रेल्वेची धाव आता स्वच्छ इंधनाकडे…

मानवजातीच्या औद्योगिक प्रगतीचा इतिहास लिहायचा झाला तर रेल्वे हा त्यातील सर्वांत प्रभावी अध्याय मानला जातो. अठराव्या शतकाच्या उत्तरार्धात युरोपमध्ये औद्योगिक क्रांतीचा उदय झाला आणि वाहतुकीच्या क्षेत्रात मोठी उलथापालथ झाली. कोळशाच्या वाफेवर चालणाऱ्या इंजिनांनी सर्वप्रथम रेल्वेला वेग दिला. इंग्लंडमधील स्टॉक्टन आणि डार्लिंग्टन रेल्वे मार्गावर १८२५ साली पहिली सार्वजनिक प्रवासी रेल्वे धावली आणि वाहतुकीच्या इतिहासात एक नवे पर्व सुरू झाले. त्यानंतर १८३० मध्ये लिव्हरपूल आणि मँचेस्टर रेल्वे मार्गांनी औद्योगिक शहरांना जोडून व्यापार आणि उद्योगाला गती दिली. वाफेच्या इंजिनांनी कोळशाचा प्रचंड वापर केला, धूर आणि कार्बन उत्सर्जन मोठ्या प्रमाणावर झाले, पण त्या काळात पर्यावरणीय परिणामांपेक्षा वेग आणि उत्पादनक्षमतेला अधिक महत्त्व होते. 

भारतात रेल्वेचा इतिहास मुंबई ते ठाणे दरम्यान १८५३ साली पहिली प्रवासी रेल्वे धावली तेव्हापासून सुरू झाला. या घटनेने भारतीय उपखंडात वाहतूक, व्यापार आणि सामाजिक रचनेत मोठे परिवर्तन घडवले. सुरुवातीला सर्व रेल्वेगाड्या वाफेवर चालत होत्या. कोळसा हा मुख्य इंधन स्रोत होता. वाफेचे इंजिन हे ऊर्जेच्या दृष्टीने कमी कार्यक्षम आणि प्रदूषणकारक होते. त्यातून कार्बन डायऑक्साइड, सल्फर डायऑक्साइड आणि धूर मोठ्या प्रमाणावर बाहेर पडत असे. औद्योगिक युगातील ही गरज होती, पण हळूहळू विज्ञान आणि तंत्रज्ञान प्रगत होत गेले तसे पर्यावरणीय भान वाढू लागले.

विसाव्या शतकाच्या प्रारंभी डिझेल इंजिनांचा शोध लागला. जर्मन शास्त्रज्ञ रुडॉल्फ डिझेल यांनी डिझेल इंजिन विकसित केले आणि त्यानंतर रेल्वे क्षेत्रात डिझेल इंजिनांचा वापर सुरू झाला. डिझेल इंजिन वाफेच्या इंजिनांपेक्षा अधिक कार्यक्षम, कमी देखभालीचे आणि अधिक शक्तिशाली होते. भारतातही हळूहळू डिझेल इंजिनांनी वाफेच्या इंजिनांची जागा घेतली. तथापि, डिझेल हे खनिज इंधन असल्यामुळे त्यातूनही कार्बन उत्सर्जन होत होते. नायट्रोजन ऑक्साइड्स, धुलीकण प्रदूषण आणि हरितगृह वायूंची निर्मिती होत होतीच. त्यामुळे ऊर्जा कार्यक्षमतेत वाढ झाली असली तरी पर्यावरणीय समस्या कायम राहिल्या. 

यानंतर विद्युत रेल्वेचा टप्पा आला. वीजेवर चालणाऱ्या रेल्वेगाड्या अधिक वेगवान आणि तुलनेने कमी प्रदूषणकारक ठरल्या. भारतात रेल्वेचे विद्युतीकरण मोठ्या प्रमाणावर झाले आणि आज भारतीय रेल्वे नेटवर्कचा मोठा भाग विद्युत इंजिनांवर चालतो. विद्युत रेल्वेचे एक महत्त्वाचे वैशिष्ट्य म्हणजे स्थानिक पातळीवर धूर उत्सर्जन होत नाही. मात्र वीज निर्मिती जर कोळशावर आधारित असेल तर अप्रत्यक्षपणे कार्बन उत्सर्जन होतेच. त्यामुळे ऊर्जा साखळी पूर्णपणे स्वच्छ व्हावी यासाठी नवीकरणीय ऊर्जेचा वापर आवश्यक ठरतो. 

