India, rising power demand and the ‘hydrogen factor’

India’s journey towards achieving net-zero emissions by 2070 involves massive electrification of energy use and the deployment of low-carbon technologies. A significant focus is now placed on nuclear energy expansion and green/low-carbon hydrogen production as alternatives to fossil fuels in both power generation and industrial applications.

Key Highlights:

Net-Zero and Electrification:
- Moving toward a net-zero economy requires electrification of industries currently dependent on fossil fuels — especially steel, fertilizer, and chemical industries.
- Hydrogen (particularly green/low-carbon hydrogen) is a key substitute molecule in industrial processes.
India’s Rising Power Demand:
- To meet projected electricity demand in a developed, net-zero India, solar, wind, hydro, and nuclear must all play vital roles.
- Nuclear energy has been identified as a reliable baseload power source to complement intermittent renewables.
India’s Nuclear Ambitions:
- Target of 100 GW nuclear installed capacity by 2047.
- Expansion of 700 MW Pressurized Heavy Water Reactors (PHWRs) and 220 MW Bharat Small Reactors (BSRs) for industrial and captive use.
- Public Sector Undertakings (PSUs) like Indian Railways exploring deployment of nuclear-powered infrastructure.

Hydrogen Production and Grid Stability:

Flexibility Challenge:
- Nuclear plants are not cost-effective to flex due to high capital costs and near-constant variable costs.
- Flexing solar and wind with current technology involves curtailment or expensive battery storage.
Hydrogen as a Grid Balancer:
- Surplus electricity during solar/wind peaks can be used to run electrolysers, generating hydrogen for industrial use rather than storage for electricity reconversion.
- Electrolysers are mature, cost-effective and can operate at varied loads, acting as demand shapers.
Policy Need: Low-Carbon Hydrogen:
- Current definition of green hydrogen excludes nuclear-based production.
- Proposal: Broaden definition to low-carbon hydrogen (with <2kg CO₂/kg H₂) to include nuclear-based hydrogen and enable better integration and incentives.

Policy Implications:

Synergy Between Hydrogen and Storage:
- Hydrogen production and electricity storage should not be seen in silos.
- Integrated planning of hydrogen and battery storage can improve grid economics and reliability.
Need for Taxonomy Change:
- From “green hydrogen” to “low-carbon hydrogen”, enabling inclusion of nuclear-based hydrogen, recognizing its life-cycle emissions parity with renewables.
Industrial Decarbonisation:
- Hydrogen can decarbonise hard-to-abate sectors like steel and fertilizer.
- Electrification and hydrogen use can reduce fossil fuel dependency and align with energy security goals.

Challenges and Way Forward:

Economic Viability: Scaling up nuclear and hydrogen infrastructure requires massive investment and financing models.
Policy Integration: Hydrogen and storage policy must be integrated under a unified clean energy roadmap.
Public Acceptance and Safety: Especially in nuclear, issues of safety, waste management, and public perception need addressing.
Technology and Skill Development: Indigenous manufacturing and R&D in electrolyser and reactor tech must be prioritized.

Conclusion:

The convergence of rising power demand, nuclear energy expansion, and hydrogen production offers India a strategic pathway to a low-carbon economy. The integration of electrolysers with nuclear and renewable sources, coupled with appropriate policy reforms, can make India’s energy transition not just green but also economically viable and technologically resilient. A low-carbon hydrogen taxonomy and synergy between storage and hydrogen are critical to realizing this vision.

भारत, बढ़ती बिजली की मांग और ‘हाइड्रोजन कारक’

भारत का लक्ष्य 2070 तक नेट-ज़ीरो उत्सर्जन प्राप्त करना है, जिसके लिए ऊर्जा के उपयोग का व्यापक विद्युतीकरण (electrification) और कम-कार्बन तकनीकों का उपयोग आवश्यक है। इस दिशा में परमाणु ऊर्जा के विस्तार और हरित/कम-कार्बन हाइड्रोजन के उत्पादन पर विशेष ध्यान केंद्रित किया जा रहा है ताकि ऊर्जा उत्पादन और औद्योगिक उपयोग में जीवाश्म ईंधनों के विकल्प तैयार किए जा सकें।

मुख्य बिंदु:

नेट-ज़ीरो और विद्युतीकरण:

नेट-ज़ीरो अर्थव्यवस्था की दिशा में बढ़ने के लिए उन उद्योगों को विद्युतीकृत करना होगा जो वर्तमान में जीवाश्म ईंधनों पर निर्भर हैं — जैसे इस्पात, उर्वरक और रासायनिक उद्योग।
इन औद्योगिक प्रक्रियाओं में हाइड्रोजन (विशेषकर हरित/कम-कार्बन हाइड्रोजन) एक प्रमुख प्रतिस्थापन अणु (substitute molecule) के रूप में उभर रहा है।

