अधिक वज़नदार! टेस्ला ने “ग्रैंड प्लान 3” और तीन नई कारों के बारे में अधिक जानकारी पेश करने के लिए चार वर्णों के साथ एक लंबा पाठ जारी किया

मार्च की शुरुआत में, मस्क ने निवेशक सम्मेलन में टेस्ला की गुप्त भव्य योजना (मास्टर प्लान पार्ट 3) के तीसरे भाग की घोषणा की, जिसमें निम्नलिखित पांच क्षेत्रों में बदलाव के माध्यम से एक स्थायी ऊर्जा अर्थव्यवस्था प्राप्त करने की अपनी आशा व्यक्त की:

• गैसोलीन कारों को इलेक्ट्रिक कारों से बदलें
• घरों, व्यवसायों और उद्योगों में ताप पंपों को लोकप्रिय बनाना
• औद्योगिक प्रक्रियाओं में उच्च तापमान ताप और भंडारण का कार्यान्वयन
• विमानों और जहाजों का विद्युतीकरण
• अक्षय स्रोतों से बिजली पैदा करना और स्थिर भंडारण से ऊर्जा प्रदान करना

मस्क ने एक बार टेस्ला की गुप्त भव्य योजना को सारांशित करने के लिए एक वाक्य का उपयोग किया था: पृथ्वी के लिए एक पूरी तरह से स्थायी ऊर्जा भविष्य का मार्ग। इसका अर्थ है "पृथ्वी के लिए पूरी तरह से स्थायी ऊर्जा भविष्य का मार्ग"।

लेकिन उस समय, योजना पर "विवरण की कमी" का आरोप लगाया गया था और टेस्ला के शेयर की कीमत घंटों के बाद 3% से अधिक गिर गई थी।

आज, टेस्ला ने एक 41-पृष्ठ पीडीएफ जारी किया—मास्टर प्लान भाग 3 – पृथ्वी के सभी के लिए सतत ऊर्जा

यह पीडीएफ उनके गुप्त मास्टर प्लान भाग 3 का विवरण देता है ताकि खुद को जीवाश्म ईंधन से दूर करके और नवीकरणीय ऊर्जा पर स्विच करके अपने और आने वाली पीढ़ियों के लिए बेहतर भविष्य बनाया जा सके।

दस्तावेज़ 3 नई कारों के बारे में अधिक जानकारी भी प्रकट करता है:

• प्रवेश स्तर के मॉडल में 53kWh आयरन-लिथियम बैटरी पैक का उपयोग किया जाएगा
• एक छोटी वैन 100kWh हाई-निकल पॉजिटिव बैटरी पैक का उपयोग करेगी
• एक और बड़ी बस 300kWh लिथियम आयरन बैटरी पैक का उपयोग करेगी

इसके अलावा, मौजूदा मॉडल 3/Y सभी 75kWh आयरन-लिथियम बैटरी का उपयोग करेंगे, और आगामी साइबरट्रक 100kWh हाई-निकल बैटरी का उपयोग करेगा।

निम्नलिखित इस पीडीएफ की पूरी सामग्री है। आप इस लेख के वर्ड दस्तावेज़ और मूल पाठ के पीडीएफ दस्तावेज़ प्राप्त करने के लिए "डोंग चेहुई" के वीचैट आधिकारिक खाते पर " होंगटू प्रोजेक्ट " का जवाब भी दे सकते हैं।

चलो शुरू करो!

विषयसूची

कार्यकारी सारांश

वर्तमान ऊर्जा अर्थव्यवस्था बहुत बेकार है

जीवाश्म ईंधन को खत्म करने की योजना

• अक्षय ऊर्जा के साथ मौजूदा ग्रिड को फिर से सशक्त बनाना
• ईवीएस पर शिफ्ट करें
• आवासीय, वाणिज्यिक और औद्योगिक क्षेत्रों में ताप पंपों में रूपांतरण
• उच्च तापमान गर्मी हस्तांतरण और हाइड्रोजन का विद्युतीकरण
• सतत विमान और जहाज ईंधन
• एक सतत ऊर्जा अर्थव्यवस्था बनाना

पूरी तरह से टिकाऊ ऊर्जा आर्थिक मॉडल

• ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकी आकलन
• विद्युत उत्पादन प्रौद्योगिकी मूल्यांकन

मॉडल परिणाम

• यूएस-सीमित मॉडल-नई विद्युतीकरण मांगों को पूरा करना
• विश्वव्यापी मॉडल – नई विद्युतीकरण मांगों को पूरा करना
• परिवहन के लिए बैटरी
• वाहन
• जहाज और विमान
• विश्व मॉडल परिणाम – वाहनों में विद्युतीकरण और बैटरी

आवश्यक धन

आवश्यक भूमि क्षेत्र

सामग्री की जरूरत

संक्षेप

कार्यकारी सारांश

1 मार्च, 2023 को, टेस्ला ने मास्टर प्लान के तीसरे भाग का प्रस्ताव रखा – विद्युतीकरण, स्थायी ऊर्जा उत्पादन और भंडारण के माध्यम से वैश्विक स्थायी ऊर्जा अर्थव्यवस्था प्राप्त करने का एक प्रस्तावित मार्ग। यह लेख इस सिफारिश के पीछे की धारणाओं, स्रोतों और गणनाओं को रेखांकित करता है। टिप्पणियों और आदान-प्रदान प्रदान करने के लिए सभी का स्वागत है।

सिद्धांत तीन मुख्य भागों में बांटा गया है:

01 बिजली की मांग

जीवाश्म ईंधन के बिना वैश्विक ऊर्जा मांग का अनुमान।

02 बिजली की आपूर्ति

प्रति घंटा बिजली की मांग को पूरा करने के लिए उत्पादन और भंडारण संसाधनों के न्यूनतम लागत संयोजन का निर्माण करें।

03 सामग्री व्यवहार्यता और निवेश

विद्युत अर्थव्यवस्था के लिए आवश्यक सामग्रियों की व्यवहार्यता और इसे बनाने के लिए आवश्यक विनिर्माण निवेश का निर्धारण करें।

इस पत्र में पाया गया है कि एक सतत ऊर्जा अर्थव्यवस्था तकनीकी रूप से व्यवहार्य है और आज की अस्थिर ऊर्जा अर्थव्यवस्था की तुलना में कम निवेश और भौतिक निष्कर्षण की आवश्यकता है। जबकि पिछले कई अध्ययन इसी तरह के निष्कर्ष पर पहुंचे हैं, इस अध्ययन का उद्देश्य वैश्विक स्तर पर सभी ऊर्जा क्षेत्रों में संक्रमण के लिए आवश्यक भौतिक घनत्व, निर्माण क्षमता और विनिर्माण निवेश से संबंधित सोच को आगे बढ़ाना है।

वर्तमान ऊर्जा अर्थव्यवस्था बेकार है

अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी (IEA) की 2019 विश्व ऊर्जा बैलेंस शीट के अनुसार, वैश्विक प्राथमिक ऊर्जा आपूर्ति 165 PWh/वर्ष है, और जीवाश्म ईंधन की कुल आपूर्ति 134 PWh/वर्ष है। अंतिम उपभोक्ता तक पहुंचने से पहले 37% (61PWh) की खपत हुई। इसमें बिजली उत्पादन के दौरान निष्कर्षण/शोधन और रूपांतरण हानियों के दौरान जीवाश्म ईंधन उद्योग की स्वयं की खपत शामिल है। अन्य 27% (44PWh) आंतरिक दहन इंजन वाहनों और प्राकृतिक गैस हीटरों जैसे अकुशल अंत उपयोगों के कारण खो जाता है। कुल मिलाकर, प्राथमिक ऊर्जा आपूर्ति का केवल 36% (59PWh) ही आर्थिक रूप से उपयोगी कार्य या ऊष्मा पैदा करता है। लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लैब का विश्लेषण वैश्विक और अमेरिकी ऊर्जा आपूर्ति में अक्षमता के समान स्तर को दर्शाता है।