याच पार्श्वभूमीवर हायड्रोजन इंधनाचा विचार पुढे आला. अलीकडेच भारतात हरियाणातील जिंद–ललित खेरा मार्गावर देशातील पहिल्या हायड्रोजन इंधनावर चालणाऱ्या रेल्वेगाडीची चाचणी घेण्यात आली. चाचणीदरम्यान ही गाडी ताशी ७० किलोमीटर वेगाने धावली आणि प्राथमिक टप्प्यात यशस्वी ठरली. सुरक्षितता, तांत्रिक प्रणाली आणि दीर्घकालीन कार्यक्षमता तपासण्यासाठी पुढील चाचण्या सुरू आहेत. या यशस्वी झाल्यास ग्रामीण आणि निमशहरी भागात स्वच्छ रेल्वेसेवेचे नवे पर्व सुरू होऊ शकते. म्हणून हायड्रोजन रेल्वेची कार्यपद्धती समजून घेणे महत्त्वाचे आहे.

पारंपरिक डिझेल इंजिन ज्वलन प्रक्रियेतून यांत्रिक ऊर्जा निर्माण करते, तर हायड्रोजन रेल्वेत ‘फ्युएल सेल’ तंत्रज्ञान वापरले जाते. हायड्रोजन वायू आणि ऑक्सिजन यांच्यात रासायनिक अभिक्रिया घडवून विद्युत ऊर्जा निर्माण केली जाते. या प्रक्रियेत मुख्य उपउत्पादन म्हणून केवळ पाणी निर्माण होते. त्यामुळे धूर, कार्बन डायऑक्साइड किंवा धुलीकण प्रदूषण होत नाही. हीच या तंत्रज्ञानाची सर्वात मोठी पर्यावरणीय ताकद आहे. हायड्रोजन हा विश्वातील सर्वांत हलका आणि मुबलक घटक आहे. मात्र तो स्वतंत्र स्वरूपात क्वचितच आढळतो. त्याला पाण्यापासून किंवा नैसर्गिक वायूपासून वेगळे करावे लागते. इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रियेत पाण्यात विद्युत प्रवाह सोडून हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन वेगळे केले जातात. जर ही वीज सौर किंवा पवन ऊर्जेसारख्या नवीकरणीय स्रोतांतून मिळाली तर त्याला ‘ग्रीन हायड्रोजन’ म्हणतात. परंतु जर हायड्रोजननिर्मिती कोळशावर आधारित वीज वापरून केली तर पर्यावरणीय लाभ मर्यादित राहतात. त्यामुळे संपूर्ण साखळी स्वच्छ असणे आवश्यक आहे. 

जगातील काही देशांनी आधीच हायड्रोजन रेल्वे सुरू केल्या आहेत. जर्मनीत अल्स्टॉम या कंपनीने विकसित केलेली ‘कोराडिया आयलिंट’ ही हायड्रोजन रेल्वे यशस्वीपणे धावत आहे. या प्रकल्पाने दाखवून दिले की पारंपरिक डिझेल रेल्वेची जागा हायड्रोजन रेल्वे घेऊ शकते. भारतासाठी हा अनुभव महत्त्वाचा आहे, कारण देशातील अनेक ग्रामीण मार्ग अजूनही डिझेलवर अवलंबून आहेत. पण हायड्रोजन रेल्वेचे तांत्रिक विश्लेषण करताना काही आव्हानेही लक्षात घ्यावी लागतात. हायड्रोजन अत्यंत ज्वलनशील आहे, त्यामुळे त्याची साठवण आणि वाहतूक सुरक्षित पद्धतीने करावी लागते. उच्च दाबाच्या टाक्या, विशेष वॉल्व्ह आणि सेन्सर्सची आवश्यकता असते. तसेच फ्युएल सेल प्रणालीची किंमत सध्या जास्त आहे. पायाभूत सुविधा उभारण्यासाठी मोठी गुंतवणूक करावी लागेल. परंतु दीर्घकालीन दृष्टीने कार्बन कर, पर्यावरणीय नुकसान आणि आरोग्य खर्च कमी झाल्यास हे तंत्रज्ञान आर्थिकदृष्ट्याही फायदेशीर ठरू शकते. 

