పునరుత్పాదక శక్తి – సౌర, పవన, హైడ్రోజన్ (Renewable Energy)

ఎప్పటికీ అయిపోకుండా, ప్రకృతి నుండి తిరిగి లభించే శక్తి వనరులను పునరుత్పాదక శక్తి (Renewable Energy) అంటారు – సౌర, పవన, జల, జీవ ద్రవ్యరాశి, భూతాపం, సముద్ర శక్తి. ఇవి కాలుష్యం చాలా తక్కువగా కలిగిస్తాయి, వాతావరణ మార్పును తగ్గించడానికి ఉపయోగపడతాయి.

• నోడల్ సంస్థ: నూతన, పునరుత్పాదక ఇంధన మంత్రిత్వ శాఖ (MNRE – Ministry of New and Renewable Energy).
• భారతదేశ లక్ష్యాలు: 2021లో గ్లాస్గో (COP26) సదస్సులో భారత ప్రధాని 'పంచామృత' ప్రకటించారు:
• 2030 నాటికి 500 గిగావాట్ల శిలాజేతర విద్యుత్ సామర్థ్యం
• 2030 నాటికి అవసరమైన ఇంధనంలో 50% పునరుత్పాదక వనరుల నుండి
• 2070 నాటికి నికర శూన్య (Net Zero) ఉద్గారాల లక్ష్యం
• పునరుత్పాదక శక్తి రకాలు:
  1. సౌర శక్తి (Solar)
  2. పవన శక్తి (Wind)
  3. జల శక్తి (Hydro)
  4. జీవ ద్రవ్యరాశి / బయోగ్యాస్ (Biomass)
  5. భూతాపం (Geothermal)
  6. సముద్ర శక్తి – ఆటుపోట్లు, తరంగాలు, సముద్ర ఉష్ణశక్తి
  7. గ్రీన్ హైడ్రోజన్
• అంతర్జాతీయ సంస్థ:
  1. IRENA (International Renewable Energy Agency) – 2009లో ఏర్పాటు
  2. ప్రధాన కార్యాలయం అబుదాబి.
• ప్రయోజనాలు: తక్కువ కాలుష్యం, ఇంధన భద్రత, గ్రామీణ ప్రాంతాలకు విద్యుత్, ఉద్యోగాలు.
• సవాళ్లు: ఉత్పత్తి వాతావరణంపై ఆధారపడటం, నిల్వ ఖర్చు, భూమి అవసరం, ప్రారంభ పెట్టుబడి.

సూర్యరశ్మిని నేరుగా విద్యుత్తుగా మార్చే సాంకేతికత సౌర విద్యుత్ (Solar PV – Photovoltaic). భారతదేశంలో ఏడాది పొడవునా సూర్యరశ్మి బాగా ఉండటం వల్ల సౌర శక్తికి అపార అవకాశాలు ఉన్నాయి.

• ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం:
  1. 1839లో ఎడ్మండ్ బెక్వెరెల్ (Becquerel) కనుగొన్నారు. సౌర ఘటాలు ఎక్కువగా సిలికాన్‌తో తయారవుతాయి. సౌర ఘటం DC విద్యుత్ ఇస్తుంది
  2. ఇన్వర్టర్ దాన్ని AC గా మారుస్తుంది.
• జాతీయ సౌర మిషన్ (JNNSM):
  1. 2010లో ప్రారంభం
  2. తరువాత 2015లో లక్ష్యం 2022 నాటికి 100 GW (సౌర) గా పెంచారు.
• అంతర్జాతీయ సౌర కూటమి (International Solar Alliance – ISA):
  1. 2015 నవంబర్ 30న పారిస్ COP21 సందర్భంగా భారత ప్రధాని, ఫ్రాన్స్ అధ్యక్షుడు ప్రారంభించారు
  2. ప్రధాన కార్యాలయం గురుగ్రామ్ (హర్యానా). కర్కాటక–మకర రేఖల మధ్య దేశాలు సభ్యులు.
• ఒకే సూర్యుడు – ఒకే ప్రపంచం – ఒకే గ్రిడ్ (OSOWOG): 2018లో భారత్ ప్రతిపాదించింది.
• ప్రముఖ సౌర పార్కులు:
  1. భద్లా (రాజస్థాన్, జోధ్‌పూర్ జిల్లా) – ప్రపంచంలోని అతి పెద్ద సౌర పార్కుల్లో ఒకటి
  2. పావగడ (కర్ణాటక)
  3. కర్నూలు అల్ట్రా మెగా సోలార్ పార్క్ (ఆంధ్రప్రదేశ్) – 1,000 MW
  4. కాముతి (తమిళనాడు)
  5. రేవా (మధ్యప్రదేశ్)
• ఇతర విషయాలు:
  1. కొచ్చిన్ విమానాశ్రయం – పూర్తిగా సౌరశక్తితో నడిచే మొదటి విమానాశ్రయం
  2. మోధేరా (గుజరాత్) – మొదటి సౌరశక్తి గ్రామంగా ప్రకటన (2022)
• పథకాలు:
  1. PM-KUSUM (2019) – రైతులకు సౌర పంపులు, గ్రిడ్‌కు అనుసంధానమైన సౌర కేంద్రాలు
  2. PM సూర్యఘర్: ముఫ్త్ బిజిలీ యోజన (2024) – ఇళ్ల పైకప్పులపై సౌర ప్యానెల్లు; 1 కోటి ఇళ్ల లక్ష్యం
• ఇతర వినియోగాలు: సోలార్ కుక్కర్, సోలార్ వాటర్ హీటర్, సోలార్ వీధి దీపాలు, సోలార్ పంపులు.

గాలి వేగంతో తిరిగే టర్బైన్ ఆకులు (బ్లేడ్లు) జనరేటర్‌ను తిప్పి విద్యుత్ తయారు చేయడమే పవన శక్తి (Wind Energy). గాలి ఎక్కువగా వీచే ప్రాంతాల్లో వీటిని విండ్ ఫార్మ్‌లుగా ఏర్పాటు చేస్తారు.

• పని విధానం: గాలి గతిశక్తి → టర్బైన్ ఆకుల భ్రమణం → జనరేటర్ → విద్యుత్.
• భారతదేశం: ప్రపంచంలో పవన విద్యుత్ సామర్థ్యంలో చైనా, అమెరికా, జర్మనీ తర్వాత నాలుగో స్థానంలో ఉంది.
• ముఖ్య రాష్ట్రాలు: తమిళనాడు, గుజరాత్, కర్ణాటక, మహారాష్ట్ర, రాజస్థాన్. తమిళనాడులోని ముప్పందల్ (కన్యాకుమారి సమీపం) ప్రసిద్ధ విండ్ ఫార్మ్. ఆంధ్రప్రదేశ్లో అనంతపురం, కడప ప్రాంతాల్లో పవన కేంద్రాలు ఉన్నాయి.
• నేషనల్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ విండ్ ఎనర్జీ (NIWE):
  1. చెన్నై
  2. ఈ రంగంలో పరిశోధన, పరీక్షల సంస్థ.
• సముద్ర పవన శక్తి (Offshore Wind):
  1. సముద్రంలో వీచే బలమైన గాలుల వినియోగం. భారతదేశ జాతీయ సముద్ర పవన విధానం – 2015
  2. గుజరాత్, తమిళనాడు తీర ప్రాంతాల్లో అవకాశాలు ఎక్కువ.
• ప్రయోజనాలు:
  1. ఇంధన ఖర్చు లేదు
  2. కాలుష్యం లేదు
  3. పొలాల మధ్య ఏర్పాటు చేయవచ్చు
• సమస్యలు: పక్షులకు ప్రమాదం, శబ్దం, గాలి లేనప్పుడు ఉత్పత్తి ఆగడం, ప్రారంభ ఖర్చు.
• డెన్మార్క్: పవన శక్తిలో ముందున్న దేశాల్లో ఒకటి (యూరప్).
• నినాదం: పవన–సౌర హైబ్రిడ్ కేంద్రాలు – ఒకే స్థలంలో రెండు వనరులు.

హైడ్రోజన్ విశ్వంలో అత్యంత సమృద్ధిగా ఉండే మూలకం. దీన్ని మండిస్తే కేవలం నీరు మాత్రమే వస్తుంది. అందుకే ఇది భవిష్యత్ ఇంధనంగా భావిస్తున్నారు. అన్ని ఇంధనాల్లో హైడ్రోజన్‌కు బరువు పరంగా అత్యధిక కెలోరిఫిక్ విలువ ఉంటుంది.