जीवाश्म ईंधन को खत्म करने की योजना

स्थायी उत्पादन पर आधारित एक विद्युतीकृत अर्थव्यवस्था में, बिजली उत्पन्न करने के लिए खनन, शोधन और ऊर्जा जलाने से जुड़े अधिकांश अपस्ट्रीम नुकसान समाप्त हो जाते हैं, साथ ही गैर-विद्युत अंत उपयोगों से डाउनस्ट्रीम नुकसान भी समाप्त हो जाते हैं। कुछ औद्योगिक प्रक्रियाओं में अधिक ऊर्जा निवेश की आवश्यकता होती है (उदाहरण के लिए हरित हाइड्रोजन का उत्पादन), और कुछ निष्कर्षण और शुद्धिकरण गतिविधियों को बढ़ाने की आवश्यकता होती है (बैटरी, सौर पैनल, पवन टर्बाइन आदि बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली धातुएं शामिल हैं)।

निम्नलिखित 6 चरण अर्थव्यवस्था को पूरी तरह से विद्युतीकृत करने और जीवाश्म ईंधन के उपयोग को समाप्त करने के लिए आवश्यक कार्रवाइयों को प्रदर्शित करते हैं। ये छह चरण एक सतत ऊर्जा अर्थव्यवस्था में बिजली की मांग के बारे में धारणाओं का विवरण देते हैं और एक मॉडल बिजली की मांग वक्र की ओर ले जाते हैं।

यह मॉडल अमेरिकी ऊर्जा सूचना प्रशासन (ईआईए) द्वारा 2019 से 2022 तक अमेरिकी ऊर्जा अर्थव्यवस्था का विश्लेषण करने के लिए प्रदान किए गए उच्च-निष्ठा डेटा का उपयोग करता है, और अमेरिका और दुनिया के बीच ऊर्जा खपत के अनुपात गुणांक के आधार पर 6 गुना गणना करता है। वैश्विक अर्थव्यवस्था के लिए आवश्यक कार्यों का अनुमान लगाने के लिए IEA ऊर्जा बैलेंस शीट स्केल में 2019। यह एक महत्वपूर्ण सरलीकरण है और भविष्य के विश्लेषण के लिए फोकस का क्षेत्र हो सकता है, क्योंकि वैश्विक ऊर्जा मांग संयुक्त राज्य अमेरिका की तुलना में अलग तरह से बना है और समय के साथ बढ़ने का अनुमान है। इन उपलब्ध आंकड़ों की वर्तमान उपलब्धता के कारण, यह विश्लेषण संयुक्त राज्य अमेरिका के लिए है।

यह योजना तटवर्ती/अपतटीय पवन, सौर, मौजूदा परमाणु और हाइड्रो को बिजली उत्पादन के स्थायी स्रोतों के रूप में मानती है, और मौजूदा बायोमास को भी टिकाऊ मानती है, हालांकि इसे चरणबद्ध तरीके से समाप्त किया जा सकता है। इसके अलावा, योजना पिछली शताब्दी में जीवाश्म ईंधन को जलाने से उत्सर्जित कार्बन डाइऑक्साइड जैसी चीजों को अवशोषित करने पर विचार नहीं करती है, सिंथेटिक ईंधन उत्पादन के लिए आवश्यक प्रत्यक्ष वायु कैप्चर को छोड़कर; ऐसी तकनीकों के किसी भी भविष्य के कार्यान्वयन से वैश्विक ऊर्जा मांग में वृद्धि होने की संभावना है।

01 मौजूदा ग्रिड को अक्षय ऊर्जा से लैस करना

संयुक्त राज्य अमेरिका में मौजूदा प्रति घंटा बिजली की मांग को ईआईए से अनम्य आधारभूत मांग के रूप में तैयार किया गया है। चार अमेरिकी उप-क्षेत्रों (टेक्सास, प्रशांत, मध्यपश्चिम और पूर्व) के लिए, मॉडलिंग क्षेत्रीय विविधताओं, नवीकरणीय संसाधन उपलब्धता, मौसम और ग्रिड ट्रांसमिशन बाधाओं के लिए किया गया था। यह मौजूदा बिजली की मांग आधारभूत भार है जिसे टिकाऊ उत्पादन और भंडारण द्वारा समर्थित किया जाना चाहिए।

दुनिया बिजली क्षेत्र को प्रति वर्ष 65PWh प्राथमिक ऊर्जा की आपूर्ति करती है, जिसमें 46PWh प्रति वर्ष जीवाश्म ईंधन शामिल है; हालांकि, जीवाश्म ईंधन को बिजली में परिवर्तित करने में अक्षमता के कारण प्रति वर्ष केवल 26PWh बिजली उत्पन्न होती है। यदि नेटवर्क को नवीकरणीय ऊर्जा द्वारा संचालित किया जाना था, तो आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए प्रति वर्ष केवल 26PWh की सतत उत्पादन की आवश्यकता होगी।

02 ईवीएस में शिफ्ट

उच्च पावरट्रेन दक्षता, पुनर्योजी ब्रेकिंग क्षमता और अनुकूलित प्लेटफ़ॉर्म डिज़ाइन के कारण, इलेक्ट्रिक वाहन आंतरिक दहन इंजन वाहनों की तुलना में लगभग 4 गुना अधिक कुशल हैं। जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है, यह अनुपात यात्री कारों, हल्के ट्रकों और कक्षा 8 सेमी-ट्रेलरों के लिए सही है।

एक ठोस उदाहरण के रूप में, टेस्ला का मॉडल 3 131MPGe की खपत करता है, जबकि टोयोटा कोरोला 34MPG की खपत करता है, जो 3.9 गुना का अंतर है, और यह अनुपात तब बढ़ जाता है जब अपस्ट्रीम घाटे को ध्यान में रखा जाता है जैसे ईंधन निकालने और शोधन से जुड़ी ऊर्जा खपत (चित्र 4 देखें)। .

विद्युतीकृत परिवहन क्षेत्र के लिए बिजली की मांग का निर्धारण करने के लिए, प्रत्येक उपक्षेत्र में अमेरिकी परिवहन तेल (वायु और समुद्री परिवहन को छोड़कर) के ऐतिहासिक मासिक उपयोग को उपरोक्त इलेक्ट्रिक वाहन दक्षता कारक (4x) द्वारा बढ़ाया जाएगा। टेस्ला के बेड़े को प्रति घंटा गैर-नियामक और विनियमित खंडों में विभाजित किया जाता है और इसे 100% विद्युतीकृत परिवहन क्षेत्र में ईवी चार्जिंग लोड प्रोफाइल माना जाता है। सुपरचार्जिंग, वाणिज्यिक वाहन चार्जिंग और 50% एसओसी से कम राज्य वाले वाहनों को गैर-विनियमन मांग माना जाता है। घर और कार्यस्थल एसी चार्जिंग समायोज्य मांग है और इसे 72 घंटे के ऊर्जा संरक्षण बाधा मॉडल के साथ तैयार किया गया है, जो अक्षय संसाधनों की प्रचुरता होने पर अधिकांश ड्राइवरों को चार्ज करने के लचीलेपन को दर्शाता है। औसतन, टेस्ला ड्राइवर हर 1.7 दिनों में 60% एसओसी से 90% एसओसी चार्ज करते हैं, इसलिए सामान्य दैनिक माइलेज के सापेक्ष, ईवी के पास नवीकरणीय ऊर्जा चार्जिंग के उपयोग को अनुकूलित करने के लिए पर्याप्त रेंज है, बशर्ते घर और काम पर चार्जिंग इंफ्रास्ट्रक्चर हो।

