भारतात अक्षय ऊर्जा: जमिनीची मागणी

हा लेख  Comprehensive Energy Monitor: India and the World या मालिकेचा भाग आहे.

गेल्या शंभर वर्षांतील ऊर्जा संक्रमणे ही मंद प्रक्रिया होती जी बाजारपेठेवर चालणारी होती. बाजार, व्याख्येनुसार, ऊर्जा उत्पादन आणि ऊर्जा वापराच्या नकारात्मक बाह्य गोष्टींकडे दुर्लक्ष करतात ज्यात स्थानिक प्रदूषण आणि कार्बन डायऑक्साइड (“कार्बन”) उत्सर्जन समाविष्ट आहे. सध्याचे जागतिक ऊर्जा संक्रमण पूर्वीच्या संक्रमणांपेक्षा वेगळे आहे कारण ते प्रामुख्याने प्रदूषण आणि कार्बन उत्सर्जन मर्यादित करण्यात बाजारातील अपयशाचा प्रतिकार करण्यासाठी धोरणाद्वारे चालवले जाते. धोरण-चालित ऊर्जा संक्रमणाने आतापर्यंत प्राथमिक वाहक म्हणून विजेसह कार्बन उत्सर्जन मर्यादित करण्यासाठी अक्षय ऊर्जा (आरई) वर जवळजवळ केवळ लक्ष केंद्रित केले आहे. आरईच्या अत्यंत विखुरलेल्या स्वरूपासाठी सौर पॅनेल आणि पवन टर्बाइन सारख्या विस्तृत स्थापनेची आवश्यकता असते जी सूर्याची प्रकाश ऊर्जा आणि वाऱ्याची गतीज ऊर्जा कॅप्चर करतात आणि वापरण्यायोग्य प्रमाणात विजेमध्ये रूपांतरित करतात. याचा अर्थ असा की जीवाश्म इंधनापासून एक युनिट वीज निर्मितीच्या तुलनेत RE साठी एक युनिट वीज निर्माण करण्यासाठी भौतिक आणि नैसर्गिक संसाधने (प्रामुख्याने जमीन) खर्च जास्त आहे. आरई प्रकल्पांसाठी जमिनीची ही वाढलेली मागणी भारताच्या पुनर्वसन प्रतिज्ञातून त्याच्या अद्ययावत राष्ट्रीय निर्धारीत योगदानामध्ये (NDC) जमिनीच्या मागणीशी जुळवून घेतलेली नाही.

ऊर्जा संक्रमण

मागील ऊर्जा संक्रमणांमध्ये ज्वलन (ऑक्सिडेशन) वर सोडण्यात आलेल्या उर्जेमध्ये लक्षणीय सुधारणा आणि प्रत्येक टप्प्यावर हायड्रोजन सामग्री वाढल्यामुळे कार्बन उत्सर्जनात घट समाविष्ट आहे. ज्या लाकडाचे हायड्रोजन ते कार्बन गुणोत्तर (H/C) सुमारे 0.1 होते अशा लाकडापासून सुरुवात करून, बाजार कोळशाकडे वळला ज्याचे H/C गुणोत्तर 1 होते, त्यानंतर तेलाकडे वळले ज्याचे गुणोत्तर 2 होते आणि नंतर नैसर्गिक वायू ज्यात हायड्रोजन होते. 4 च्या कार्बन गुणोत्तरापर्यंत. H/C गुणोत्तरामध्ये पद्धतशीर वाढ झाल्यामुळे हायड्रोजन ऊर्जा बाजारावर “विजय” होत आहे आणि अखेरीस ऊर्जेचा एकमात्र वाहक बनेल. गेल्या दोन दशकांत सुरू झालेल्या RE कडे धोरण-चालित संक्रमणाने, काही अर्थाने, हायड्रोजनऐवजी प्राथमिक ऊर्जा वाहक म्हणून विजेसह बाजार-आधारित संक्रमणामध्ये व्यत्यय आणला आहे.