• హైడ్రోజన్ రంగులు (ఉత్పత్తి పద్ధతి ప్రకారం):
  1. గ్రీన్ హైడ్రోజన్: పునరుత్పాదక విద్యుత్‌తో నీటిని విద్యుద్విశ్లేషణ (Electrolysis) చేసి తయారు చేస్తారు – కాలుష్యం లేదు
  2. గ్రే హైడ్రోజన్: సహజ వాయువు నుండి (Steam Methane Reforming) – కార్బన్ డయాక్సైడ్ వెలువడుతుంది
  3. బ్లూ హైడ్రోజన్: గ్రే హైడ్రోజన్ + కార్బన్ క్యాప్చర్
  4. బ్రౌన్/బ్లాక్ హైడ్రోజన్: బొగ్గు నుండి
• జాతీయ గ్రీన్ హైడ్రోజన్ మిషన్: 2023 జనవరిలో కేంద్ర మంత్రివర్గం ఆమోదించింది.
• వ్యయం: రూ. 19,744 కోట్లు
• లక్ష్యం: 2030 నాటికి ఏటా 5 మిలియన్ మెట్రిక్ టన్నుల (5 MMT) గ్రీన్ హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి సామర్థ్యం
• ఉద్దేశం: ఇంధన దిగుమతులు తగ్గించడం, ఉక్కు, ఎరువులు, శుద్ధి కర్మాగారాల్లో శిలాజ ఇంధనాల స్థానంలో హైడ్రోజన్ వాడకం
• ఫ్యూయల్ సెల్ (Fuel Cell):
  1. హైడ్రోజన్, ఆక్సిజన్‌ల రసాయన చర్యతో నేరుగా విద్యుత్ తయారు చేసే సాధనం
  2. ఉప ఉత్పత్తి నీరు, వేడి. 1839లో సర్ విలియం గ్రోవ్ (William Grove) మొదటి ఫ్యూయల్ సెల్ నిరూపించారు. అంతరిక్ష యాత్రల్లో (అపోలో) వాడారు.
• ఉపయోగాలు: ఫ్యూయల్ సెల్ వాహనాలు (బస్సులు, ట్రక్కులు), ఉక్కు, అమోనియా తయారీ.
• సవాళ్లు: ఉత్పత్తి ఖర్చు ఎక్కువ, నిల్వ, రవాణా కష్టం, మండే స్వభావం.
• ఆంధ్రప్రదేశ్: తీర ప్రాంతాల్లో గ్రీన్ హైడ్రోజన్, గ్రీన్ అమోనియా ప్రాజెక్టులకు ప్రణాళికలు ఉన్నాయి.

సౌర, పవన శక్తి కాకుండా ఇతర పునరుత్పాదక వనరులు కూడా ఉన్నాయి. వీటిపై నుండి పరీక్షల్లో వనరు – ప్రదేశం జతలు, నిర్వచనాలు తరచుగా వస్తాయి.