वैश्विक परिवहन क्षेत्र का विद्युतीकरण वार्षिक जीवाश्म ईंधन के उपयोग के 28 PWh को समाप्त करता है और प्रति वर्ष लगभग 7 PWh की अतिरिक्त बिजली मांग बनाने के लिए 4x EV दक्षता कारक लागू करता है।

03 आवासीय, वाणिज्यिक और औद्योगिक ताप पंपों में जाना

हीट पंप एक मध्यवर्ती रेफ्रिजरेंट को संपीड़ित/विस्तारित करके स्रोत से सिंक तक गर्मी ले जाते हैं। रेफ्रिजरेंट्स के उचित चयन के साथ, आवासीय और वाणिज्यिक भवनों के साथ-साथ कई औद्योगिक प्रक्रियाओं में स्पेस हीटिंग, वॉटर हीटिंग और वाशिंग मशीन में हीट पंप तकनीक को लागू किया जा सकता है।

वायु स्रोत ऊष्मा पम्प मौजूदा घरों में गैस भट्टियों के रेट्रोफिटिंग के लिए सबसे उपयुक्त तकनीक है, जो ताप मौसमी प्रदर्शन कारक (HSPF) के साथ 9.5 Btu/Wh की विशिष्ट दक्षता रेटिंग के आधार पर खपत की गई ऊर्जा की प्रति यूनिट 2.8 यूनिट गर्मी प्रदान करती है। गैस भट्टियां गर्मी पैदा करने के लिए प्राकृतिक गैस को जलाती हैं। उनकी वार्षिक उपयोग दर (AFUE) लगभग 90% है। इसलिए, प्राकृतिक गैस बॉयलर से 3 गुना कम उपयोग करने की तुलना में वायु स्रोत ताप पंप कम ऊर्जा (2.8/0.9) का उपयोग करता है।

आवासीय और वाणिज्यिक क्षेत्र

ईआईए प्रत्येक उपक्षेत्र के लिए आवासीय और वाणिज्यिक क्षेत्रों के लिए ऐतिहासिक मासिक यू.एस. प्राकृतिक गैस उपयोग प्रदान करता है। यदि सभी गैस उपकरणों का विद्युतीकरण किया जाता है तो एक 3x ऊष्मा पम्प दक्षता कारक ऊर्जा की मांग को कम कर देगा। बेसलाइन बिजली की मांग का प्रति घंटा लोड फैक्टर हीट पंप से प्रति घंटा बिजली की मांग में बदलाव का अनुमान लगाने के लिए लागू किया जाता है, जब घर सक्रिय रूप से गर्म या ठंडा हो रहा होता है, तो समय अवधि के लिए हीटिंग की मांग को प्रभावी ढंग से जिम्मेदार ठहराया जाता है। गर्मियों में, आवासीय/व्यावसायिक मांग दोपहर के चरम के दौरान चरम पर होती है, जब शीतलन भार सबसे अधिक होता है, और सर्दियों में, मांग लौकिक "डक कर्व" का अनुसरण करती है, जो सुबह और शाम को चरम पर होती है।

विश्व स्तर पर, जीवाश्म ईंधन के 18PWh को सालाना बचाया जा सकता है और गर्मी पंपों के साथ आवासीय और वाणिज्यिक उपकरणों के विद्युतीकरण के माध्यम से 6PWh अतिरिक्त बिजली की मांग पैदा की जा सकती है।

औद्योगिक उत्पादन

लगभग 200 डिग्री सेल्सियस के अधिकतम तापमान तक ताप पंपों की बढ़ी हुई दक्षता से औद्योगिक प्रक्रियाएं लाभान्वित हो सकती हैं, जैसे कि भोजन, कागज, कपड़ा और लकड़ी उद्योग। हालाँकि, जैसे-जैसे तापमान में अंतर बढ़ता है, ऊष्मा पम्प की दक्षता कम होती जाती है। हीट पंप एकीकरण नाजुक है, और सटीक दक्षता प्रणाली द्वारा अवशोषित गर्मी स्रोत के तापमान पर अत्यधिक निर्भर है (तापमान ताप पंप दक्षता निर्धारित करने वाले कारकों में से एक है), इसलिए प्राप्त करने योग्य सीओपी रेंज की सरल धारणा का उपयोग किया जाता है:

आईईए द्वारा प्रदान की गई औद्योगिक गर्मी की तापमान संरचना और तालिका 2 में अनुमानित ताप पंप दक्षता के अनुसार, मॉडल भारित औद्योगिक ताप पंप दक्षता गुणांक 2.2 है।

ईआईए प्रत्येक उपक्षेत्र8 के लिए औद्योगिक क्षेत्र द्वारा ऐतिहासिक मासिक जीवाश्म ईंधन उपयोग प्रदान करता है। उत्पादों (रबर, स्नेहन तेल, अन्य) में एम्बेडेड जीवाश्म ईंधन को छोड़कर सभी औद्योगिक जीवाश्म ईंधन का उपयोग प्रक्रिया हीटिंग के लिए माना जाता है। अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी के मुताबिक, 45% प्रक्रिया गर्मी 200 डिग्री सेल्सियस से नीचे है और जब ताप पंपों के साथ विद्युतीकरण किया जाता है, तो 2.2 गुना इनपुट ऊर्जा की आवश्यकता होती है। बढ़ी हुई औद्योगिक ताप पंप बिजली की मांग को एक अनम्य, फ्लैट प्रति घंटा मांग के रूप में तैयार किया गया है।

विश्व स्तर पर, ताप पंपों के साथ 200 डिग्री सेल्सियस से कम औद्योगिक प्रक्रिया गर्मी का विद्युतीकरण प्रति वर्ष जीवाश्म ईंधन के 12PWh को हटा सकता है और अतिरिक्त बिजली की मांग का 5PWh बना सकता है।

04 उच्च तापमान गर्मी हस्तांतरण और हाइड्रोजन उत्पादन का विद्युतीकरण

उच्च तापमान औद्योगिक प्रक्रियाओं का विद्युतीकरण

उच्च तापमान (>200°C) की आवश्यकता वाली औद्योगिक प्रक्रियाएँ, जो शेष 55% जीवाश्म ईंधन के उपयोग के लिए जिम्मेदार हैं, पर विशेष ध्यान देने की आवश्यकता है। इसमें इस्पात, रसायन, उर्वरक और सीमेंट उत्पादन सहित अन्य शामिल हैं।

इन उच्च तापमान औद्योगिक प्रक्रियाओं को प्रतिरोध हीटिंग, इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस, या थर्मल स्टोरेज द्वारा बफर्ड द्वारा कम लागत वाली नवीकरणीय ऊर्जा का लाभ उठाने के लिए सीधे परोसा जा सकता है, जब नवीकरणीय ऊर्जा का अधिशेष होता है। ऑन-साइट थर्मल स्टोरेज लागत प्रभावी रूप से औद्योगिक विद्युतीकरण में तेजी लाने के लिए मूल्यवान हो सकता है (उदाहरण के लिए थर्मल स्टोरेज मीडिया और रेडिएंट हीटिंग तत्वों का प्रत्यक्ष उपयोग)।

