भूमिगत कोळसा गॅसिफिकेशन: डिकार्बोनायझेशन आणि हायड्रोजनचा पर्याय?

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

______________________________________________________________________________

ओएनजीसी (ऑइल अँड नॅचरल गॅस कॉर्पोरेशन लिमिटेड) द्वारे गुजरात इंडस्ट्रीज पॉवर कंपनी लिमिटेड (GIPCL) च्या सहकार्याने भारतातील भूमिगत कोळसा गॅसिफिकेशन (UCG) चा पहिला पथदर्शी प्रकल्प वस्तान खाण ब्लॉक, सुरत, गुजरात येथे 2010 मध्ये पार पडला. ONGC नॅशनल मायनिंग रिसर्च सेंटर-स्कोचिन्स्की इन्स्टिट्यूट ऑफ मायनिंग (NMRC-SIM), रशियाच्या सहकार्याने UCG तंत्रज्ञान स्थापन करण्यासाठी R&D पायलट प्रोजेक्ट म्हणून गुजरातमधील नानी नरोली, सुरत जिल्ह्यातील GIPCL मधील वस्तान माइन ब्लॉक साइट घेतली. ONGC सोबत भारतातील UCG शी संबंधित सेवा, ऑपरेशन्स, विकास आणि संशोधन यामध्ये सहकार्य करण्यासाठी सहकार्य करार (AOC) मार्च 2020 पर्यंत वाढवण्यात आला. ONGC आणि नेवेली लिग्नाइट कॉर्पोरेशन लिमिटेड (NLC) द्वारे संयुक्तपणे अनेक साइट्स ओळखल्या गेल्या. UCG साठी त्यांच्या योग्यतेचा अभ्यास करण्यासाठी. ही गुजरातमधील तडकेश्वर आणि राजस्थानमधील होडू-सिंधारी आणि पूर्व कुर्ला आहेत. गुजरातमधील भावनगर जिल्ह्यातील सुरखा येथे ONGC आणि GMDC (गुजरात मिनरल डेव्हलपमेंट कॉर्पोरेशन लिमिटेड) यांनी संयुक्तपणे आणखी एक साइट ओळखली आहे. UCG साठी या साइट्सच्या योग्यतेचे मूल्यांकन करण्यासाठी सर्व फील्डच्या डेटाचे विश्लेषण केले गेले आहे. सर्व साइट्स UCG अन्वेषणासाठी योग्य आढळल्या आहेत. UCG प्रकल्पांची प्रगती मंदावली आहे, पण भारतातील कोळशाच्या डिकार्बोनायझिंगसाठी तो पर्याय होऊ शकतो का?

मूलभूत तंत्रज्ञान

भूमिगत कोळसा गॅसिफिकेशन (UCG) हे कोळशाच्या सीमचे आंशिक ज्वलन आहे जे पृष्ठभागाच्या गॅसिफायरमध्ये होणाऱ्या समान रासायनिक अभिक्रियांद्वारे वापरण्यायोग्य वायू तयार करते. कोळशाच्या सीममध्ये वाफ आणि हवा (किंवा ऑक्सिजन) इंजेक्ट करून हे साध्य केले जाते जे नंतर गॅसिफिकेशन सुरू करण्यासाठी प्रज्वलित केले जाते. गॅसिफिकेशन पुढे जाण्यासाठी सामान्यतः 1000°C पेक्षा जास्त तापमान आवश्यक असते. गॅसिफिकेशनची उत्पादने आणि उप-उत्पादने कोळशाचे स्वरूप, तापमान, दाब आणि हवा किंवा ऑक्सिजन वापरतात की नाही यावर अवलंबून बदलतात. उत्पादन वायू (सिंथेटिक वायू किंवा सिंगास) मध्ये प्रामुख्याने कार्बन मोनोऑक्साइड (CO), कार्बन डायऑक्साइड (CO2), हायड्रोजन (H2), मिथेन (CH4) आणि काही प्रमाणात हायड्रोजन सल्फाइड (H2S) आणि काही उच्च आण्विक वजन पायरोलिसिस उत्पादने असतात. . वापराचा विचार न करता, पार्टिक्युलेट्स, टार आणि सल्फर संयुगे जसे की H2S आणि कार्बोनिल सल्फाइड (COS) यांसारखी अशुद्धता काढून टाकण्यासाठी व्यावसायिकदृष्ट्या उपलब्ध तंत्रज्ञानाचा वापर करून सिंगॅस स्वच्छ करणे आवश्यक आहे.

