पावर ग्रिड ऊर्जा को स्टोर करने वाली CO₂ बैटरी का वैश्विक विस्तार

 (spectrum.ieee.org)
2 पॉइंट द्वारा GN⁺ 2025-12-23 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें
  • इटली की Energy Dome द्वारा विकसित CO₂-आधारित दीर्घकालिक ऊर्जा भंडारण प्रणाली ग्रिड-स्तरीय नवीकरणीय ऊर्जा भंडारण को संभव बना रही है
  • सार्दिनिया द्वीप पर पहला वाणिज्यिक प्लांट बंद प्रणाली के भीतर 2,000 टन CO₂ को संपीड़ित और विस्तारित करके 200MWh बिजली पैदा करता है
  • Google, भारत की NTPC, अमेरिका की Alliant Energy आदि 2026 से विभिन्न देशों में इसे स्थापित करने की योजना बना रहे हैं, और इसका उपयोग डेटा सेंटर व घरों को बिजली देने में किया जाएगा
  • CO₂ बैटरी में भौगोलिक बाधाएँ नहीं हैं और दुर्लभ खनिजों की जरूरत नहीं पड़ती, इसकी आयु lithium-ion से लगभग 3 गुना लंबी है और लागत 30% कम है
  • यह दीर्घकालिक ऊर्जा भंडारण (LDES) के व्यावसायीकरण को तेज करते हुए, नवीकरणीय ऊर्जा की अस्थिरता को पूरक करने वाली एक प्रमुख तकनीक के रूप में उभर रही है

CO₂ बैटरी की संरचना और कार्य सिद्धांत

  • सार्दिनिया के ओटाना क्षेत्र की सुविधा बंद डोम के भीतर CO₂ को संपीड़ित, द्रवीकृत और विस्तारित करने वाली एक चक्रीय प्रणाली से बनी है
    • संपीड़न के समय CO₂ को लगभग 55bar तक दबाव में लाया जाता है, फिर ठंडा करके तरल अवस्था में संग्रहित किया जाता है
    • डिस्चार्ज के समय तरल CO₂ को गर्म कर वाष्पित किया जाता है, जिससे gas expansion turbine चलाकर बिजली पैदा की जाती है
  • पूरी चार्ज-डिस्चार्ज प्रक्रिया में लगभग 10 घंटे लगते हैं, और इसे रोज़ाना दोहराया जा सकता है
  • उपयोग किया जाने वाला CO₂ शुद्ध औद्योगिक गैस है, जिसमें अशुद्धियाँ या नमी नहीं होती, इसलिए उपकरणों में जंग रोकने में मदद मिलती है

वैश्विक विस्तार की योजना

  • भारत की NTPC Limited 2026 में कर्नाटक के Kudgi पावर प्लांट में पहला विदेशी प्लांट पूरा करने वाली है
  • अमेरिका की Alliant Energy 2026 में विस्कॉन्सिन में निर्माण शुरू कर 18,000 घरों को बिजली आपूर्ति का लक्ष्य रखती है
  • Google यूरोप, अमेरिका और एशिया-प्रशांत के प्रमुख डेटा सेंटरों के पास इसे स्थापित कर 24 घंटे स्वच्छ ऊर्जा आपूर्ति को आगे बढ़ा रहा है
    • मानकीकृत मॉड्यूलर संरचना के कारण “plug and play” इंस्टॉलेशन संभव है
    • Google इस तकनीक को बड़े पैमाने के व्यावसायीकरण चरण में ले जाने की योजना रखता है