भूतकाळातील प्रत्येक ऊर्जा संक्रमणामध्ये प्रबळ इंधनाची गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा घनता (प्रति युनिट वजनातील ऊर्जा सामग्री) किंवा व्हॉल्यूमेट्रिक ऊर्जा घनता (प्रति युनिट व्हॉल्यूम ऊर्जा सामग्री) मध्ये वाढ होते. उदाहरणार्थ, कोळशासाठी 22-25 MJ/kg आणि तेल उत्पादनांसाठी 42 MJ/kg च्या तुलनेत कोरड्या लाकडाची ऊर्जा घनता सुमारे 17 दशलक्ष जूल प्रति किलोग्राम (MJ/kg) होती. कच्च्या तेलासाठी 45 GJ (giga joules)/m3 च्या तुलनेत नैसर्गिक वायूची ऊर्जा घनता 35MJ/क्यूबिक मीटर (m3) असते, जे जवळजवळ 1000 पट जास्त असते, म्हणूनच नैसर्गिक वायूच्या वाहतुकीपेक्षा तेलाची वाहतूक करणे खूपच स्वस्त आहे. हायड्रोजन हे 143 MJ/kg च्या गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा घनतेसह ऊर्जा वाहक आहे, जे सर्वोच्चांपैकी एक आहे, परंतु जेट इंधन (केरोसीन) साठी 33 MJ/l च्या तुलनेत त्याची व्हॉल्यूमेट्रिक ऊर्जा घनता 0.01 MJ/लिटर (l) 3000 पेक्षा जास्त आहे. पटींनी जास्त, हायड्रोजनचा वापर उड्डाणासाठी इंधन म्हणून करण्यात आव्हाने सादर करते.

लाकडाचे हायड्रोजन ते कार्बन गुणोत्तर (H/C) सुमारे 0.1 होते अशा लाकडापासून सुरुवात करून, बाजार कोळशाकडे वळला ज्याचे H/C गुणोत्तर 1 होते, त्यानंतर तेलाकडे वळले ज्याचे गुणोत्तर 2 होते आणि नंतर नैसर्गिक वायू ज्यात हायड्रोजन होते.

Vaclav Smil, एक प्रभावशाली पर्यावरण शास्त्रज्ञ विविध ऊर्जा स्रोतांची तुलना करण्यासाठी वॅट्स प्रति चौरस मीटर (W/m2) मध्ये प्रति युनिट पृष्ठभाग (पाणी किंवा जमीन) ऊर्जा प्रवाह म्हणून व्यक्त केलेली उर्जा घनता वापरतात. उर्जा घनतेसाठी त्याच्या तपशीलवार गणनांमध्ये खाणकाम आणि ड्रिलिंग सारख्या अपस्ट्रीम ऑपरेशन्ससाठी आवश्यक जमीन तसेच स्टोरेजसाठी आवश्यक असलेली जमीन (विशेषतः कोळसा) आणि कचरा विल्हेवाट सारख्या डाउनस्ट्रीम क्रियाकलापांचा समावेश आहे. Smil ने सौदी अरेबिया सारख्या तेल-समृद्ध देशांमध्ये तेल काढण्यासाठी कच्च्या तेलाची कमाल उर्जा घनता 65,000 W/m2 आणि कमी संपन्न प्रदेशात सुमारे 500 W/m2 अशी मोजली. नैसर्गिक वायूसाठी, पॉवर डेन्सिटी 200 W/m2 ते 2000 W/m2 आणि कोळशासाठी 100 W/m2 ते 1000 W/m2 पर्यंत असते. संसाधनांची उर्जा घनता सौर (फोटोव्होल्टेइक आणि केंद्रित सौर उर्जा दोन्ही), वाऱ्यासाठी 0.5-1.5 W/m2 आणि बायोमाससाठी 0.5-0.6 W/m2 4-10 W/m2 कमी परिमाणाचा ऑर्डर आहे. भूतकाळातील ऊर्जा संक्रमणे उच्च उर्जा घनतेसह उर्जा स्त्रोतांकडे सरकत असताना, सध्या सुरू असलेले ऊर्जा संक्रमण हे जागतिक ऊर्जा प्रणालीला उर्जा घनता असलेल्या इंधनाकडे वळवण्याचा प्रयत्न आहे ज्याची तीव्रता कमी आहे. याचा अर्थ असा आहे की RE-आधारित ऊर्जा प्रणालीसाठी नवीन पायाभूत सुविधा केवळ जास्तच मोठी नसून भारतातील जमिनीच्या वापराच्या इतर कोणत्याही प्रकारांना, विशेषत: वनीकरणासाठी आवश्यक असलेल्या जमिनीला प्राधान्य देईल.

