निष्कर्ष निकाला कि संपीड़ित हाइड्रोजन और अमोनिया में बंधे हाइड्रोजन के पास स्वामित्व की सबसे कम लागत थी और सभी आवश्यकताओं को पूरा करता था।
प्रस्तावित समाधान के सभी चार के लिए महत्वपूर्ण इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया है। इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, विद्युत प्रवाह को पानी के माध्यम से पारित किया जाता है जो हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित होता है। यह विचार है कि फिनमार्क में पवन खेतों से अतिरिक्त पवन ऊर्जा हाइड्रोजन बनाने के लिए एक इलेक्ट्रोलाइज़र के माध्यम से भेजी जाएगी, और फिर हाइड्रोजन को चार वैकल्पिक विकल्पों के लिए फीडस्टॉक के रूप में इस्तेमाल किया जाएगा।

एक परिवर्तनकारी यह है कि हाइड्रोजन को गैस कंप्रेसर का उपयोग करके संपीड़ित किया जा सकता है और विशेष प्रयोजन के कंटेनरों में संग्रहीत किया जाता है और सीधे स्वालबार्ड को भेज दिया जाता है। स्टैडक्राफ्ट ने शुद्ध हाइड्रोजन को 350 बार तक संकुचित करने और अंतर्राष्ट्रीय मानक संगठन (आईएसओ) टैंक में गैस का भंडारण करने का प्रस्ताव दिया, जिसे टीईयू में लोड किया जाएगा और पारंपरिक कंटेनर जहाजों पर ले जाया जाएगा। उच्च स्तर की गणनाओं से पता चलता है कि स्वालबार्ड को वार्षिक आवश्यक गर्मी और बिजली प्रदान करने के लिए 3800 टन आवश्यक हाइड्रोजन प्राप्त करने के लिए 4600 कंटेनर भार की आवश्यकता होगी।

हाइड्रोजन के परिवहन के लिए एक अन्य विधि -253 डिग्री सेल्सियस के नीचे पदार्थ को ठंडा करना और द्रवीकृत प्राकृतिक गैस (एलएनजी) के समान तरीके से एक थोक क्रायोजेन तरल के रूप में परिवहन करना है। जैसा कि मैरीटाइम रिपोर्ट के पहले के लेख में विस्तृत है, मॉस मैरीटाइम, विल्हेमसेन, और कावासाकी हेवी इंडस्ट्रीज सहित कई समुद्री कंपनियां वर्तमान में थोक तरल हाइड्रोजन के परिवहन की अभिनव पद्धति पर विचार कर रही हैं। स्टेटक्राफ्ट की रिपोर्ट का निष्कर्ष है कि अन्य विकल्पों की तुलना में तरल हाइड्रोजन विकल्प में स्वामित्व की कुल लागत सबसे अधिक होगी।

स्टेटक्राफ्ट के व्यवहार्यता अध्ययन में चर्चा की गई हाइड्रोजन के परिवहन की तीसरी विधि पदार्थ को मेथनॉल बनाने के लिए आगे की प्रक्रिया द्वारा है। मेथनॉल के प्रमुख लाभों में से एक यह है कि यह डीजल और गैसोलीन जैसे पेट्रोलियम उत्पादों के साथ कई समान गुणों को साझा करता है जो कि रासायनिक टैंकरों के मौजूदा बेड़े द्वारा आसानी से ले जाया जा सकता है। दुर्भाग्य से, रिपोर्ट ने मेथनॉल का उत्पादन करने के लिए फीडस्टॉक के रूप में उपयोग किए जाने के लिए निकटता में स्थित प्रमुख कार्बन स्रोतों की कमी का हवाला देते हुए परिवहन के इस तरीके को खारिज कर दिया।

स्टेटक्राफ्ट द्वारा फिनमार्क से स्वाल्बार्ड तक पवन ऊर्जा का परिवहन करने के लिए अंतिम विधि का सुझाव दिया गया है ताकि हवा में अमोनिया बनाने के लिए हाइड्रोजन को नाइट्रोजन के साथ मिलाया जा सके। हेबर-बॉश संश्लेषण प्रक्रिया के रूप में जानी जाने वाली तकनीक का उपयोग करके हवा से हाइड्रोजन और नाइट्रोजन को गर्म किया जाता है और अमोनिया बनाने के लिए संकुचित किया जाता है। वैकल्पिक रूप से, एक प्रतिवर्ती ईंधन सेल का उपयोग सीधे अमोनिया के उत्पादन के लिए किया जा सकता है।