दीर्घकालिक ऊर्जा भंडारण (LDES) की आवश्यकता और प्रतिस्पर्धी तकनीकें

  • सौर और पवन ऊर्जा से उत्पन्न अतिरिक्त बिजली को लंबे समय तक स्टोर कर 8 घंटे से अधिक बिजली आपूर्ति करने वाली प्रणालियों की आवश्यकता है
  • मौजूदा lithium-ion बैटरी में 4~8 घंटे भंडारण सीमा और आर्थिक व्यवहार्यता से जुड़ी समस्याएँ हैं
  • वैकल्पिक तकनीकों के रूप में sodium, iron-air, vanadium flow battery, compressed air·hydrogen·methanol storage, और gravity storage पर शोध चल रहा है, लेकिन इनके व्यावसायीकरण में सीमाएँ हैं
  • pumped hydro दीर्घकालिक भंडारण कर सकता है, लेकिन भौगोलिक बाधाएँ और लंबी निर्माण अवधि समस्या हैं
  • CO₂ बैटरी के पास भू-आकृति से स्वतंत्रता, सप्लाई चेन उपलब्धता और बेहतर आर्थिकता जैसे फायदे हैं
    • यह lithium-ion की तुलना में 30% सस्ती है और इसकी आयु लगभग 3 गुना अधिक है

चीन की भागीदारी और तकनीकी प्रतिस्पर्धा

  • China Huadian Corp. और Dongfang Electric Corp. शिनजियांग क्षेत्र में CO₂ भंडारण सुविधा का निर्माण कर रहे हैं
    • रिपोर्टों के अनुसार इसका आकार 100MW~1,000MW माना जा रहा है, लेकिन सटीक आँकड़े स्पष्ट नहीं हैं
  • Energy Dome के CEO Claudio Spadacini ने कहा कि चीनी कंपनियाँ “बहुत मिलती-जुलती लेकिन बड़े पैमाने की प्रणालियाँ” विकसित कर रही हैं

सुरक्षा और पर्यावरणीय विचार

  • CO₂ डोम की ऊँचाई खेल स्टेडियम के स्तर की होती है, और समान क्षमता वाली lithium-ion सुविधा की तुलना में लगभग 2 गुना अधिक भूमि चाहिए
  • यह 160km/h की तेज़ हवाओं तक सह सकता है, और तूफ़ान की चेतावनी होने पर CO₂ को संपीड़ित कर संग्रहित करने के बाद डोम को आधे दिन के भीतर समेटा जा सकता है
  • यदि इसमें क्षति होती है, तो 2,000 टन CO₂ निकल सकता है, जो न्यूयॉर्क–लंदन राउंड-ट्रिप उड़ानों के 15 बार के उत्सर्जन के बराबर है
    • आसपास मौजूद लोगों को 70m से अधिक दूरी बनाए रखनी होगी
  • CEO ने समझाया कि यह उत्सर्जन कोयला बिजली संयंत्र के उत्सर्जन की तुलना में नगण्य है

तकनीकी विशेषताएँ और दक्षता

  • इसकी मुख्य तकनीकों में turbo machinery sealing, thermal energy storage, condensation के बाद heat recovery शामिल हैं, जिनसे लागत में कमी और दक्षता में सुधार हासिल हुआ है
  • इसके सभी घटक मौजूदा औद्योगिक सप्लाई चेन से प्राप्त किए जा सकते हैं
  • डोम को आधे दिन में स्थापित किया जा सकता है, और पूरा प्लांट 2 साल के भीतर पूरा किया जा सकता है
  • समतल 5 हेक्टेयर भूमि में इसे स्थापित किया जा सकता है, इसलिए क्षेत्रीय बाधाएँ कम हैं

औद्योगिक महत्व

  • CO₂ बैटरी दीर्घकालिक भंडारण, कम लागत और भू-आकृति से स्वतंत्रता को जोड़ने वाला एक नया ग्रिड समाधान है
  • यह नवीकरणीय ऊर्जा की intermittency समस्या को हल करने और डेटा सेंटर तथा राष्ट्रीय पावर ग्रिड को स्थिर करने में योगदान देती है
  • Google और प्रमुख बिजली कंपनियों की भागीदारी से वैश्विक व्यावसायीकरण में तेजी आने की संभावना है