रशियाच्या सहकार्याने UCG तंत्रज्ञान स्थापन करण्यासाठी R&D पायलट प्रोजेक्ट म्हणून गुजरातमधील नानी नरोली, सुरत जिल्ह्यातील GIPCL मधील वस्तान माइन ब्लॉक साइट घेतली.

UCG ची उत्पादने
वीज

UCG मधील हॉट सिन्गॅस वाफे तयार करण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो ज्यामुळे वीज निर्माण होते किंवा स्टीम टर्बाइन चालविण्यासाठी वाफेचे ज्वलन केले जाऊ शकते. Syngas थेट इंधन सेलमध्ये देखील दिले जाऊ शकते जे कमी व्होल्टेज वीज निर्माण करण्यासाठी CO सहन करू शकते जे वाढवता येते आणि ग्रीडमध्ये दिले जाऊ शकते.

रासायनिक फीडस्टॉक

फिशर-ट्रॉपश प्रक्रियेचा वापर करून मिथेनॉल, हायड्रोजन, अमोनिया आणि इतर रासायनिक उत्पादने तयार करण्यासाठी सिन्गॅसचा वापर रासायनिक फीडस्टॉक म्हणून केला जाऊ शकतो (त्याचे H2 ते CO प्रमाण योग्यरित्या संतुलित झाल्यानंतर). केंद्रीय खाण आणि इंधन संशोधन संस्था (CIMFR), भारताने मिथेनॉल आणि लिक्विड पेट्रोलियम गॅस (LPG) हे UCG ऑपरेशन्समधून उत्पादित वायूचे संभाव्य उत्पादन म्हणून ओळखले आहे. CIMFR त्याच्या पायलट UCG प्रकल्पातून दिवसाला 5 लीटर सिंगास तयार करते आणि त्याच्या मिथेनॉल रेक्टिफायरमध्ये 1.5 टन कोळशाचे रूपांतर मिथेनॉलमध्ये करते.

हायड्रोजनचे उत्पादन

UCG साठी एक मजबूत प्रकरण हे आहे की कोळसा हा हायड्रोजनचा स्पष्ट स्त्रोत आहे जो भविष्यातील शून्य कार्बन ऊर्जा वाहक जवळ संभाव्यतः एक महत्त्वाचा आहे. हायड्रोजन जनरेटर म्हणून UCG आणि घन ऑक्साईड इंधन सेल (SOFC) थेट विद्युत उर्जा निर्माण करण्यासाठी भारतीय तज्ञांनी अभ्यास केला आहे. SOFC सह एकत्रीकरण दोन विशिष्ट फायदे देते: (1) उच्च ऑपरेटिंग तापमान असलेल्या SOFC मधील एनोड एक्झॉस्टचा वापर UCG च्या ऑपरेशनसाठी तसेच SOFC साठी सिंगास सुधारण्यासाठी आवश्यक स्टीम तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो (2) SOFC भूमिगत कोळशापासून कार्बन-न्युट्रल विद्युत उर्जा निर्मितीच्या कार्यक्षम प्रणालीसाठी हवेतील ऑक्सिजनचे निवडक शोषक म्हणून देखील काम करते. एकात्मिक प्रणालीचे थर्मोडायनामिक विश्लेषण पारंपारिक एकत्रित सायकल प्लांटच्या तुलनेत निव्वळ थर्मल कार्यक्षमतेत लक्षणीय सुधारणा दर्शवते.

फायदे
ऊर्जा स्वयंपूर्णता

भारतीय कोळशाचा फक्त एक छोटासा भाग जमिनीखाली उत्खनन केला जातो आणि उर्वरित बहुतेक स्ट्रिप-मायनिंगद्वारे उत्खनन केले जाते. 300 मीटरपेक्षा जास्त खोलीवर कोळशाचे मोठे साठे उपलब्ध आहेत जे पारंपारिक खाण तंत्रज्ञानासाठी कमी योग्य आहेत. कागदावर मोठा साठा असूनही यामुळे उपलब्ध कोळशाच्या स्त्रोतांवर मर्यादा येतात. भारतीय कोळसा ‘अनखाण्य’ मानला जात होता कारण तो मूळ वनजमिनीखाली होता, खूप खोल, कमी दर्जाचा किंवा अरुंद सीममध्ये गॅसिफिकेशन केले जाऊ शकते त्यामुळे कोळशाच्या स्त्रोताची उपलब्धता मोठ्या प्रमाणात वाढते. भारत देखील हा

लिग्नाइटचे मोठे साठे जे कमी ऊर्जा सामग्रीमुळे आर्थिकदृष्ट्या खणणे कठीण आहे. 2006 मध्ये केलेल्या अंदाजानुसार, मध्यवर्ती खोलीत सुमारे 66 टक्के कमी दर्जाचा भारतीय कोळसा सिंथेटिक नैसर्गिक वायू, मिथेनॉल, पेट्रोल, डिझेल, हायड्रोजन तयार करण्यासाठी भूमिगत गॅसिफाइड केला जाऊ शकतो आणि खत उत्पादनासाठी फीडस्टॉक म्हणून देखील वापरला जाऊ शकतो.