अपने शुद्ध रूप में हाइड्रोजन के विपरीत, जो वायुमंडलीय तापमान और दबाव में एक गैस के रूप में मौजूद है, अमोनिया को हाइड्रोजन की तुलना में पदार्थ को द्रवीभूत करने के लिए काफी कम ऊर्जा का उपयोग करके तरल के रूप में संग्रहीत और रखरखाव किया जा सकता है। यह देखते हुए कि स्वालबार्ड की गर्मी और बिजली की मांगों को पूरा करने के लिए सालाना 26,500 टन अमोनिया की आवश्यकता होगी, स्टेटक्राफ्ट का अनुमान है कि वर्ष में एक या दो बार अमोनिया परिवहन के लिए अमोनिया की आवश्यकता होगी।

ऊर्जा परिवहन के इन गैर-पारंपरिक रूपों के साथ जुड़े तकनीकी व्यवहार्यता और लागत दोनों पर विचार करने के बाद, स्टेटक्राफ्ट व्यवहार्यता अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला कि संपीड़ित हाइड्रोजन और अमोनिया स्वालबार्ड मामले के अध्ययन के लिए दो प्रमुख संभावनाएं हैं।

नॉर्वे में फिनमार्क के उत्तरी काउंटी में रग्गीविडा पवन खेतों में टर्बाइन की स्थापना। फोटो क्रेडिट बज्ने रेस्टियो। अमोनिया परिवहन
पेट्रो-रसायन उद्योग में उपयोग किए जाने वाले अन्य उत्पादों के समान, दशकों से अमोनिया का परिवहन जहाजों द्वारा किया जाता है। द्रवीभूत पेट्रोलियम गैस (एलपीजी) वाहक लंबी दूरी पर बल्क अमोनिया के परिवहन का सबसे लोकप्रिय तरीका है। ये पोत पूरी तरह से प्रशीतित, अर्ध-प्रशीतित, या पूरी तरह से दबाव वाले टैंकों का उपयोग करके अपने माल को तरल रूप में बनाए रखते हैं।

अमोनिया को तरल रूप में रखने के लिए, पदार्थ को आमतौर पर स्व-सहायक प्रिज्मीय टैंकों में एलपीजी वाहक जहाज पर संग्रहीत किया जाता है, जिसमें कम से कम नकारात्मक 50 डिग्री सेल्सियस का कार्य तापमान होता है। एलपीजी वाहक आमतौर पर अमोनिया के 15,000 और 85,000 क्यूबिक मीटर के बीच परिवहन करते हैं, जिसमें सबसे आम आकार 30, 52 और 80 हजार क्यूबिक मीटर मात्रा के हिसाब से होता है। तरलीकृत प्राकृतिक गैस (एलएनजी) वाहक के रूप में कुछ समान डिजाइन सिद्धांतों का उपयोग करते हुए, एलपीजी वाहक में यह सुनिश्चित करने के लिए एक प्राथमिक और द्वितीयक बाधा है कि संग्रहीत अमोनिया निहित है अगर वहाँ प्रशीतन प्रणाली या प्राथमिक बाधा की विफलता है।

स्वालबार्ड केस स्टडी और दुनिया भर में कई अन्य "ग्रीन" अमोनिया परियोजनाओं के संदर्भ में, अमोनिया अपने अपेक्षाकृत बड़े ऊर्जा घनत्व और तरल रूप में पदार्थ को बनाए रखने के लिए आवश्यक कम ऊर्जा इनपुट के लिए आकर्षक है। अमोनिया को एक ठंडा तरल के रूप में - मानक वायुमंडलीय दबाव में 34 डिग्री सेल्सियस या लगभग 10 बार के दबाव में सामान्य परिवेश के तापमान पर संग्रहीत किया जा सकता है। जब तरल हाइड्रोजन के साथ तुलना की जाती है, तो अमोनिया में मात्रा से लगभग दोगुना ऊर्जा घनत्व होता है और तरल पदार्थ में पदार्थ को बनाए रखने के लिए कम ऊर्जा और इन्सुलेशन की आवश्यकता होती है, जबकि इसे स्रोत से अंत-उपयोगकर्ता तक पोत द्वारा ले जाया जाता है।