• జీవ ద్రవ్యరాశి (Biomass): మొక్కలు, జంతు వ్యర్థాల నుండి వచ్చే శక్తి – కట్టెలు, వ్యవసాయ వ్యర్థాలు, పేడ.
• బయోగ్యాస్ (గోబర్ గ్యాస్):
  1. పేడ, వ్యర్థాలు ఆక్సిజన్ లేకుండా కుళ్లినప్పుడు వచ్చే వాయువు
  2. ప్రధానంగా మీథేన్ (CH₄)
  3. మిగిలిన బురదను ఎరువుగా వాడతారు.
• గోబర్‌ధన్ (GOBARdhan) పథకం – 2018లో ప్రారంభం
• SATAT – సంపీడన బయోగ్యాస్ (CBG) ఉత్పత్తికి 2018 పథకం
• జీవ ఇంధనాలు: ఇథనాల్ (చెరకు నుండి), బయోడీజిల్ (జట్రోఫా మొదలైనవి). జాతీయ జీవ ఇంధన విధానం – 2018.
• వ్యర్థాల నుండి శక్తి (Waste to Energy): చెత్త నుండి విద్యుత్ – ఢిల్లీలోని ఓఖ్లా ప్లాంట్ ప్రసిద్ధి.
• భూతాప శక్తి (Geothermal): భూమి అంతర్భాగంలోని వేడి. భారతదేశంలో ప్రధాన ప్రాంతాలు – పుగా లోయ (లడఖ్), మణికరణ్ (హిమాచల్ ప్రదేశ్). ఐస్‌లాండ్ ఈ శక్తి వాడకంలో ముందుంది.
• ఆటుపోట్ల శక్తి (Tidal):
  1. సముద్ర నీటి ఎత్తు పెరుగుదల, తగ్గుదల వల్ల
  2. భారతదేశంలో అవకాశాలు – గుజరాత్ (ఖంభాత్ గల్ఫ్, కచ్), సుందర్‌బన్స్.
• తరంగ శక్తి (Wave): సముద్ర అలల నుండి.
• సముద్ర ఉష్ణ శక్తి (OTEC):
  1. ఉపరితల, లోతు నీటి ఉష్ణోగ్రత తేడా ఉపయోగించి
  2. లక్షద్వీప్‌లో కవరట్టిలో సముద్ర ఉష్ణ శక్తి ఆధారిత నీటి శుద్ధి ప్రయోగం జరిగింది.
• చిన్న జల విద్యుత్: 25 MW వరకు ఉన్న ప్రాజెక్టులు.

సౌర, పవన శక్తి వాతావరణంపై ఆధారపడతాయి కాబట్టి ఉత్పత్తి అయిన విద్యుత్తును నిల్వ చేయడం, గ్రిడ్‌కు అనుసంధానించడం కీలకం. దీనికి సంబంధించిన సాంకేతికతలు, ప్రభుత్వ విధానాలు పరీక్షల్లో వస్తాయి.

• నిల్వ పద్ధతులు:
  1. బ్యాటరీలు – లిథియం-అయాన్ (Li-ion) ముఖ్యమైనవి
  2. పంప్డ్ స్టోరేజీ జల విద్యుత్ – రాత్రి మిగులు విద్యుత్తుతో నీటిని పైకి పంపి, అవసరమైనప్పుడు వదలడం
  3. గ్రీన్ హైడ్రోజన్
  4. ఉష్ణ నిల్వ (Thermal storage)
• గ్రీన్ ఎనర్జీ కారిడార్: పునరుత్పాదక విద్యుత్తును గ్రిడ్‌కు తీసుకెళ్లడానికి ప్రత్యేక ప్రసార లైన్ల ప్రాజెక్టు.
• సోలార్ పార్కుల పథకం:
  1. 2014లో ప్రారంభం
  2. పెద్ద సౌర పార్కులకు మౌలిక సదుపాయాలు.
• పునరుత్పాదక కొనుగోలు బాధ్యత (RPO): విద్యుత్ పంపిణీ సంస్థలు కొంత శాతం పునరుత్పాదక విద్యుత్ కొనాలనే నిబంధన.
• ఉత్పత్తి అనుసంధాన ప్రోత్సాహకాలు (PLI): సౌర ప్యానెళ్ల తయారీ ప్రోత్సాహానికి.
• రాష్ట్ర సంస్థలు:
  1. ఆంధ్రప్రదేశ్: NREDCAP (న్యూ & రెన్యూవబుల్ ఎనర్జీ డెవలప్‌మెంట్ కార్పొరేషన్ ఆఫ్ AP)
  2. తెలంగాణ: రాష్ట్ర పునరుత్పాదక ఇంధన అభివృద్ధి సంస్థ (REDCO)
• జాతీయ సంస్థలు: సోలార్ ఎనర్జీ కార్పొరేషన్ ఆఫ్ ఇండియా (SECI), IREDA (ఇండియన్ రెన్యూవబుల్ ఎనర్జీ డెవలప్‌మెంట్ ఏజెన్సీ – పునరుత్పాదక ప్రాజెక్టులకు రుణాలు).
• ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు: FAME పథకం – ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల ప్రోత్సాహానికి.
• స్మార్ట్ గ్రిడ్: సెన్సార్లు, డిజిటల్ సాంకేతికతతో విద్యుత్ సరఫరా, డిమాండ్‌ను నియంత్రించే గ్రిడ్.