उत्सर्जन कमी

भारतीय कोळशातील राखेचे प्रमाण जास्त असल्याने गॅसिफायर आणि बॉयलर यांसारख्या पृष्ठभागावरील उपकरणांमध्ये घरगुती खाणकाम केलेल्या कोळशाच्या वापरामध्ये एक ऑपरेशनल आव्हान आहे. UCG मध्ये उच्च राख कोळशापासून हीटिंग व्हॅल्यू पुनर्प्राप्त करण्याची अद्वितीय क्षमता आहे. पृष्ठभागावर कोळशाची वाहतूक केली जाणार नाही ज्यामुळे रेल्वे (किंवा ट्रक) द्वारे कोळसा वाहतुकीशी संबंधित खर्च आणि स्थानिक प्रदूषणाचे पाऊल देखील कमी होईल; यामुळे कोळशाच्या साठ्याशी संबंधित प्रदूषणही कमी होईल. पारंपारिक कोळसा खाण UCG सह काढून टाकल्यामुळे, ऑपरेशनल खर्च आणि पृष्ठभागाची हानी कमी होते आणि खाण कोसळणे आणि श्वासोच्छवास यांसारख्या दुर्घटना दूर झाल्यामुळे खाण सुरक्षितता वाढते. UCG साठी कोणत्याही पृष्ठभागाच्या गॅसिफिकेशन सिस्टमची आवश्यकता नाही आणि त्यामुळे भांडवली खर्च कमी असेल. अधिक महत्त्वाचे म्हणजे UCG पृथक्करणासह आणि CO2 भूमिगत पुनर्संचयित केल्याने वाढत्या ग्रीन-हाऊस गॅस (GHG) उत्सर्जनामुळे वाढती विजेची मागणी दुप्पट होऊ शकते. शून्य कार्बन ऊर्जा वाहक म्हणून हायड्रोजनमध्ये वाढणारी स्वारस्य देखील UCG पर्यायाच्या पुनरावृत्तीचे समर्थन करते.

कार्बन व्यवस्थापन

इंटर गव्हर्नमेंटल पॅनेल ऑन क्लायमेट चेंज (IPCC) च्या अहवालात नमूद केल्यानुसार कार्बन कॅप्चर, युटिलायझेशन आणि स्टोरेज (CCUS) हा ग्रीनहाऊस गॅसेस (GHGs) प्रामुख्याने CO2 कमी करण्यासाठी एक प्रमुख तंत्रज्ञान घटक म्हणून उदयास आला आहे. जिओलॉजिकल कार्बन स्टोरेज (GCS) हे CCUS सारखेच आहे. रिअॅक्टर झोनमध्ये UCG प्रक्रियेद्वारे बनवलेल्या शून्य जागेत CO2 च्या संचयनाचे अनेक फायदे आहेत: (1) UCG विहिरींमध्ये बऱ्यापैकी मोठी पोकळी (5-8 मीटर (मी) व्यासाच्या क्रमाने) तयार करते. 300 मीटर अंतराच्या विहिरीसह एक जळल्याने 6000-15000 घनमीटरची पोकळी निर्माण होईल ज्यामध्ये सुमारे 8000 टन CO2 साठवता येईल (2) उत्पादन आणि इंजेक्शन विहिरी CO2 वितरण आणि योग्य प्लगिंग आणि सोडण्यासाठी उपलब्ध आहेत. यामुळे CCUS ची किंमत लक्षणीयरीत्या कमी होईल कारण CCUS खर्चाच्या 40-60 टक्के विहिरींचा वाटा आहे (3) CO2 ला कोळशाचा शारीरिक प्रतिसाद जप्ती वाढवू शकतो. जेव्हा ऑक्सिजनचा वापर गॅसिफिकेशनसाठी केला जातो तेव्हा वॉटर-गॅस शिफ्ट अणुभट्ट्या (CO2 आणि H2 तयार करण्यासाठी CO ची वाफेवर प्रतिक्रिया करून) जवळजवळ सर्व CO चे CO2 मध्ये रूपांतर करण्यासाठी ज्यामधून CO2 अनेक उपलब्ध तंत्रज्ञानाद्वारे सहज काढता येतात. CO2 खोल क्षारयुक्त जलचरांमध्ये, कमी झालेल्या वायू क्षेत्रांमध्ये, सक्रिय तेल क्षेत्रांमध्ये आणि संपुष्टात आलेले आणि अपुष्ट कोळशाच्या सीममध्ये साठवले जाऊ शकते जे सर्व UCG साठी निवडलेल्या कोळशाच्या सीमजवळ वारंवार आढळतात ज्यामुळे UCG-CCUS पॅकेज कार्बन व्यवस्थापनासाठी एक आकर्षक पर्याय बनते. CO2 च्या उपस्थितीत कोळसा फुगतो आणि प्लास्टिसायझर्स, फ्रॅक्चर आणि सच्छिद्रता त्वरीत बंद होऊ शकते ज्यामुळे संभाव्य CO2 गळती स्थिर आणि कमी होईल.