संबंधित पढ़ाई

1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 2025-12-23
Hacker News की राय
  • CO2 बैटरी की राउंड-ट्रिप दक्षता (60~75%) की सीधे lithium-ion के लगभग 90% से तुलना करना संदर्भ के बिना की गई बात है
    grid-scale storage में दक्षता से ज़्यादा जीवनकाल, depreciation, replacement cycle जैसी आर्थिक बातें महत्वपूर्ण होती हैं
    lithium-ion में 7~10 साल या 5,000~7,000 cycles के बाद performance गिरती है, लेकिन अगर CO2 बैटरी 20 साल से ज़्यादा टिकती है तो कम दक्षता बड़ी समस्या नहीं है
    खासकर CO2 system में power output (turbine size) और storage capacity (tank size) को अलग किया जा सकता है, इसलिए seasonal storage के लिए भी यह फायदेमंद है
    हालांकि article में discharge time के हिसाब से efficiency कैसे बदलती है, इसका data नहीं है, यह कमी लगती है
    • यह system compression के समय वातावरण को heat sink और expansion के समय heat source की तरह इस्तेमाल करता है
      अगर पास में hot water storage tank रखा जाए ताकि heat बची रहे, तो short-cycle use case (दिन में charge, रात में discharge) में efficiency बढ़ सकती है
  • IEEE Spectrum article में unit notation error दिखती है
    pumped hydro storage capacity को MW में लिखा गया है, जबकि सही में MWh होना चाहिए
    Bloominglobal article में भी 100MW, 1000MW लिखा है, लेकिन energy unit के रूप में यह सटीक नहीं है
    • क्यों गलत है, यह विस्तार से समझाया गया
      power (MW) को store नहीं किया जा सकता, सिर्फ energy (MWh) को store किया जा सकता है
      उदाहरण के लिए 1GW को 1 दिन तक store करें तो वह 24GWh होगा, लेकिन वास्तव में इतने बड़े pumped hydro storage बहुत कम हैं
      इसलिए article में “कई दिनों तक छोड़ी जा सकने वाली कुछ GWh storage” लिखना ज़्यादा सही होता
      साथ ही Bloomberg article में 1GWh storage सही तरह से लिखा गया है
    • power plant को आमतौर पर maximum output (MW) के आधार पर समझाया जाता है, इसलिए संभव है कि reporter भ्रमित हुआ हो
      फिर भी दूसरे paragraph में MWh और MW का अंतर पहले से बताया गया है
    • “Watt-hour” unit थोड़ी उलझाने वाली है
      1W=1J/s है, तो फिर battery capacity को joule में क्यों नहीं बताया जाता, यह सवाल है
      आखिर Wh, J/s × h ही है, इसलिए unit कुछ अजीब लगती है
    • पूरा IEEE article sales brochure जैसा महसूस होता है
      इसमें efficiency numbers भी नहीं हैं, और “lithium-ion सिर्फ 4~8 घंटे तक ही store कर सकता है” जैसे बिना आधार वाले वाक्य भी हैं
      CO2 को nitrogen की जगह क्यों इस्तेमाल किया जाता है, यह भी ठीक से नहीं समझाया गया
  • यह जिज्ञासा है कि क्या Google इस तकनीक को data center cooling के साथ जोड़ना चाहता है
    compressed-gas storage में heat loss बड़ा होता है, इसलिए अगर इसे high cooling demand वाले data center के साथ जोड़ा जाए तो efficiency बेहतर हो सकती है
    सिर्फ cooling power को time-shift करने का असर भी काफ़ी मूल्यवान हो सकता है
    • Energy Dome के CO2 battery diagram को देखें तो उसमें water tank को heat storage की तरह इस्तेमाल किया गया है
      पानी में volume के मुकाबले surface area कम होता है, इसलिए heat storage efficiency अच्छी होती है
    • अगर दो बैटरियों को एक-दूसरे के उल्टे cycle पर चलाया जाए, तो एक के cooling phase के दौरान दूसरी के heating phase से energy waste कम हो सकती है
