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हाइड्रोजन ऊर्जा Previous Year Questions (PYQs)
Practice solved questions for हाइड्रोजन ऊर्जा with detailed step-by-step solutions, key insights, and trend analysis for UPSC CSE PRELIMS.
Solved Previous Year Questions
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निम्नलिखित भारी उद्योगों पर विचार कीजिए:
- उर्वरक संयंत्र
- तेल शोधनशालाएँ
- इस्पात संयंत्र
हरित हाइड्रोजन से उपर्युक्त में से कितने उद्योगों के डीकार्बोनाइजेशन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाने की उम्मीद है?
Detailed Explanation:
उत्तर: विकल्प 3 — सभी तीन
हरित हाइड्रोजन, जो नवीकरणीय विद्युत का उपयोग करके जल के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा उत्पादित किया जाता है, उल्लिखित सभी तीन भारी उद्योगों के डीकार्बोनाइजेशन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाने की उम्मीद है। यह ऊर्जा-गहन औद्योगिक प्रक्रियाओं में जीवाश्म ईंधन का स्वच्छ विकल्प प्रदान करता है, जिससे कार्बन उत्सर्जन में काफी कमी आती है।
1. उर्वरक संयंत्र: हरित हाइड्रोजन अमोनिया संश्लेषण में प्राकृतिक गैस का स्थान ले सकता है, जो उर्वरक उत्पादन के लिए प्राथमिक फीडस्टॉक है। यह वर्तमान में उपयोग की जाने वाली कार्बन-गहन स्टीम मीथेन रिफॉर्मिंग प्रक्रिया को समाप्त करता है।
2. तेल शोधनशालाएँ: शोधनशालाएँ हाइड्रोक्रैकिंग और डीसल्फराइजेशन प्रक्रियाओं के लिए हाइड्रोजन का उपयोग करती हैं। हरित हाइड्रोजन वर्तमान में जीवाश्म ईंधन से उत्पादित हाइड्रोजन का स्थान ले सकता है, जिससे शोधनशाला का कार्बन फुटप्रिंट कम होता है।
3. इस्पात संयंत्र: हरित हाइड्रोजन लौह अयस्क के प्रत्यक्ष न्यूनीकरण (DRI प्रक्रिया) में कोयले और कोक का स्थान ले सकता है, जो औद्योगिक CO₂ उत्सर्जन के सबसे बड़े स्रोतों में से एक को समाप्त करता है। विश्व स्तर पर कई पायलट परियोजनाएँ पहले से ही हाइड्रोजन-आधारित इस्पात निर्माण का परीक्षण कर रही हैं।
📝 संक्षिप्त नोट्स: हरित हाइड्रोजन और औद्योगिक डीकार्बोनाइजेशन
- हरित हाइड्रोजन: नवीकरणीय स्रोतों (सौर, पवन, जल) से विद्युत का उपयोग करके जल के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन। यदि विद्युत 100% नवीकरणीय है तो यह कार्बन-मुक्त है।
- उर्वरक उद्योग: हैबर-बॉश प्रक्रिया के माध्यम से अमोनिया (NH₃) उत्पादन के लिए हाइड्रोजन का उपयोग करता है। वर्तमान में, जीवाश्म ईंधन-व्युत्पन्न हाइड्रोजन का उपयोग करके अमोनिया उत्पादन से वैश्विक ऊर्जा और CO₂ उत्सर्जन का ~1-2% आता है।
- तेल शोधन: शोधनशालाएँ भारी कच्चे तेल के उन्नयन, हाइड्रोक्रैकिंग और सल्फर हटाने के लिए महत्वपूर्ण हाइड्रोजन की खपत करती हैं। हरित हाइड्रोजन जीवाश्म-ईंधन-व्युत्पन्न हाइड्रोजन का सीधे स्थान ले सकता है।
- इस्पात उद्योग: पारंपरिक ब्लास्ट फर्नेस विधि में अपचायक एजेंट के रूप में कोक (कोयले से) का उपयोग होता है। हरित हाइड्रोजन-आधारित प्रत्यक्ष रिड्यूस्ड आयरन (DRI) प्रौद्योगिकी इसे प्रतिस्थापित कर सकती है, जिससे CO₂ के बजाय जल उत्पन्न होता है।
- राष्ट्रीय हरित हाइड्रोजन मिशन (भारत): 2030 तक भारत को हरित हाइड्रोजन उत्पादन और निर्यात का वैश्विक केंद्र बनाने के लिए ₹19,744 करोड़ के परिव्यय के साथ 2023 में शुरू किया गया।
- चुनौतियाँ: उच्च उत्पादन लागत, बुनियादी ढांचे का विकास, भंडारण और परिवहन के मुद्दे, और इलेक्ट्रोलाइज़र विनिर्माण क्षमता का विस्तार।
हरित हाइड्रोजन के संदर्भ में, निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
- इसका उपयोग आंतरिक दहन के लिए सीधे ईंधन के रूप में किया जा सकता है।
- इसे प्राकृतिक गैस के साथ मिलाकर ऊष्मा या विद्युत उत्पादन के लिए ईंधन के रूप में उपयोग किया जा सकता है।
- इसका उपयोग वाहनों को चलाने के लिए हाइड्रोजन ईंधन सेल में किया जा सकता है।
उपर्युक्त में से कितने कथन सही हैं?