हवामान बदलाच्या पार्श्वभूमीवर ‘नेट झिरो’चे उद्दिष्ट साध्य करण्यासाठी वाहतूक क्षेत्रात आमूलाग्र बदल आवश्यक आहेत. भारतीय रेल्वेने २०३० पर्यंत नेट झिरो कार्बन उत्सर्जन ठेवण्याचे उद्दिष्ट जाहीर केले आहे. विद्युतीकरण, सौर ऊर्जा प्रकल्प, जैव-शौचालये आणि ऊर्जा कार्यक्षम डबे यांसोबत हायड्रोजन तंत्रज्ञान हे या उद्दिष्टाचा महत्त्वाचा भाग ठरू शकते. ग्रामीण भागांत जिथे पूर्ण विद्युतीकरण आर्थिकदृष्ट्या अवघड आहे, तिथे हायड्रोजन रेल्वे एक व्यवहार्य पर्याय ठरू शकते. वैज्ञानिक दृष्टिकोनातून पाहता, हायड्रोजन ऊर्जा ही ऊर्जा संक्रमणातील एक महत्त्वाची साखळी आहे. ती ऊर्जा साठवणुकीचे माध्यम म्हणूनही वापरली जाऊ शकते. सौर आणि पवन ऊर्जेतील अनियमितता भरून काढण्यासाठी अतिरिक्त वीज वापरून हायड्रोजन तयार केला जाऊ शकतो आणि गरजेनुसार पुन्हा विद्युत निर्मितीसाठी वापरता येतो. त्यामुळे रेल्वेसारख्या मोठ्या वाहतूक व्यवस्थेत त्याचा उपयोग अधिक परिणामकारक ठरू शकतो. 

भारतात हायड्रोजन इंधनावरील रेल्वेगाडीची संकल्पना ही केवळ आयात केलेल्या तंत्रज्ञानाचा परिणाम नाही, तर त्यामागे भारतीय शास्त्रज्ञ, अभियंते आणि संशोधन संस्थांचे दीर्घकालीन संशोधन कार्य आहे. भारतीय रेल्वेच्या आधुनिकीकरणात रेल्वे संशोधन डिझाइन आणि मानक संघटना (RDSO) यांची भूमिका अत्यंत महत्त्वाची आहे. लखनऊ येथे असलेली ही संस्था रेल्वेच्या इंजिन, डबे, सिग्नलिंग, सुरक्षा प्रणाली आणि नव्या तंत्रज्ञानाच्या चाचण्या व मानके निश्चित करते. हायड्रोजन फ्युएल सेल तंत्रज्ञान रेल्वेत वापरण्यासाठी आवश्यक असलेली सुरक्षितता, दाब प्रणाली, साठवण टाक्या, व्हेंटिलेशन, अग्निसुरक्षा आणि धक्का-प्रतिरोधक रचना यांचे मूल्यमापन भारतीय तज्ज्ञांनी केले आहे.

हायड्रोजन ऊर्जा क्षेत्रात संशोधन करणाऱ्या भारतीय वैज्ञानिक संस्थांमध्ये वैज्ञानिक आणि औद्योगिक संशोधन परिषद (CSIR) आणि तिच्या विविध प्रयोगशाळांचा मोठा वाटा आहे. विशेषतः राष्ट्रीय रासायनिक प्रयोगशाळा, राष्ट्रीय भौतिक प्रयोगशाळा आणि इतर प्रयोगशाळांनी हायड्रोजन निर्मिती, साठवण आणि फ्युएल सेल साहित्य यावर संशोधन केले आहे. फ्युएल सेलमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या कॅटॅलिस्ट, संरक्षक भिंतीचा पातळ थर आणि इलेक्ट्रोड साहित्याचे स्वदेशीकरण करण्यासाठी भारतीय संशोधक प्रयत्नशील आहेत. यामुळे आयातीवरील अवलंबित्व कमी होईल आणि खर्च घटेल. ऊर्जा संक्रमणाच्या राष्ट्रीय धोरणात नवीन आणि नवीकरणीय ऊर्जा मंत्रालय यांची भूमिका निर्णायक आहे.