भारत की बढ़ती विद्युत मांग:
- एक विकसित और नेट-ज़ीरो भारत की विद्युत मांग को पूरा करने के लिए सौर, पवन, जलविद्युत और परमाणु ऊर्जा सभी की महत्त्वपूर्ण भूमिका होगी।
- परमाणु ऊर्जा को एक विश्वसनीय बेसलोड ऊर्जा स्रोत के रूप में पहचाना गया है, जो कि रुक-रुक कर मिलने वाली नवीकरणीय ऊर्जा को संतुलित कर सकती है।
भारत की परमाणु ऊर्जा महत्वाकांक्षा:
- 2047 तक 100 गीगावाट परमाणु ऊर्जा स्थापित क्षमता का लक्ष्य।
- 700 मेगावाट प्रेसराइज्ड हेवी वॉटर रिएक्टर (PHWRs) और 220 मेगावाट भारत स्मॉल रिएक्टर (BSRs) का विस्तार — विशेष रूप से औद्योगिक और कैप्टिव उपयोग के लिए।
- भारतीय रेलवे जैसे सार्वजनिक क्षेत्र के उपक्रम (PSUs) परमाणु-संचालित अवसंरचना को अपनाने की दिशा में कार्य कर रहे हैं।

हाइड्रोजन उत्पादन और ग्रिड स्थिरता:

लचीलापन चुनौती (Flexibility Challenge):

परमाणु संयंत्रों को लचीला (flexible) बनाना लागत प्रभावी नहीं है क्योंकि इनकी पूंजीगत लागत अधिक होती है और परिचालन लागत स्थिर होती है।
सौर/पवन ऊर्जा को लचीला बनाना या तो ऊर्जा की कटौती (curtailment) या महंगे बैटरी भंडारण के सहारे संभव है।

हाइड्रोजन एक ग्रिड बैलेंसर के रूप में:
- सौर/पवन ऊर्जा के चरम समय (peak) के दौरान अतिरिक्त बिजली का उपयोग इलेक्ट्रोलाइज़र चलाने में किया जा सकता है, जिससे औद्योगिक उपयोग के लिए हाइड्रोजन उत्पन्न हो सकता है।
- इलेक्ट्रोलाइज़र तकनीक परिपक्व, किफायती, और विभिन्न लोड पर कार्य करने में सक्षम है, जिससे यह ग्रिड की मांग को आकार देने का कार्य कर सकती है।
नीतिगत आवश्यकता: कम-कार्बन हाइड्रोजन:
- वर्तमान में “ग्रीन हाइड्रोजन” की परिभाषा में परमाणु ऊर्जा आधारित उत्पादन को शामिल नहीं किया गया है।
- प्रस्ताव: “ग्रीन” की बजाय “कम-कार्बन हाइड्रोजन” (<2kg CO₂/kg H₂) की परिभाषा को अपनाया जाए ताकि परमाणु-आधारित हाइड्रोजन को भी मान्यता, प्रोत्साहन और समावेश मिल सके।

नीति प्रभाव (Policy Implications):

हाइड्रोजन और भंडारण के बीच तालमेल:

हाइड्रोजन उत्पादन और विद्युत भंडारण को अलग-अलग दृष्टिकोण से न देख कर एकीकृत योजना की आवश्यकता है।
एकीकृत योजना से ग्रिड की अर्थव्यवस्था और विश्वसनीयता में सुधार किया जा सकता है।

परिभाषा परिवर्तन की आवश्यकता:
- “ग्रीन हाइड्रोजन” से “कम-कार्बन हाइड्रोजन” की ओर बदलाव ज़रूरी है जिससे परमाणु-आधारित हाइड्रोजन को शामिल किया जा सके और इसके लाइफ-साइकिल उत्सर्जन को नवीकरणीय स्रोतों के बराबर स्वीकारा जा सके।
औद्योगिक डीकार्बनाइज़ेशन:
- इस्पात और उर्वरक जैसे कठिन क्षेत्रों को डीकार्बनाइज़ करने के लिए हाइड्रोजन उपयोगी हो सकता है।
- विद्युतीकरण और हाइड्रोजन उपयोग जीवाश्म ईंधन पर निर्भरता को कम कर सकता है और ऊर्जा सुरक्षा लक्ष्यों को मजबूती प्रदान कर सकता है।

चुनौतियाँ एवं आगे की राह:

क्षेत्र चुनौती

आर्थिक व्यवहार्यता: परमाणु और हाइड्रोजन ढांचे का विस्तार भारी निवेश और वित्तीय मॉडल की मांग करता है।
नीति समन्वय: हाइड्रोजन और भंडारण की नीति को एकीकृत ऊर्जा योजना के तहत लाना होगा।
जन स्वीकृति और सुरक्षा विशेष रूप से परमाणु क्षेत्र में, सुरक्षा, अपशिष्ट प्रबंधन और सार्वजनिक धारणा से संबंधित मुद्दों का समाधान आवश्यक है।
तकनीक और कौशल विकास : इलेक्ट्रोलाइज़र और रिएक्टर तकनीक में देशज निर्माण और अनुसंधान को प्राथमिकता देनी होगी।

निष्कर्ष:

भारत की बढ़ती ऊर्जा मांग, परमाणु ऊर्जा का विस्तार और हाइड्रोजन उत्पादन का संगम, देश को कम-कार्बन अर्थव्यवस्था की दिशा में एक रणनीतिक रास्ता प्रदान करता है। यदि इलेक्ट्रोलाइज़र, परमाणु और नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों के साथ एकीकृत किए जाएं, और साथ ही नीतिगत सुधार लागू किए जाएं, तो भारत का ऊर्जा संक्रमण न केवल हरित, बल्कि आर्थिक रूप से व्यवहार्य और तकनीकी रूप से मजबूत हो सकता है।
कम-कार्बन हाइड्रोजन की नई परिभाषा और भंडारण तथा हाइड्रोजन के बीच तालमेल इस दृष्टि को साकार करने की कुंजी हो सकते हैं।