रेजिस्टेंस हीटिंग और इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस में ब्लास्ट फर्नेस हीटिंग के समान क्षमता होती है और इसलिए समान नवीकरणीय प्राथमिक ऊर्जा इनपुट की आवश्यकता होगी। इन उच्च तापमान प्रक्रियाओं को एक अनम्य, सपाट मांग के रूप में तैयार किया जाता है।

हीट स्टोरेज को 95% की राउंड-ट्रिप थर्मल दक्षता के साथ औद्योगिक क्षेत्र में उच्च तापमान प्रक्रिया गर्मी के लिए ऊर्जा बफर के रूप में तैयार किया गया है। उच्च स्थापित सौर क्षमता वाले क्षेत्रों में, थर्मल स्टोरेज दोपहर में चार्ज हो जाएगा और लगातार 24 घंटे की औद्योगिक गर्मी की मांग को पूरा करने के लिए रात में डिस्चार्ज हो जाएगा। चित्रा 9 संभावित ताप वाहक दिखाता है और कई सामग्रियों को दिखाता है जो प्रक्रिया गर्मी> 1500 सी प्रदान करने के लिए उम्मीदवार हैं।

वैश्विक औद्योगिक प्रक्रिया ऊष्मा का विद्युतीकरण> 200C प्रति वर्ष जीवाश्म ईंधन के 9PWh को समाप्त कर सकता है और समान ताप हस्तांतरण क्षमता को मानते हुए 9PWh अतिरिक्त बिजली की मांग पैदा कर सकता है।

इस्पात और उर्वरक के लिए हाइड्रोजन का सतत उत्पादन

आज, हाइड्रोजन का उत्पादन कोयले, तेल और प्राकृतिक गैस से किया जाता है, और इसका उपयोग जीवाश्म ईंधन (विशेष रूप से डीजल) को परिष्कृत करने और विभिन्न औद्योगिक अनुप्रयोगों (इस्पात और उर्वरक उत्पादन सहित) के लिए किया जाता है।

ग्रीन हाइड्रोजन का उत्पादन पानी के इलेक्ट्रोलिसिस (उच्च ऊर्जा तीव्रता, कोई कार्बन-आधारित उत्पादों का उपभोग/उत्पादन नहीं किया जाता है) या मीथेन पायरोलिसिस द्वारा किया जा सकता है (कम ऊर्जा तीव्रता, ठोस कार्बन ब्लैक बाय-प्रोडक्ट का उत्पादन किया जाता है, जिसे उपयोगी कार्बन में परिवर्तित किया जा सकता है- आधारित उत्पाद)।

हरित हाइड्रोजन के लिए बिजली की मांग का परंपरागत रूप से अनुमान लगाने के लिए, धारणाएं हैं:

-भविष्य में फॉसिल फ्यूल रिफाइनिंग के लिए हाइड्रोजन की जरूरत नहीं होगी
– स्टील के उत्पादन को डायरेक्ट रिड्यूस्ड आयरन प्रोसेस में बदला जाएगा, जिसके लिए इनपुट के तौर पर हाइड्रोजन की जरूरत होगी। लौह अयस्क (Fe3O4 माना जाता है) की कमी के लिए हाइड्रोजन की मांग निम्न कमी प्रतिक्रिया पर आधारित है:

हाइड्रोजन के साथ कमी:

• Fe3O4+H2=3FeO+H2O
• FeO+H2=Fe+H2O

– दुनिया भर में सभी हाइड्रोजन का उत्पादन इलेक्ट्रोलिसिस से होता है।

औद्योगिक मांग के लिए इन सरल धारणाओं से 150 Mt/yr के ग्रीन हाइड्रोजन की वैश्विक मांग पैदा होती है, जिसके लिए अनुमान है कि इलेक्ट्रोलिसिस से प्रति वर्ष लगभग 7.2 PWh टिकाऊ बिजली की आवश्यकता होती है।

हाइड्रोजन उत्पादन के लिए बिजली की मांग को वार्षिक उत्पादन बाधाओं के साथ एक लचीले भार के रूप में तैयार किया गया है, और हाइड्रोजन भंडारण क्षमता को अधिकतम संसाधन बाधाओं के साथ एक भूमिगत गैस भंडारण सुविधा (जैसे आज संग्रहीत प्राकृतिक गैस) के रूप में तैयार किया गया है। प्राकृतिक गैस को स्टोर करने के लिए उपयोग की जाने वाली भूमिगत गैस भंडारण सुविधाओं को आज हाइड्रोजन स्टोर करने के लिए परिवर्तित किया जा सकता है; सिम्युलेटेड यूएस हाइड्रोजन स्टोरेज के लिए मौजूदा अमेरिकी भूमिगत गैस भंडारण सुविधाओं के लगभग 30% की आवश्यकता होगी। ध्यान रखें कि कुछ भंडारण सुविधाएं, जैसे कि नमक की गुफाएं, भौगोलिक रूप से समान रूप से वितरित नहीं हैं, जो चुनौतियां पेश कर सकती हैं, और बेहतर वैकल्पिक भंडारण विकल्प हो सकते हैं।

वैश्विक टिकाऊ हरित हाइड्रोजन प्रति वर्ष 6PWh जीवाश्म ईंधन ऊर्जा उपयोग और 2PWh गैर-ऊर्जा उपयोग को समाप्त कर सकता है। 7PWh की अतिरिक्त बिजली की मांग के लिए जीवाश्म ईंधन को बदला जाता है।

05 सतत विमान और जहाज ईंधन

महाद्वीपीय और अंतरमहाद्वीपीय महासागर शिपिंग दोनों को गति और मार्गों को इष्टतम रूप से डिजाइन करके विद्युतीकृत किया जा सकता है ताकि छोटी बैटरी को लंबे मार्गों पर अधिक बार चार्ज किया जा सके। अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी के अनुसार, वैश्विक महासागर शिपिंग में प्रति वर्ष 3.2 वाट-घंटे की खपत होती है। 1.5x विद्युतीकरण दक्षता लाभ लागू करने से, एक पूरी तरह से विद्युतीकृत वैश्विक बेड़ा प्रति वर्ष 2.1PWh बिजली की खपत करेगा।

आज की बैटरी ऊर्जा घनत्व के साथ, कम दूरी की उड़ान को विमान के डिजाइन और उड़ान प्रक्षेपवक्र को अनुकूलित करके भी विद्युतीकृत किया जा सकता है। लंबी दूरी की उड़ानें, जो हवाई यात्रा की ऊर्जा खपत का अनुमानित 80 प्रतिशत हिस्सा हैं (वैश्विक स्तर पर 85 बिलियन गैलन जेट ईंधन की खपत होती है), फिशर-ट्रॉप्स संश्लेषण प्रक्रिया का उपयोग करके अतिरिक्त नवीकरणीय बिजली से संश्लेषित किया जा सकता है, जो कार्बन मोनोऑक्साइड का उपयोग करता है (सीओ) और हाइड्रोजन (एच2) विभिन्न प्रकार के तरल हाइड्रोकार्बन को संश्लेषित करने के लिए, और जेट ईंधन के संश्लेषण के लिए एक व्यवहार्य मार्ग साबित हुआ है। इसके लिए प्रति वर्ष अतिरिक्त 5PWh बिजली की आवश्यकता होती है, जिसमें निम्न शामिल हैं:

• इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन
• प्रत्यक्ष वायु कैप्चर द्वारा कब्जा कर लिया गया कार्बन डाइऑक्साइड
• कार्बन डाइऑक्साइड के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा उत्पादित कार्बन मोनोऑक्साइड