प्रायोगिक अभ्यास

प्रायोगिक अभ्यास असे सूचित करतात की वर्षभर सौर किरणोत्सर्गासाठी अनुकूल असलेली बहुतेक क्षेत्रे भारतातील पडीक जमिनीशी जुळतात. परंतु बहुतेक प्रक्षेपण बहुतेक परिस्थितींमध्ये भारतातील वाळवंट आणि कोरड्या झुडूपांमध्ये फक्त 11-12 टक्के सौर प्रकल्प शोधतात. पडीक जमिनीलाही प्रकल्प विकासकांची पसंती नाही. पडीक जमिनीत प्रकल्प विकसित केल्याने खर्च वाढतो अंशतः दुर्गम भूभागामुळे आणि अंशतः आधारभूत पायाभूत सुविधांच्या अभावामुळे. व्युत्पन्न केलेली वीज ग्राहक केंद्रांपर्यंत नेण्यासाठी आवश्यक पारेषण पायाभूत सुविधांमुळेही खर्च वाढतो. परंतु जेव्हा पडीक जमिनीचा वापर केला जातो तेव्हा लहान जमीनधारकांवर लादला जाणारा सामाजिक-आर्थिक खर्च तसेच RE प्रकल्पांसाठी शेतजमीन वळवण्यामध्ये पर्यावरणीय खर्च कमी असतो. RE चे 175 GW (gigawatts) चे उद्दिष्ट पूर्ण करण्यासाठी भारतासाठी आवश्यक असलेली जमीन 55,000 चौरस किलोमीटर (km2) ते 125,000 km2 या पवन प्रकल्पांसाठी 2 MWp (मेगावॅट पीक)/km2 च्या उर्जेच्या घनतेवर आधारित आहे आणि 26. सौर फोटोव्होल्टेइक प्रकल्पांसाठी MWp/km2. प्रक्षेपित क्षेत्र मोठे नाही कारण ते देशाच्या एकूण पृष्ठभागाच्या फक्त 1-3 टक्के आहे, परंतु ते जवळजवळ 50 ते 100 टक्के पडीक जमीन आहे. दुसरा अभ्यास असा निष्कर्ष काढला आहे की जर भारतातील 78 टक्के वीज निर्मिती सौर पीव्हीद्वारे केली गेली असेल आणि 2050 मध्ये सुमारे 3 टक्के वीज छतावरील सौर पीव्हीमधून घेतली गेली असेल तर 2010 मध्ये आवश्यक असलेले जमीन क्षेत्र शहरी भूभागाच्या 137-182 टक्क्यांपेक्षा जास्त असेल. आणि 2050 मध्ये पीक क्षेत्राच्या जास्तीत जास्त 2 टक्के. अभ्यासात असे दिसून आले आहे की सौर पीव्ही पॅनेलच्या प्रत्येक 100 हेक्टर (हेक्टर) साठी, जगभरातील 31 ते 43 हेक्टर अप्रबंधित जंगल साफ केले जाऊ शकते. भारतातील सौर प्रकल्पांसाठी तेवढीच जमीन 27 ते 30 हेक्टर अप्रबंधित जंगल साफ करेल. जर हे प्रत्यक्षात आले, तर ते भारताच्या कमी चर्चिल्या गेलेल्या NDC प्रतिज्ञांपैकी एकाच्या विरोधात जाईल जे नवीन जंगल आणि वृक्षाच्छादनाद्वारे 2.5 ते 3 अब्ज टन (3 BT) कार्बन डायऑक्साइड समतुल्य (CO2eq) चे “अतिरिक्त कार्बन सिंक” तयार करेल.

जेव्हा पडीक जमिनीचा वापर केला जातो तेव्हा लहान जमीनधारकांवर लादला जाणारा सामाजिक-आर्थिक खर्च तसेच RE प्रकल्पांसाठी शेतजमीन वळवण्यामध्ये पर्यावरणीय खर्च कमी असतो.

जमीन अंतर अहवाल 2022 नुसार, भारताच्या पुनर्वनीकरणाच्या प्रतिज्ञा पूर्ण करण्यासाठी भारतातील 56 टक्के भूभाग नवीन जंगलांच्या निर्मितीसाठी समर्पित करणे आवश्यक आहे. यूएसए (14 टक्के) आणि चीन (2 टक्के) यांसारख्या मोठ्या देशांच्या वन संरक्षणाच्या प्रतिज्ञांसाठी आवश्यक असलेल्या जमिनीपेक्षा हे प्रमाण जास्त आहे. इतर अंदाजानुसार बिहार, झारखंड आणि पश्चिम बंगालच्या एकत्रित क्षेत्राच्या बरोबरीने 30-40 दशलक्ष हेक्टर (M ha) पुनर्वनीकरणासाठी आवश्यक असलेली जमीन आहे. वनीकरणाच्या प्रतिज्ञाचा स्पष्टपणे विचार केला गेला नाही आणि भारताच्या आरई स्थापना लक्ष्यांशी समेट केला गेला नाही. आरई इंस्टॉलेशन्स आणि फॉरेस्ट कव्हरमधील जमिनीसाठीची स्पर्धा मोठ्या औद्योगिक आणि आर्थिक हितसंबंधांनी समर्थित असलेल्या आरई इंस्टॉलेशन्सना नेहमीच अनुकूल ठरू शकते. परंतु RE क्षमता स्थापित करण्याची घाई जंगलाच्या खर्चावर येऊ शकते जे सिद्धांततः, भारताच्या सुमारे 3 BT वार्षिक कार्बन उत्सर्जनासाठी एक बुडणे ठरू शकते.