    • data center के साथ install करने पर, निकलने वाली low-temperature heat भी cooling load कम करने में इस्तेमाल हो सकती है
    • अंत में compression के समय बनी heat और expansion के समय खोई heat एक-दूसरे को offset कर सकती हैं, इसलिए लंबी अवधि में neutral भी हो सकता है
  • CO2 को emission source से लेने के बजाय pure CO2 इस्तेमाल करने की वजह से environmental benefit लगभग नहीं के बराबर है
    कहा जा रहा है कि यह lithium-ion से 30% सस्ता है, लेकिन sodium battery पहले से ही 10 गुना सस्ती दिशा में जा रही है, इसलिए competitiveness थोड़ा अस्पष्ट लगता है
    लगता है कि सही timing की वजह से यह ध्यान खींच रहा है
    • Lambdaone की व्याख्या का हवाला देते हुए कहा गया कि इस तकनीक का मूल बिंदु power cost और storage cost का decoupling है
      battery में output और capacity दोनों साथ में महंगे होते हैं, लेकिन CO2 system में सिर्फ tank बढ़ाकर capacity को सस्ते में बढ़ाया जा सकता है
      इसलिए यह seasonal energy shifting जैसे long-duration storage के लिए उपयुक्त है
    • sodium-ion अगर 10~20$/kWh तक भी आ जाए, तब भी degradation, lifespan, fire risk जैसी समस्याएँ रहेंगी
    • lithium से थोड़ा सस्ता होने पर भी यह pumped hydro से कहीं ज़्यादा महंगा है
      pumped hydro की initial cost ऊँची होती है, लेकिन दशकों तक operating cost कम रहती है
      यह technology निवेशक जुटाने वाली चीज़ जैसी लगती है
    • Wright’s law की तरह economies of scale काम करने की उम्मीद की जा रही है
      components standardize किए जाएँ और local production हो तो tariff से भी बचा जा सकता है
  • article में efficiency number नहीं है, लेकिन 30% सस्ता होने की बात पर ज़ोर है
    पिछले 10 साल में lithium-ion की कीमत 80% गिर चुकी है, इसे देखते हुए यह बढ़त लंबे समय तक रहेगी, यह ज़रूरी नहीं
    फिर भी उम्मीद है कि यह बड़े पैमाने पर सफल हो
    • अगर input power surplus renewable energy है, तो efficiency उतनी महत्वपूर्ण नहीं रहती
      आखिरकार CAPEX ही मुख्य बात है
    • संभव है कि यह सिर्फ manufacturing cost पर आधारित संख्या हो
      अगर lifecycle cost को देखें, तो lithium-ion की तुलना में 30% से भी ज़्यादा अंतर हो सकता है
      खासकर recycling cost lithium-ion में काफ़ी अधिक है
    • यह lithium-ion से सस्ता है, rare resources भी नहीं इस्तेमाल करता, और 3 गुना लंबा जीवनकाल देने की उम्मीद है
    • लगभग 75% की round-trip efficiency बुरी नहीं है
      अगर इसे district heating and cooling system के साथ जोड़ा जाए तो शायद और efficient हो
    • आखिरकार कई तरह की technologies की ज़रूरत है
      एक ही solution को सब कुछ हल करने की ज़रूरत नहीं
  • compressed-gas storage technology पर बहुत पहले से काम होता आया है, लेकिन इस बार इसकी व्यवहारिकता ज़्यादा लगती है
    यह पुराने LightSail Energy startup की याद दिलाती है
    pure CO2 का उपयोग, बड़े पैमाने पर विस्तार, और बेहतर heat management इस बार के अंतर हैं
  • तकनीक इतनी सरल लगती है कि इतनी अच्छी दिखना ही उल्टा शक पैदा करता है
    कहा जाता है कि power equipment और storage vessel की लागत अलग-अलग है, लेकिन असली numbers सार्वजनिक नहीं हैं
    • CO2 एक कम pressure requirement वाली और संभालने में आसान gas है, इसलिए storage vessel design सरल रहता है
      paintball tank के उदाहरण में भी इसकी efficiency compressed air से बेहतर है
      हालांकि re-liquefaction process की energy loss सबसे बड़ा variable है