सिंथेटिक ईंधन के लिए कार्बन और हाइड्रोजन बायोमास से भी प्राप्त किया जा सकता है। सिंथेटिक ईंधन के उत्पादन के अधिक कुशल और लागत प्रभावी तरीके समय के साथ उभर सकते हैं, और उच्च ऊर्जा घनत्व वाली बैटरी सिंथेटिक ईंधन की आवश्यकता को कम करते हुए, सबसे लंबी दूरी के विमान का विद्युतीकरण करेगी।

सिंथेटिक ईंधन उत्पादन के लिए बिजली की मांग को वार्षिक ऊर्जा बाधाओं के साथ लचीली मांग के रूप में तैयार किया गया है। 1:1 आयतन अनुपात मानते हुए सिंथेटिक ईंधन को पारंपरिक ईंधन भंडारण तकनीकों का उपयोग करके संग्रहीत किया जा सकता है। महासागर शिपिंग के लिए बिजली की मांग को निरंतर प्रति घंटा मांग के रूप में तैयार किया जाता है।

जहाजों और विमानों के लिए वैश्विक रूप से स्थायी सिंथेटिक ईंधन और बिजली जीवाश्म ईंधन के 7PWh को खत्म कर सकती है और प्रति वर्ष 7PWh की अतिरिक्त वैश्विक बिजली मांग पैदा कर सकती है।

06 एक सतत ऊर्जा अर्थव्यवस्था बनाना

उत्पादन और भंडारण के संयोजन-सौर पैनल, पवन टर्बाइन, और बैटरी-एक स्थायी ऊर्जा अर्थव्यवस्था के निर्माण के लिए आवश्यक अतिरिक्त बिजली की आवश्यकता होती है। इस बिजली की मांग को वृद्धि के रूप में प्रतिरूपित किया जाता है, और औद्योगिक क्षेत्र में, इस बिजली की मांग को औद्योगिक क्षेत्र में प्रति घंटा वृद्धिशील, गैर-समायोज्य, सपाट मांग के रूप में प्रतिरूपित किया जाता है। अधिक जानकारी के लिए परिशिष्ट देखें: एक सतत ऊर्जा अर्थव्यवस्था का निर्माण – ऊर्जा घनत्व।

पूरी तरह से टिकाऊ ऊर्जा अर्थव्यवस्था मॉडल का निर्माण

ये 6 चरण अमेरिकी बिजली की मांग को स्थापित करते हैं जिसे टिकाऊ उत्पादन और भंडारण के माध्यम से पूरा किया जा सकता है। इसके लिए, एक घंटे की लागत-इष्टतम एकीकृत क्षमता विस्तार और प्रेषण मॉडल का उपयोग करके एक पीढ़ी और भंडारण मिश्रण बनाया गया है। मॉडल को संयुक्त राज्य अमेरिका के चार उप-क्षेत्रों, क्षेत्रों के बीच मॉडल संचरण सीमा के बीच विभाजित किया गया है, और मौसम की विभिन्न स्थितियों को दर्शाने के लिए चार मौसम वर्षों (2019-2022) में चलाया जाता है। उत्तर अमेरिकी इलेक्ट्रिक विश्वसनीयता परिषद (एनईआरसी) क्षेत्रीय संस्थाओं (एसईआरसी, डब्ल्यूईसीसी, ईआरसीओटी) द्वारा जारी किए गए प्रमुख ट्रांसमिशन मार्गों पर वर्तमान लाइन क्षमता रेटिंग के आधार पर अंतर्क्षेत्रीय संचरण सीमा का अनुमान लगाया गया है। चित्र 11 संयुक्त राज्य भर में पूरी तरह से विद्युतीकृत अर्थव्यवस्था के लिए ऊर्जा आवश्यकताओं को दर्शाता है।

प्रत्येक क्षेत्र में पवन और सौर संसाधनों को उनके संबंधित प्रति घंटा क्षमता कारकों (यानी, स्थापित क्षमता के प्रति मेगावाट प्रति घंटे कितनी बिजली का उत्पादन होता है), उनकी इंटरकनेक्शन लागत और अधिकतम क्षमता जिसके लिए मॉडल बनाया जा सकता है, के साथ मॉडल किया गया था। प्रत्येक क्षेत्र के लिए पवन और सौर प्रति घंटा क्षमता कारक क्षेत्रीय मौसम पैटर्न के कारण संसाधन क्षमता में अंतर को पकड़ने के लिए प्रत्येक क्षेत्र की ईआईए की ऐतिहासिक पवन/सौर पीढ़ी का उपयोग करके अनुमान लगाया गया था। हाल के प्रिंसटन यूएस नेट जीरो एमिशन स्टडी के आधार पर भविष्योन्मुखी रुझानों का प्रतिनिधित्व करने के लिए क्षमता कारकों को बढ़ाया गया है। चित्र 11 संयुक्त राज्य अमेरिका बनाम समय में हवा और सौर के लिए प्रति घंटा क्षमता कारक दिखाता है। तालिका 3 युनाइटेड स्टेट्स में क्षेत्र के अनुसार औसत क्षमता कारकों और मांग को दर्शाती है।

मॉडल ऊर्जा के स्तरित लागत को कम करने के समग्र लक्ष्य के साथ, विशिष्ट संसाधनों की लागत और प्रदर्शन विशेषताओं के आधार पर उत्पादन और भंडारण स्थापित करता है। मॉडल मानता है कि अंतर्क्षेत्रीय हस्तांतरण क्षमता में वृद्धि हुई है।

वर्ष भर विश्वसनीय बिजली प्रदान करने के लिए, यह अतिरिक्त सौर और पवन क्षमता को तैनात करने के लिए आर्थिक रूप से अनुकूल है, जिससे कटौती होती है। कब:

1. जब सौर और/या पवन ऊर्जा उत्पादन किसी क्षेत्र की बिजली की मांग से अधिक हो;
2. स्टोरेज भर गया है;
3. कटौती तब होती है जब अतिरिक्त उत्पादन को अन्य क्षेत्रों में संचारित करने के लिए कोई संचरण क्षमता उपलब्ध नहीं होती है।

अतिरिक्त नवीकरणीय उत्पादन क्षमता के निर्माण और ग्रिड भंडारण के निर्माण या पारेषण क्षमता के विस्तार के बीच आर्थिक व्यापार बंद हैं। ग्रिड भंडारण प्रौद्योगिकियों के परिपक्व होने पर यह व्यापार-बंद बदल सकता है, लेकिन मॉडलिंग मान्यताओं के आधार पर, उत्पादन और भंडारण के इष्टतम मिश्रण के परिणामस्वरूप 32% कटौती होती है।

संदर्भ के लिए, नवीकरणीय ऊर्जा की उच्च पैठ वाले बाजार पहले से ही सिकुड़ रहे हैं। स्कॉटलैंड में 2020 में पवन उत्पादन का 19% और कैलिफोर्निया (CAISO) में 2022 में सौर उत्पादन का 6% परिचालन बाधाओं के कारण कम हो गया था, जैसे थर्मल जनरेटर न्यूनतम परिचालन स्तर तक कम करने में सक्षम नहीं थे, या स्थानीयकृत भीड़ प्रसारण प्रणाली।

एक सतत ऊर्जा अर्थव्यवस्था उपभोक्ताओं को प्रचुर मात्रा में और सस्ती ऊर्जा प्रदान करेगी, जो प्रभावित करेगी कि ऊर्जा का उपयोग कब और कैसे किया जाए। नीचे दिए गए चित्र 12 में, गिरावट के नमूने में प्रति घंटा प्रेषण दिखाया गया है, जो आपूर्ति और मांग को संतुलित करने में प्रत्येक पीढ़ी और भंडारण संसाधन की भूमिका को दर्शाता है और दिन के सूर्य-पूर्ण घंटों के दौरान आर्थिक कटौती की एकाग्रता को दर्शाता है।