‘राष्ट्रीय हरित हायड्रोजन अभियान’ अंतर्गत ग्रीन हायड्रोजन निर्मितीला प्रोत्साहन दिले जात आहे. जर रेल्वेसाठी वापरला जाणारा हायड्रोजन सौर किंवा पवन ऊर्जेतून तयार झाला, तर तो खऱ्या अर्थाने ‘हरित’ ठरेल. भारतीय शास्त्रज्ञांनी इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रियेतील कार्यक्षमता वाढवण्यासाठी आणि ऊर्जा खर्च कमी करण्यासाठी विविध प्रकल्प हाती घेतले आहेत. उच्च कार्यक्षम इलेक्ट्रोलायझर विकसित करणे हे या क्षेत्रातील महत्त्वाचे उद्दिष्ट आहे. 

म्हणून भारतीय रेल्वेने जिंद–ललित खेरा मार्गावर हायड्रोजन रेल्वेची चाचणी घेतली, ही केवळ प्रतीकात्मक घटना नाही. भविष्यात हायड्रोजन तंत्रज्ञान मुख्यतः अशा मार्गांवर वापरले जाईल जिथे पूर्ण विद्युतीकरण आर्थिकदृष्ट्या किंवा तांत्रिकदृष्ट्या कठीण आहे. दुर्गम, ग्रामीण किंवा कमी प्रवासी घनतेचे मार्ग डिझेलवर अवलंबून असतात. अशा ठिकाणी डिझेल इंजिनांच्या जागी हायड्रोजन फ्युएल सेल आधारित इंजिन वापरल्यास कार्बन उत्सर्जन शून्याच्या जवळ आणता येईल. म्हणून हायड्रोजन रेल्वे प्रत्यक्षात कशी कार्य करेल, हे समजून घेणे आवश्यक आहे.

इंजिनमध्ये उच्च दाबाच्या टाक्यांमध्ये हायड्रोजन साठवला जाईल. हा हायड्रोजन फ्युएल सेल स्टॅकमध्ये ऑक्सिजनशी अभिक्रिया करेल. या रासायनिक अभिक्रियेतून विद्युत ऊर्जा निर्माण होईल. ही वीज मोटर चालवेल आणि रेल्वेगाडी पुढे जाईल. आवाजाचे प्रमाणही कमी राहील, कारण ज्वलन प्रक्रिया नसल्यामुळे इंजिन आवाज न करता चालते. पर्यावरणपूरकतेचा विचार करताना ‘वेल-टू-व्हील’ विश्लेषण करणे आवश्यक असते. म्हणजे इंधनाच्या निर्मितीपासून ते अंतिम वापरापर्यंतचा संपूर्ण ऊर्जा साखळीचा अभ्यास. जर हायड्रोजन कोळशावर आधारित वीज वापरून तयार झाला, तर अप्रत्यक्ष कार्बन उत्सर्जन होईल. परंतु सौर आणि पवन ऊर्जेवर आधारित इलेक्ट्रोलिसिस वापरल्यास संपूर्ण प्रक्रिया जवळपास शून्य-कार्बन होईल. भारतात मोठ्या प्रमाणावर सौर ऊर्जा प्रकल्प उभारले जात आहेत. रेल्वे स्थानकांवर आणि डेपोमध्ये सौर पॅनल बसवून स्थानिक पातळीवर हायड्रोजन निर्मिती करण्याची संकल्पना पुढे येऊ शकते. 

हायड्रोजन रेल्वेचे आणखी एक वैशिष्ट्य म्हणजे ऊर्जा कार्यक्षमता. फ्युएल सेलची कार्यक्षमता पारंपरिक ज्वलन इंजिनांपेक्षा जास्त असते. डिझेल इंजिनात ऊर्जा रूपांतरण कार्यक्षमता सुमारे ३०–४० टक्के असते, तर फ्युएल सेल प्रणाली ५०–६० टक्क्यांपर्यंत कार्यक्षम ठरू शकते. यामुळे ऊर्जा वाया जाणे कमी होते. शिवाय, पुनरुत्पादक ब्रेकिंग प्रणाली वापरल्यास ब्रेक लावताना निर्माण होणारी ऊर्जा बॅटरीत साठवता येईल आणि पुन्हा वापरता येईल. 