Detailed Explanation:
उत्तर: विकल्प 3 — सभी तीन
हरित हाइड्रोजन, जो इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों से उत्पादित होता है, एक बहुमुखी स्वच्छ ईंधन है जिसका उपयोग कई तरीकों से किया जा सकता है। इसके अनुप्रयोगों से संबंधित सभी तीन कथन सही हैं।
✅ कथन 1 – सही: हरित हाइड्रोजन का उपयोग संशोधित आंतरिक दहन इंजनों में सीधे ईंधन के रूप में किया जा सकता है, जो पारंपरिक जीवाश्म ईंधन का स्थान ले सकता है।
✅ कथन 2 – सही: हरित हाइड्रोजन को प्राकृतिक गैस (मौजूदा पाइपलाइनों में 20% तक) के साथ मिलाया जा सकता है और ऊष्मा, विद्युत उत्पादन और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जा सकता है।
✅ कथन 3 – सही: हरित हाइड्रोजन का उपयोग हाइड्रोजन ईंधन सेल में विद्युत वाहनों को चलाने के लिए बिजली उत्पन्न करने में किया जाता है, जो शून्य-उत्सर्जन परिवहन प्रदान करता है।
📝 संक्षिप्त नोट्स: हरित हाइड्रोजन
- परिभाषा: नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों (सौर, पवन, जल) का उपयोग करके जल के इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से उत्पादित हाइड्रोजन, जिसके परिणामस्वरूप शून्य कार्बन उत्सर्जन होता है।
- उत्पादन विधि: इलेक्ट्रोलाइज़र में नवीकरणीय स्रोतों से विद्युत का उपयोग करके जल (H₂O) को हाइड्रोजन (H₂) और ऑक्सीजन (O₂) में विभाजित किया जाता है।
- रंग कोडिंग: हरित (नवीकरणीय ऊर्जा), ग्रे (कार्बन कैप्चर के बिना जीवाश्म ईंधन), नीला (कार्बन कैप्चर के साथ जीवाश्म ईंधन), भूरा/काला (कोयला)।
- अनुप्रयोग: परिवहन (ईंधन सेल वाहन), औद्योगिक प्रक्रियाएं (इस्पात, अमोनिया उत्पादन), ऊर्जा भंडारण, विद्युत उत्पादन और ऊष्मा।
- भारत की पहल: राष्ट्रीय हरित हाइड्रोजन मिशन (2023) जिसका लक्ष्य 2030 तक 5 MMT वार्षिक उत्पादन है; भारत को हरित हाइड्रोजन उत्पादन और निर्यात के लिए वैश्विक केंद्र बनाने पर ध्यान।
- लाभ: उपयोग के स्थान पर शून्य उत्सर्जन, उच्च ऊर्जा घनत्व, दीर्घकालिक भंडारण क्षमता, और विभिन्न क्षेत्रों में बहुमुखी अनुप्रयोग।
- चुनौतियां: उच्च उत्पादन लागत, ऊर्जा-गहन इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया, भंडारण और परिवहन बुनियादी ढांचे की आवश्यकताएं, और नवीकरणीय ऊर्जा विस्तार की आवश्यकता।
'ईंधन सेल' के संदर्भ में जिसमें हाइड्रोजन-समृद्ध ईंधन और ऑक्सीजन का उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
- यदि शुद्ध हाइड्रोजन को ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है, तो ईंधन सेल उप-उत्पाद के रूप में गर्मी और पानी का उत्सर्जन करता है।
- ईंधन सेल का उपयोग भवनों को बिजली देने के लिए किया जा सकता है और लैपटॉप कंप्यूटर जैसे छोटे उपकरणों के लिए नहीं।
- ईंधन सेल प्रत्यावर्ती धारा (AC) के रूप में बिजली का उत्पादन करते हैं।
ऊपर दिए गए कथनों में से कौन सा/से सही है/हैं?
Detailed Explanation:
✅ कथन 1 – सही: शुद्ध हाइड्रोजन ईंधन सेल केवल पानी (H₂O) और ऊष्मा को उप-उत्पाद के रूप में उत्सर्जित करते हैं जब हाइड्रोजन ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया करती है, जो इन्हें शून्य-उत्सर्जन ऊर्जा स्रोत बनाता है।
❌ कथन 2 – गलत: ईंधन सेल दोनों बड़े पैमाने के अनुप्रयोगों (भवन, वाहन) और छोटे पोर्टेबल उपकरणों (लैपटॉप, मोबाइल फोन) को बिजली दे सकते हैं। माइक्रो ईंधन सेल और पोर्टेबल ईंधन सेल उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए पहले से विकसित हैं।
❌ कथन 3 – गलत: ईंधन सेल दिष्ट धारा (DC) के रूप में बिजली उत्पन्न करते हैं, प्रत्यावर्ती धारा (AC) के रूप में नहीं। ग्रिड संगतता के लिए DC को AC में बदलने के लिए एक इन्वर्टर की आवश्यकता होती है।
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