चित्र 14 में, हाइड्रोजन भंडारण आमतौर पर वसंत और शरद ऋतु में भरा जाता है, जब हीटिंग और कूलिंग सीज़न के अंत और अपेक्षाकृत अधिक सौर और पवन ऊर्जा उत्पादन के कारण बिजली की मांग कम होती है। इसी तरह, गर्मियों और सर्दियों में अतिरिक्त उत्पादन कम हो जाता है, हाइड्रोजन भंडारण कम हो जाता है, जिससे पूरे मौसम में हाइड्रोजन भंडारण होता है।

ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकी मूल्यांकन

स्थिर अनुप्रयोगों के लिए, हम नीचे दी गई तालिका 4 में ऊर्जा भंडारण तकनीकों पर विचार करते हैं, जो वर्तमान में बड़े पैमाने पर तैनात हैं। ली-आयन लिथियम आयरन फॉस्फेट / ग्रेफाइट लिथियम-आयन बैटरी को संदर्भित करता है। कमोडिटी कीमतों (विशेष रूप से लिथियम) की अस्थिरता को ध्यान में रखते हुए, लिथियम-आयन के लिए एक रूढ़िवादी भविष्य की स्थापित लागत सीमा सूचीबद्ध है। जबकि धातु-वायु (Fe <-> Fe2O3 रिडॉक्स) और Na-आयन जैसी अन्य उभरती प्रौद्योगिकियां हैं, इन्हें व्यावसायिक रूप से तैनात नहीं किया जा रहा है और इसलिए इन पर विचार नहीं किया जा रहा है।

विद्युत उत्पादन प्रौद्योगिकी मूल्यांकन

नीचे दी गई तालिका एक स्थायी ऊर्जा अर्थव्यवस्था में मानी जाने वाली सभी बिजली उत्पादन तकनीकों का विवरण देती है। स्थापना लागत एनआरईएल और प्रिंसटन यूएस नेट जीरो स्टडी द्वारा 2030-2040 अध्ययनों से ली गई है।

मॉडल परिणाम

यूएस-ओनली मॉडल परिणाम – नई विद्युतीकरण मांगों को पूरा करना

संयुक्त राज्य अमेरिका के लिए, प्रति घंटा बिजली की मांग को पूरा करने के लिए उत्पादन और भंडारण का इष्टतम मिश्रण, प्रतिरूपित वर्षों के लिए, नीचे दी गई तालिका में दिखाया गया है।

इसके अलावा, आवासीय और वाणिज्यिक भवनों में रूफटॉप सौर के साथ-साथ वितरित स्थिर भंडारण की वृद्धिशील तैनाती के आधार पर वितरित स्थिर बैटरी के 1.2 TWh को जोड़ा गया। इसमें 15 मिलियन एकल-परिवार के घरों पर रूफटॉप सोलर का भंडारण परिनियोजन, 43GW वाणिज्यिक रूफटॉप सोलर के साथ जोड़ा गया औद्योगिक भंडारण, और मौजूदा बैकअप जनरेटर क्षमता के कम से कम 200GW की जगह भंडारण शामिल है। क्योंकि वितरित भंडारण परिनियोजन उन कारकों द्वारा संचालित होता है जो न्यूनतम-लागत मॉडल ढांचे में पूरी तरह से परिलक्षित नहीं होते हैं, जिसमें अंतिम-उपयोगकर्ता लचीलापन और आत्मनिर्भरता शामिल है, वितरित भंडारण परिनियोजन मॉडल आउटपुट से परे एक बहिर्जात चर है।

विश्व मॉडल परिणाम – नई विद्युतीकरण मांगों को पूरा करना

विश्व के ऊर्जा प्रवाह के 6 चरणों को लागू करते हुए, ऊर्जा के लिए आवश्यक जीवाश्म ईंधन के 125पीडब्ल्यूएच को हर साल छोड़ा जा सकता है और 66पीडब्ल्यूएच के स्थायी बिजली उत्पादन के साथ प्रतिस्थापित किया जा सकता है। बैटरी, सौर पैनल और पवन टर्बाइनों के निर्माण के लिए प्रत्येक वर्ष एक अतिरिक्त 4PWh नए उद्योग की आवश्यकता होती है।

बिजली की मांग को पूरा करने के लिए वैश्विक उत्पादन और भंडारण मिश्रण की गणना अमेरिकी संसाधन मिश्रण को छह के कारक से बढ़ाकर की जाती है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, यह एक महत्वपूर्ण सरलीकरण है और भविष्य के विश्लेषणों में सुधार के लिए एक क्षेत्र हो सकता है, क्योंकि वैश्विक ऊर्जा मांग संयुक्त राज्य अमेरिका की तुलना में अलग तरह से बनाई गई है और समय के साथ बढ़ने का अनुमान है। उच्च-विश्वस्तता प्रति घंटा डेटा की उपलब्धता के कारण विश्लेषण संयुक्त राज्य अमेरिका के लिए आयोजित किया गया था।

परिवहन के लिए बैटरी

कार

OICA के अनुसार, आज दुनिया में 1.4 बिलियन कारें हैं, जिनमें लगभग 85 मिलियन यात्री कारों का वार्षिक उत्पादन होता है। बैटरी पैक आकार की मान्यताओं के आधार पर, बेड़े को 112 TWH बैटरी की आवश्यकता होगी। स्वायत्त ड्राइविंग तकनीक में वाहन उपयोग में सुधार करके वैश्विक बेड़े और वार्षिक उत्पादन को कम करने की क्षमता है।

मानक श्रेणी के वाहन कम ऊर्जा घनत्व वाले रसायनों (एलएफपी) का उपयोग कर सकते हैं, जबकि लंबी दूरी के वाहनों को उच्च ऊर्जा घनत्व वाले रसायनों (उच्च निकल) की आवश्यकता होती है। निम्न तालिका ऑटोमोटिव क्षेत्र में कैथोड वितरण को सूचीबद्ध करती है। उच्च निकल वर्तमान में उत्पादन में कम-से-शून्य-कोबाल्ट निकल-मैंगनीज कैथोड को संदर्भित करता है जिसे टेस्ला, टेस्ला के आपूर्तिकर्ताओं और अनुसंधान समूहों में विकसित किया जा रहा है।

इलेक्ट्रिक वाहनों का एक वैश्विक बेड़ा

जहाज और विमान

2.1PWh की वार्षिक मांग के आधार पर, यदि जहाजों को प्रति वर्ष लगभग 70 बार औसतन 75% क्षमता पर चार्ज किया जाता है, तो समुद्र के बेड़े को विद्युतीकृत करने के लिए 40TWh बैटरी की आवश्यकता होगी। मान लें कि 33% बेड़े को उच्च घनत्व निकल और मैंगनीज-आधारित कैथोड की आवश्यकता होती है और 67% बेड़े को केवल कम ऊर्जा घनत्व एलएफपी कैथोड की आवश्यकता होती है। उड्डयन उद्योग के लिए, यदि लगभग 15,000 संकीर्ण-शरीर वाले विमानों में से 20% को 7 MWh बैटरी पैक के साथ विद्युतीकृत किया जाता है, तो 0.02TWh बैटरी की आवश्यकता होगी।
ये रूढ़िवादी अनुमान हैं और इनमें कम बैटरी की आवश्यकता होगी।