भारतीय शास्त्रज्ञांसमोर काही तांत्रिक आव्हानेही आहेत. हायड्रोजनची साठवण उच्च दाबाखाली करावी लागते. भारतातील उष्ण हवामान लक्षात घेता तापमान नियंत्रण आणि सुरक्षा यंत्रणा अधिक मजबूत करावी लागेल. तसेच ग्रामीण भागात हायड्रोजन रिफ्युएलिंग स्टेशन उभारणे ही मोठी पायाभूत सुविधा उभारणीची प्रक्रिया असेल. परंतु ‘मेक इन इंडिया’ आणि स्वदेशी तंत्रज्ञान विकासामुळे हे शक्य होऊ शकते. 

पर्यावरणीय दृष्टिकोनातून पाहता, हायड्रोजन रेल्वेमुळे तीन प्रमुख फायदे होतील. प्रथम, कार्बन उत्सर्जनात लक्षणीय घट होईल. दुसरे, वायू प्रदूषण कमी होईल, ज्यामुळे स्थानिक आरोग्य सुधारेल. तिसरे, आवाजाचे प्रदूषण कमी होईल, विशेषतः ग्रामीण भागात. या तिन्ही घटकांचा एकत्रित परिणाम म्हणजे अधिक टिकाऊ आणि हरित वाहतूक व्यवस्था. दीर्घकालीन दृष्टीने हायड्रोजन रेल्वे ही केवळ पर्यावरणीय उपाययोजना नसून ऊर्जा स्वावलंबनाच्या दिशेने टाकलेले पाऊल आहे. भारत मोठ्या प्रमाणावर कच्चे तेल आयात करतो. जर वाहतूक क्षेत्रात हायड्रोजनचा वापर वाढला, आणि तो देशांतर्गत नवीकरणीय ऊर्जेवर आधारित तयार झाला, तर आयात खर्च कमी होईल आणि ऊर्जा सुरक्षा वाढेल. त्यामुळे आर्थिक आणि पर्यावरणीय लाभ एकत्र साधता येतील. 

एकंदरीत, भारतीय शास्त्रज्ञ आणि संशोधन संस्थांचे योगदान हे या तंत्रज्ञानाच्या पायाभूत रचनेत आहे. त्यांनी सुरक्षितता मानके, साहित्य संशोधन, ऊर्जा कार्यक्षमता आणि स्वदेशी तंत्रज्ञान विकासावर काम केले आहे. भविष्यात हायड्रोजन रेल्वे दुर्गम आणि न-विद्युतीकृत मार्गांवर प्रथम वापरली जाईल आणि नंतर हळूहळू व्यापक प्रमाणावर विस्तारेल. जर ग्रीन हायड्रोजन निर्मितीची साखळी सक्षम झाली, तर भारतीय रेल्वे जगातील सर्वात मोठ्या हरित रेल्वे नेटवर्कपैकी एक ठरू शकते. अशा प्रकारे कोळसा आणि डिझेलच्या धुरातून सुरू झालेला रेल्वेचा प्रवास आता स्वच्छ, शांत आणि पर्यावरणपूरक हायड्रोजन युगात प्रवेश करत आहे. एवंच रेल्वेचा इतिहास हा मानवाच्या ऊर्जा शोधाचा इतिहास आहे.

कोळशाच्या काळोख्या धुरापासून ते हायड्रोजनच्या स्वच्छ पाण्यापर्यंतचा हा प्रवास केवळ तांत्रिक नव्हे, तर नैतिक आणि पर्यावरणीय जागृतीचा प्रवास आहे. हरियाणातील जिंद–ललित खेरा मार्गावरील हायड्रोजन रेल्वेची चाचणी ही केवळ एक तांत्रिक घटना नसून भविष्यातील स्वच्छ भारताच्या दिशेने टाकलेले पाऊल आहे. जर या चाचण्या यशस्वी ठरल्या आणि व्यापक अंमलबजावणी झाली, तर भारत रेल्वे क्षेत्रात पर्यावरणपूरक तंत्रज्ञान स्वीकारणाऱ्या अग्रगण्य देशांमध्ये गणला जाईल. मानवाच्या प्रगतीचा पुढील अध्याय आता धुराविना, शांत आणि हरित ऊर्जा युगात लिहिला जात आहे. 

jetjagdish@gmail.com