अमोनिया के मुख्य दोषों में से एक, हालांकि, इसकी उच्च डिग्री विषाक्तता है। यूएस डिपार्टमेंट ऑफ़ लेबर के व्यावसायिक सुरक्षा और स्वास्थ्य प्रशासन (OSHA) के अनुसार, "अमोनिया को एक उच्च स्वास्थ्य खतरा माना जाता है क्योंकि यह त्वचा, आंखों और फेफड़ों के लिए संक्षारक है"। इसके अतिरिक्त, जब एयर अमोनिया के साथ मिश्रित मात्रा से 15 से 28 प्रतिशत एकाग्रता में ज्वलनशील हो सकता है। परंपरागत रूप से, उर्वरक संचालन के लिए अमोनिया फ़ीड स्टॉक को "निर्जल अमोनिया" के रूप में ले जाया जाता है, जिसका अर्थ है कि यह तेजी से पानी में अवशोषित हो सकता है और अमोनियम हाइड्रॉक्साइड जैसे मजबूत क्षारीय समाधान बनाता है जो उच्च सांद्रता में भी अत्यधिक विषाक्त है। सार्वजनिक और चालक दल की सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए, अमोनिया ले जाने वाले जहाजों को आईएमओ द्वारा निर्मित बल्क (आईजीसी कोड) में निर्माण और जहाजों की देखभाल के लिए तरलीकृत गैसों के अंतर्राष्ट्रीय कोड का पालन करने की आवश्यकता होती है।
दिलचस्प बात यह है कि समुद्री ईंधन के रूप में अमोनिया के उपयोग की व्यवहार्यता का आकलन करने वाली कई समुद्री इंजीनियरिंग परियोजनाएँ भी हैं। प्रमुख परियोजनाओं के उदाहरणों में शामिल हैं, नीदरलैंड में एक नौसेना वास्तुकला फर्म सी-जॉब द्वारा संचालित व्यवहार्यता अध्ययन, और बहु-मिलियन डॉलर के अनुसंधान की शुरुआत करने के लिए समुद्री इंजन और ऊर्जा प्रणालियों के वैश्विक आपूर्तिकर्ता MAN ES द्वारा घोषणा। अमोनिया दो स्ट्रोक इंजन विकसित करने के लिए विकास कार्यक्रम। एक आदर्श दुनिया में, समुद्री और उपयोगिता क्षेत्रों में अनुसंधान के प्रयास पूरी तरह से एक नई रसद आपूर्ति श्रृंखला बनाने के लिए समाप्त हो सकते हैं जहां "ग्रीन" अमोनिया को बंकरिंग के दौरान एक एलपीजी पोत में ले जाया जाता है और फिर परिवहन करते समय पदार्थ का एक हिस्सा समुद्री ईंधन के लिए उपयोग किया जाता है। ग्राहकों को उत्पाद।

प्रत्येक व्यक्तिगत परियोजना के परिणाम के बावजूद, यह दुनिया भर में विभिन्न अमोनिया परियोजनाओं की संख्या और समय के आधार पर स्पष्ट है कि अमोनिया संभवतः बंदरगाहों और जलमार्गों में अधिक सामान्य हो जाएगा। इन विकासों के आधार पर, उपयोगिता उद्योग और समुद्री उद्योग में दोनों हितधारकों को निम्नलिखित घटनाक्रमों पर बारीकी से विचार करना चाहिए ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि ये व्यवस्था किस स्थिति में लाभदायक हो सकती है।

Longyearbyen स्वाल्बार्ड का सबसे बड़ा शहर है और फिनमार्क में पवन खेतों से उत्पादित ग्रीन हाइड्रोजन या अमोनिया के पहले बड़े पैमाने पर उपभोक्ताओं में से एक बन सकता है। फोटो क्रेडिट स्वालबार्ड।

जैसा कि मैरीटाइम रिपोर्टर एंड इंजीनियरिंग न्यूज़ के सितंबर 2019 संस्करण में प्रकाशित हुआ है।