कोळशाच्या साठ्याशी संबंधित प्रदूषणही कमी होईल. पारंपारिक कोळसा खाण UCG सह काढून टाकल्यामुळे, ऑपरेशनल खर्च आणि पृष्ठभागाची हानी कमी होते आणि खाण कोसळणे आणि श्वासोच्छवास यांसारख्या दुर्घटना दूर झाल्यामुळे खाण सुरक्षितता वाढते.

जोखीम
प्रेरित घट

UCG द्वारे निर्माण झालेली शून्यता उर्वरित कोळसा आणि आसपासच्या खडकांमध्ये लक्षणीय विकृती निर्माण करू शकते. गरम करणे, शमन करणे, पाण्याचा प्रवाह आणि संभाव्य छप्पर आणि भिंत कोसळणे यामुळे पोकळीच्या अखंडतेशी गंभीरपणे तडजोड होऊ शकते. हे सांगणे कठीण आहे. सर्वसाधारणपणे, पोकळीच्या बाजू आतील बाजूस, मजला वरच्या दिशेने आणि छप्पर खाली (अधोगती) सरकते. कमी होण्याचे प्रमाण आणि स्वरूप हे शिवण खोली (जाडी आणि ओव्हरबोडन), प्रभावी खडक कडकपणा आणि उत्पन्न शक्ती यासह अनेक घटकांचे कार्य आहे. अंदाज चुकीचे असू शकतात कारण अनेक खडक नॉनलाइनर स्ट्रेस-स्ट्रेन वर्तन प्रदर्शित करतात.

भूजल दूषित

उच्च तापमान आणि पोकळीतील दाब यामुळे धोका निर्माण करणाऱ्या पृष्ठभागाच्या गॅसिफायर्सप्रमाणे UCG ऑपरेशन्स नियंत्रित करता येत नाहीत. UCG मधील काही कोळशांमध्ये भूगर्भीय किंवा हायड्रोलॉजिकल वैशिष्ट्ये असू शकतात ज्यामुळे पर्यावरणीय धोके अस्वीकार्य पातळीपर्यंत वाढतात. पूर्ण-प्रमाणातील UCG चा मोठा रिअॅक्शन झोन दहन क्षेत्रापासून दूर जाण्याऐवजी एक विस्तृत भूजल उदासीनता क्षेत्र तयार करू शकतो. कारण UCG ही उच्च-तापमान, उच्च-दाब प्रक्रिया आहे, जळलेल्या पोकळीतून विषारी सेंद्रिय संयुगांचे उत्पादन आणि वाहतूक हा कोळशाचा कोणत्याही प्रकारचा गॅसिफिकेशन असला तरीही त्याचा परिणाम होईल. सखोल UCG ठिकाणी बर्न झोन राखण्यासाठी जास्त दाब आणि तापमान वापरावे लागते ज्यामुळे प्रादेशिक भूजलाच्या बाह्य प्रवाहाचा धोका वाढतो. CCUS साठी UCG साइटचा वापर केल्याने अनेक दूषित पदार्थांची गतिशीलता वाढू शकते कारण सेंद्रिय पदार्थ विशेषत: CO2 मध्ये अत्यंत विरघळतात आणि धातू अम्लीय जलीय परिस्थितीत एकत्रित होतात. भूगर्भातील पाण्याच्या प्रवाहाची दिशा पोकळीपासून दूर ठेवण्याऐवजी विरघळणाऱ्या दूषित घटकांची गतिशीलता मोठ्या प्रमाणात कमी केली जाऊ शकते.