      फिर भी अगर यह closed loop हो, तो loss बहुत बड़ा नहीं होगा
    • इसकी कमी शायद कम round-trip efficiency है
      storage period लंबा होने पर cooling loss भी बढ़ सकता है
      अंत में बिजली के लिए lithium/sodium-ion और heat के लिए sand या soil storage ज़्यादा मुख्यधारा बन सकते हैं
    • बल्कि cooling cycle खुद grid load balancing में ज़्यादा उपयोगी हो सकता है
    • heat storage loss समस्या है, लेकिन short-term storage के लिए 75% efficiency काफ़ी ऊँची मानी जा सकती है
    • अगर dome टूट भी जाए, तो 2,000 ton CO2 का उत्सर्जन New York–London round trip 15 flights के बराबर है, इसलिए इसे बहुत बड़ा नहीं माना गया
      आखिर इस तकनीक का उद्देश्य renewable energy support storage ही है
  • यह चिंता भी है कि अगर dome damage हो जाए और CO2 leak हो जाए तो क्या होगा
    2,000 ton लगभग 10 लाख㎥ volume के बराबर है, और यह हवा से भारी होने के कारण ज़मीन पर फैल जाएगा
    Lake Nyos disaster की तरह suffocation risk हो सकता है
    • CO2 hypercapnic response की वजह से इंसानों में तुरंत असहजता पैदा करता है, जिससे लोग उससे दूर हटते हैं
      argon जैसी inert gases की तुलना में इसका खतरा कम है, लेकिन बड़े leak में यह फिर भी घातक हो सकता है
    • article के आख़िरी हिस्से में भी यह बात आती है
      dome फटने पर भी उत्सर्जन लगभग 15 transatlantic flights के बराबर होगा, और 70m दूरी पर सुरक्षित माना गया है
      यह Bhopal-level disaster नहीं है
    • कंपनी ने 70m safety distance को आधार बनाकर design किया है
      hurricane जैसी स्थिति में dome damage होने पर हवा CO2 को फैला देगी, और leak detector व oxygen mask से risk कम किया जा सकता है
    • Lake Nyos में 200,000 ton एक साथ निकला था, इसलिए यहाँ 2,000 ton का पैमाना बहुत छोटा है और संभवतः अधिक gradual होगा
    • natural gas storage की तुलना में इसमें explosion risk नहीं है और यह कम खतरनाक है
  • किसी ने अपने personal solar power experience साझा किए
    960W के 2 panels $400 में मिलते हैं, लेकिन storage के लिए Anker Solix 3800 (3.8kWh) की कीमत $2400 है, इसलिए storage cost कहीं ज़्यादा है
    अगर storage cost और घटे, तो developing countries में household-level power independence संभव हो सकती है
    • Anker से बहुत सस्ते विकल्प भी हैं
      उदाहरण: 10kWh setup $2,690~3,300 के आसपास, और DIY assembly में $2,000 से कम भी संभव है
    • Will Prowse की site पर latest battery recommendation list देखी जा सकती है
      5kWh server-rack battery $1,000 से कम में भी मिल सकती है
    • Philippines installation estimate का उदाहरण: 15kWh battery + 16-panel set लगभग $5,275
      अमेरिका में समस्या regulation और high-cost installation market है
    • Anker की कीमत car battery (84kWh) से भी ज़्यादा होना अजीब लगता है
    • बड़े battery system (MWh scale) की कीमत 160 euro/kWh के आसपास बताई गई, जिसमें installation शामिल है
  • इसे concrete block उठाकर store करने वाली gravity energy storage से भी compare किया गया
    • article में भी इसका ज़िक्र है: “हवा में भारी वस्तु लटकाकर बाद में गिराने वाला तरीका भी आज़माया गया, लेकिन geological constraints और कम efficiency की वजह से commercialize करना मुश्किल रहा”
    • आखिर यह छोटे pumped hydro जैसी efficiency ही दे पाता है
      बड़े reservoir के mass और water volume को देखें तो scale का अंतर बहुत बड़ा है