विश्व मॉडल परिणाम – विद्युतीकरण और परिवहन बैटरी

तालिका 9 वैश्विक बिजली की मांग को पूरा करने के लिए उत्पादन और भंडारण मिश्रण और वाहन, जहाज और विमान की मान्यताओं के आधार पर परिवहन भंडारण आवश्यकताओं को सारांशित करती है। उत्पादन और संग्रहण के संयोजन को अंतिम उपयोगकर्ताओं को कैसे आवंटित किया जाता है, इसका स्पष्टीकरण परिशिष्ट में पाया जा सकता है: अंतिम उपयोगों के लिए उत्पादन और संग्रहण का आवंटन।

आवश्यक निवेश

यहां सूचीबद्ध निवेशों में निर्माण सुविधाएं, खनन और शोधन संचालन, और हाइड्रोजन भंडारण के लिए नमक गुफाओं की स्थापना शामिल है। विनिर्माण सुविधाओं का आकार प्रत्येक परिसंपत्ति की प्रतिस्थापन दर के आधार पर होता है, और अपस्ट्रीम संचालन (जैसे खनन) का आकार तदनुसार होता है। महत्वपूर्ण क्षमता वृद्धि की आवश्यकता वाली सामग्री हैं:

1. खनन के लिए: निकल, लिथियम, ग्रेफाइट और तांबा;
2. रिफाइनिंग के लिए: निकल, लिथियम, ग्रेफाइट, कोबाल्ट, कॉपर, बैटरी ग्रेड आयरन और मैंगनीज।

तालिका 9 वैश्विक बिजली की मांग को पूरा करने के लिए उत्पादन और भंडारण मिश्रण और वाहन, जहाज और विमान की मान्यताओं के आधार पर परिवहन भंडारण आवश्यकताओं को सारांशित करती है। अंतिम उपयोगकर्ताओं को उत्पादन और भंडारण का संयोजन कैसे आवंटित किया जाता है, इसका स्पष्टीकरण परिशिष्ट में पाया जा सकता है: अंतिम उपयोगों के लिए उत्पादन और भंडारण का आवंटन।

प्रारंभिक व्यय के अलावा, 20 वर्षों के लिए प्रति वर्ष 5% के रखरखाव व्यय को निवेश अनुमान में शामिल किया गया है। इन धारणाओं के आधार पर, 2022 की निवेश गति पर 20 वर्षों में $14 ट्रिलियन के अनुमानित जीवाश्म ऊर्जा खर्च की तुलना में एक स्थायी ऊर्जा अर्थव्यवस्था में विनिर्माण बुनियादी ढांचे के निर्माण पर $10 ट्रिलियन खर्च होंगे।

नीचे दी गई तालिका में खनन, शोधन, ऑटो संयंत्र, बैटरी संयंत्र और पुनर्चक्रण धारणाओं पर अधिक विवरण दिया गया है। खनन और शोधन अनुमान प्रकाशित उद्योग रिपोर्टों के आधार पर उद्योग के औसत के आंतरिक अनुमान हैं:

खनन उद्योग

रिफाइनरी

वाहन और बैटरी के कारखाने

रीसायकल और पुन: उपयोग

आवश्यक भूमि क्षेत्र

भूमि क्षेत्र की आवश्यकता संयुक्त राज्य अमेरिका में लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी (LBNL) के अनुभवजन्य मूल्यांकन के आधार पर सौर भूमि क्षेत्र की आवश्यकताओं का अनुमान लगाया गया है, जिसमें 2011-2019 एकड़/MWdc में स्थापित स्थिर सौर पैनलों के लिए 2.8 का औसत ऊर्जा घनत्व पाया गया। . 1.4 के रूपांतरण अनुपात का उपयोग करके MWdc को MWac में परिवर्तित करने से लगभग 3.9 एकड़/MWac प्राप्त होता है। इसलिए, 18.3TW सौर पैनलों के वैश्विक बेड़े के लिए लगभग 71.4 मिलियन एकड़ भूमि की आवश्यकता होगी, या वैश्विक कुल 36.8 बिलियन एकड़ का 0.19% । राष्ट्रीय नवीकरणीय ऊर्जा प्रयोगशाला (एनआरईएल) के शोध के आधार पर हवा के लिए भूमि क्षेत्र की आवश्यकताओं का अनुमान लगाया गया है, जिसमें प्रति मेगावाट 0.75 एकड़ का प्रत्यक्ष भूमि उपयोग पाया गया है। इसलिए, 12.2TW के वैश्विक पवन टरबाइन बेड़े के लिए लगभग 9.2 मिलियन एकड़ भूमि, या कुल भूमि क्षेत्र का 0.02% की आवश्यकता होगी।

सामग्री की जरूरत

कल्पना करना

सौर पैनलों, पवन टर्बाइनों और सर्किट मील के लिए आवश्यक कुल सामग्रियों की गणना तीसरे पक्ष की भौतिक शक्ति मान्यताओं के आधार पर की जाती है। बैटरी की भौतिक शक्ति आंतरिक अनुमानों पर आधारित है। सौर पैनलों और पवन टर्बाइनों के लिए सामग्री घनत्व धारणाएं यूरोपीय आयोग की रिपोर्ट से आती हैं। क्रिस्टलीय सिलिकॉन वेफर्स का उपयोग सौर कोशिकाओं के लिए किया जाता है, जबकि दुर्लभ-पृथ्वी खनिजों को पवन टर्बाइनों से बाहर रखा गया है क्योंकि प्रौद्योगिकी के विकास में प्रगति हुई है।

इंटरनेशनल एनर्जी एजेंसी के 2050 नेट ज़ीरो पाथवे अध्ययन के अनुसार, पूरी तरह से स्थायी विद्युतीकृत वैश्विक अर्थव्यवस्था प्राप्त करने के लिए दुनिया को लगभग 60 मिलियन मील विद्युत सर्किट जोड़ने या पुनर्निर्माण करने की आवश्यकता होगी। वितरण क्षमता का विस्तार मुख्य रूप से मौजूदा लाइनों की री-रूटिंग और सबस्टेशन क्षमता के विस्तार के माध्यम से चरम और औसत अंतिम उपयोगकर्ता मांग में पर्याप्त वृद्धि को समायोजित करने के लिए किया जाएगा। हाई-वोल्टेज ट्रांसमिशन मुख्य रूप से भौगोलिक कवरेज का विस्तार करेगा, बड़े पैमाने पर पवन और सौर उत्पादन क्षमता को घनी आबादी वाले क्षेत्रों से जोड़ेगा। भौतिक आवश्यकताओं का अनुमान लगाने के लिए, 60 मिलियन सर्किट मील का 90% मौजूदा लो-वोल्टेज वितरण प्रणालियों की रिवायरिंग होगी और 10% हाई-वोल्टेज ट्रांसमिशन से नया सर्किट मील होगा, जो कि हाई-वोल्टेज ट्रांसमिशन का वर्तमान अनुपात है- संयुक्त राज्य अमेरिका में वोल्टेज वितरण

उपरोक्त मान्यताओं के आधार पर, 12.815 बिलियन टन (प्रति वर्ष 444 मिलियन टन) का कुल वजन 30 टेरावाट बिजली उत्पादन और 240 टेरावाट बैटरी ऊर्जा भंडारण के साथ-साथ 60 मिलियन मील ट्रांसमिशन की जरूरत होगी।