अर्थशास्त्र

UCG-आधारित पॉवर प्लांट्सचे अर्थशास्त्र सहज उपलब्ध नाही कारण पाश्चात्य जगात कोणतेही UCG पॉवर प्लांट कार्यरत नाहीत आणि चीन आणि रु मध्ये कार्यरत असलेल्या प्लांट्ससाठी खर्चाचा अंदाज मिळणे कठीण आहे. सर्वसाधारणपणे, UCG-आधारित पॉवर प्लांट हे एकात्मिक गॅसिफिकेशन कंबाइंड सायकल (IGCC) पॉवर प्लांट वजा पृष्ठभाग गॅसिफायरसारखेच असते. UCG प्लांटला खूप लहान गॅस क्लीन-अप उपकरणे देखील आवश्यक आहेत कारण UCG आधारित सिन्गासमध्ये टार आणि राख दोन्ही सामग्री पृष्ठभागाच्या गॅसिफायरमधून मिळवलेल्या पेक्षा खूपच कमी आहे. हे घटक UCG आधारित ऊर्जा प्रकल्पांना IGCC प्लांट्स आणि सुपरक्रिटिकल पल्व्हराइज्ड कोळसा (SCPC) प्लांट्सच्या तुलनेत महत्त्वपूर्ण आर्थिक फायदा देतात. अंदाजानुसार UCG पॉवर प्लांटची किंमत SCPC आणि IGCC प्लांटच्या अंदाजे अर्ध्या आहे आणि IGCC किंवा SCPC प्लांटच्या अंदाजे एक चतुर्थांश UCG प्लांट वापरून निर्माण केलेल्या विजेची किंमत आहे.

उत्पादित वायूचे प्रमाण आणि गुणवत्तेतील बदलांचा प्रकल्पाच्या अर्थशास्त्रावर लक्षणीय परिणाम होईल. दुसरीकडे, UCG प्रकल्पांचा भांडवली खर्च समतुल्य पृष्ठभागाच्या गॅसिफायरपेक्षा बराच कमी असू शकतो कारण गॅसिफायर खरेदी करणे आवश्यक नाही.

UCG च्या अर्थशास्त्रात मोठी अनिश्चितता आहे जी कायम राहण्याची शक्यता आहे. UCG ही स्वाभाविकपणे ‘अस्थिर’ स्थितीची प्रक्रिया आहे आणि उत्पादन वायूचे प्रवाह दर आणि गरम मूल्य दोन्ही वेळोवेळी बदलू शकतात. कोणत्याही ऑपरेटिंग प्लांटने हा घटक विचारात घेणे आवश्यक आहे. पाण्याच्या प्रवाहाचा दर, गॅसिफिकेशन झोनमध्ये अभिक्रियाकांचे वितरण आणि पोकळीच्या वाढीचा दर यासारख्या अनेक महत्त्वाच्या प्रक्रिया चलांचा अंदाज केवळ तापमान आणि उत्पादनाच्या वायूची गुणवत्ता आणि प्रमाण या मोजमापांवरून काढला जाऊ शकतो. उत्पादित वायूचे प्रमाण आणि गुणवत्तेतील बदलांचा प्रकल्पाच्या अर्थशास्त्रावर लक्षणीय परिणाम होईल. दुसरीकडे, UCG प्रकल्पांचा भांडवली खर्च समतुल्य पृष्ठभागाच्या गॅसिफायरपेक्षा बराच कमी असू शकतो कारण गॅसिफायर खरेदी करणे आवश्यक नाही. कोळसा खाण, कोळसा वाहतूक आणि राख व्यवस्थापनाच्या कारणास्तव ऑपरेटिंग खर्च देखील UCG मध्ये लक्षणीयरीत्या कमी केला आहे. अगदी पर्यावरणीय देखरेख आणि सुरक्षितता सुविधा असलेल्या प्रकल्पांसाठीही UCG प्लांटने त्यांचे आर्थिक फायदे कायम ठेवले आहेत.

एकंदरीत, UCG मध्ये सामरिक फायदे आहेत जसे की घरगुती संसाधनांचा वापर ज्यामुळे ऊर्जा सुरक्षिततेमध्ये योगदान मिळेल, पर्यायी स्वच्छ तंत्रज्ञानापेक्षा किमतीची स्पर्धात्मकता आणि भारतातील दुर्मिळ जमीन संसाधनांवर कमी मागणी. तथापि, त्यात प्रचंड पर्यावरणीय आणि भूवैज्ञानिक धोके देखील आहेत. भारतासाठी योग्य निवड करण्यासाठी, तपशीलवार पायलट प्रकल्पांद्वारे UCG च्या खर्चाचे आणि फायद्यांचे काळजीपूर्वक विश्लेषण करणे आवश्यक आहे.