सामग्री निष्कर्षण

इन सामग्रियों से जुड़ा सामग्री प्रवाह (अर्थात कितनी भूमि स्थानांतरित की जाती है) अयस्क ग्रेड और समग्र प्रक्रिया की उपज पर निर्भर करता है। प्रकाशित उद्योग रिपोर्टों (तालिका 19 देखें) से संकलित उद्योग औसत के आंतरिक अनुमानों का उपयोग करते हुए, आवश्यक वार्षिक द्रव्यमान प्रवाह 3.3 gigatonnes (Gt) पर अनुमानित है। यदि तांबे (1% अयस्क ग्रेड) को एल्यूमीनियम (50% अयस्क ग्रेड) से बदल दिया जाता है, तो द्रव्यमान प्रवाह दर को कम किया जा सकता है, जो कि कई उपयोग मामलों में संभव है। यह मानते हुए कि लिथियम का 50% 100% अयस्क ग्रेड ब्राइन से निकाला जाता है, अगर ऐसा नहीं होता, तो लिथियम से जुड़े द्रव्यमान प्रवाह में 0.8Gt की वृद्धि होगी।

2023 सर्कुलर गैप रिपोर्ट के अनुसार, बायोमास को छोड़कर हर साल 68Gt सामग्री पृथ्वी से निकाली जाती है, जिसमें जीवाश्म ईंधन 15.5Gt के लिए जिम्मेदार है। एक स्थायी ऊर्जा अर्थव्यवस्था में, सामग्री निष्कर्षण 10.8Gt से कम हो जाएगा – अधिकांश जीवाश्म ईंधन निष्कर्षण को 3.3Gt नवीकरणीय सामग्री निष्कर्षण द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है। गैर-ऊर्जा अंत उपयोग (यानी प्लास्टिक और अन्य रसायनों) से जुड़े जीवाश्म ईंधन निष्कर्षण को जारी रखते हुए, IEA के अनुसार जीवाश्म ईंधन की आपूर्ति का लगभग 9% हिस्सा है।

सामग्री की उपलब्धता

व्यवहार्यता का आकलन करने के लिए तालिका 18 में निकाली गई कुल सामग्री का मूल्यांकन 2023 यूएसजीएस संसाधन के विरुद्ध किया गया था। चांदी के लिए, यूएसजीएस संसाधन अनुमान प्रकाशित नहीं करता है, इसलिए भंडार का उपयोग किया जाता है। विश्लेषण से पता चलता है कि 2023 में सौर पैनलों को यूएसजीएस के चांदी के भंडार के 13 प्रतिशत की आवश्यकता होगी, लेकिन चांदी को तांबे से बदला जा सकता है, जो सस्ता और अधिक प्रचुर मात्रा में है। ग्रेफाइट की मांग को प्राकृतिक और मानव निर्मित ग्रेफाइट से पूरा किया जा सकता है – पूर्व का खनन और परिष्कृत किया जाता है, बाद वाला पेट्रोलियम कोक से प्राप्त होता है। इसलिए, पेट्रोलियम उत्पादों से सिंथेटिक ग्रेफाइट उत्पादन को ध्यान में रखते हुए ग्रेफाइट संसाधन आधार बढ़ाया गया है। यदि दुनिया के पेट्रोलियम संसाधनों का केवल एक छोटा हिस्सा कृत्रिम ग्रेफाइट उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है, तो ग्रेफाइट संसाधन सीमित कारक नहीं होंगे। चल रहे विकास कार्य का उद्देश्य कार्बन डाइऑक्साइड और बायोमास के विभिन्न रूपों सहित कृत्रिम ग्रेफाइट उत्पादन के लिए फीडस्टॉक्स के रूप में अन्य कार्बन वाले उत्पादों का मूल्यांकन करना है।

अंत में, 2023 यूएसजीएस अनुमानित संसाधन के विरुद्ध मूल्यांकन करते समय कोई मौलिक भौतिक बाधा नहीं है। इसके अतिरिक्त, संसाधनों और भंडार में ऐतिहासिक रूप से वृद्धि हुई है – अर्थात, जब खनिज की मांग होती है, तो इसे खोजने के लिए और अधिक प्रोत्साहन मिलता है, और इस प्रकार अधिक खनिजों की खोज की जाती है। नवीकरणीय ऊर्जा अर्थव्यवस्था की मांगों को पूरा करने के लिए संबंधित धातु अयस्कों का वार्षिक खनन, संकेंद्रण और शोधन बढ़ना चाहिए, जिसमें मूलभूत बाधाएं मानव पूंजी और लाइसेंसिंग/विनियमन का समय है। मंत्रालय के अनुमानों के अनुसार (तालिका 19 देखें), आवश्यक वार्षिक द्रव्यमान प्रवाह 3.3 गीगाटन (Gt) अनुमानित है। यदि तांबे (1% अयस्क ग्रेड) को एल्यूमीनियम (50% अयस्क ग्रेड) से बदल दिया जाता है, तो द्रव्यमान प्रवाह दर को कम किया जा सकता है, जो कि कई उपयोग मामलों में संभव है। यह मानते हुए कि लिथियम का 50% 100% अयस्क ग्रेड ब्राइन से निकाला जाता है, अगर ऐसा नहीं होता, तो लिथियम से जुड़े द्रव्यमान प्रवाह में 0.8Gt की वृद्धि होगी।

2023 सर्कुलर गैप रिपोर्ट के अनुसार, बायोमास को छोड़कर, 68Gt सामग्री हर साल पृथ्वी से निकाली जाती है, जिसमें जीवाश्म ईंधन 15.5Gt के लिए जिम्मेदार है। एक स्थायी ऊर्जा अर्थव्यवस्था में, भौतिक निष्कर्षण 10.8Gt तक कम हो जाएगा – अधिकांश जीवाश्म ईंधन निष्कर्षण को 3.3Gt नवीकरणीय सामग्री निष्कर्षण द्वारा प्रतिस्थापित किया जाएगा। गैर-ऊर्जा अंतिम उपयोग (यानी प्लास्टिक और अन्य रसायनों) से जुड़े जीवाश्म ईंधन निष्कर्षण को जारी रखते हुए, IEA के अनुसार जीवाश्म ईंधन की आपूर्ति का लगभग 9% हिस्सा है।

रीसायकल और पुन: उपयोग

इस योजना का समर्थन करने के लिए, एक स्थायी ऊर्जा अर्थव्यवस्था के लिए विनिर्माण को सुगम बनाने के लिए पर्याप्त प्राथमिक सामग्री मांग वृद्धि की आवश्यकता है, जो एक बार विनिर्माण सुविधाओं के मजबूत होने के बाद समाप्त हो जाएगी। 2040 में, पुनर्चक्रण प्राथमिक सामग्री की मांग को सार्थक रूप से कम करना शुरू कर देगा क्योंकि बैटरी, सौर पैनल और पवन टर्बाइन अपने उपयोगी जीवन के अंत तक पहुंच जाते हैं और मूल्यवान सामग्री बरामद हो जाती है। जबकि खनन मांग घटेगी, रिफाइनिंग क्षमता नहीं होगी।

निष्कर्ष के तौर पर

इस पेपर के कार्यों के माध्यम से एक पूरी तरह से विद्युतीकृत और टिकाऊ अर्थव्यवस्था प्राप्त की जा सकती है:

• अक्षय ऊर्जा के साथ मौजूदा ग्रिड को फिर से सशक्त बनाना
• इलेक्ट्रिक वाहनों पर स्विच करें
• आवासीय, वाणिज्यिक और औद्योगिक क्षेत्रों में ताप पंपों में रूपांतरण
• उच्च तापमान ताप और हाइड्रोजन उत्पादन का विद्युतीकरण
• विमान और जहाजों के लिए सतत ईंधन
• एक सतत ऊर्जा अर्थव्यवस्था बनाना

मॉडल दिखाते हैं कि एक विद्युतीकृत और टिकाऊ भविष्य तकनीकी रूप से व्यवहार्य है और आज की अस्थिर ऊर्जा अर्थव्यवस्था को जारी रखने की तुलना में बहुत कम धन और सामग्रियों की आवश्यकता है।

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