जैव ऊर्जा हाल तक जीवित रहे जैविक पदार्थ से निकाली गई ऊर्जा है: लकड़ी, खेती के अवशेष, ऊर्जा फ़सलें, गोबर, सीवेज कीचड़, खाने का कचरा और नगरपालिका कचरे का जैविक हिस्सा। यह इंसान का सबसे पुराना ईंधन है और अब भी गर्मी का सबसे बड़ा नवीकरणीय स्रोत, फिर भी बिजली में इसकी जगह छोटी है। 2025 में जैव ऊर्जा से लगभग 710 TWh बिजली बनी, यानी दुनिया की बिजली का लगभग 2.2%, जबकि सोलर और पवन का हिस्सा 8–9% है। इन दोनों से इसे अलग बनाता है यह कि इसे ज़रूरत के हिसाब से चलाया जा सकता है, ईंधन के रूप में जमा किया जा सकता है और तरल व गैसीय ईंधन में बदला जा सकता है। इसी से इसका आकर्षण भी समझ आता है और यह भी कि इस पर बहस इतनी गरम क्यों रहती है।
यह कैसे काम करती है
जैव ऊर्जा का हर रास्ता वह रासायनिक ऊर्जा छोड़ता है जो पौधों ने प्रकाश संश्लेषण से धूप से पकड़ी थी। रूपांतरण के तीन मुख्य परिवार हैं:
- थर्मोकेमिकल। ठोस बायोमास को बॉयलर में जलाकर भाप बनाई जाती है, जो टरबाइन चलाती है, बिल्कुल कोयला प्लांट की तरह। गैसीकरण (700–1,000 °C पर आंशिक ऑक्सीकरण) CO और H2 की सिनगैस बनाता है। पायरोलिसिस बिना ऑक्सीजन के होता है और बायो-ऑयल, गैस व चारकोल देता है।
- बायोकेमिकल। एनारोबिक डाइजेशन में सूक्ष्मजीव बिना ऑक्सीजन के गीले जैविक पदार्थ को तोड़कर बायोगैस बनाते हैं। फ़र्मेंटेशन शक्कर और स्टार्च को एथेनॉल में बदलता है।
- केमिकल। ट्रांसएस्टरीफ़िकेशन वनस्पति तेलों और पशु वसा को बायोडीज़ल (FAME) में बदलता है। हाइड्रोट्रीटिंग से हाइड्रोट्रीटेड वेजिटेबल ऑयल (HVO) और आज का ज़्यादातर सस्टेनेबल एविएशन फ़्यूल बनता है।
ऊर्जा की मात्रा कच्चे माल पर और सबसे बढ़कर नमी पर बहुत निर्भर करती है। ओवन में सुखाई लकड़ी की लोअर हीटिंग वैल्यू लगभग 18–19 MJ/kg होती है, और 6–10% नमी पर लकड़ी के पेलेट की लगभग 17 MJ/kg (4.7–4.8 kWh/kg), जबकि ताज़ा कटी लकड़ी मुश्किल से 8–10 MJ/kg देती है। हमारा फ़्यूल एनर्जी कंटेंट कैलकुलेटर इनके बीच और जीवाश्म ईंधन के बराबर मानों में बदलाव करता है।
मुख्य किस्में
ठोस बायोमास दहन और को-फ़ायरिंग
सिर्फ बायोमास वाले प्लांट लकड़ी के चिप्स जलाने वाले 1–50 MW के डिस्ट्रिक्ट-हीटिंग बॉयलर से लेकर कई सौ मेगावाट की पल्वराइज़्ड-फ़्यूल यूनिट तक होते हैं। सबसे मशहूर UK का Drax है। 2013 से 2018 के बीच इसने कोयले की 645 MW की चार यूनिट को लकड़ी के पेलेट पर बदला, और अब यह हर साल कई मिलियन टन पेलेट जलाता है, जो मुख्य रूप से दक्षिण-पूर्वी अमेरिका और कनाडा से जहाज़ से आते हैं। को-फ़ायरिंग में मामूली बदलाव के साथ कोयले के बॉयलर में 5–20% बायोमास मिलाया जाता है। यह पहले यूरोप में आम था और अब जापान और दक्षिण कोरिया में खूब होता है।
ठोस बायोमास का सबसे ज़्यादा फ़ायदा कंबाइंड हीट एंड पावर (CHP) में मिलता है। नॉर्डिक देशों के प्लांट बिजली और डिस्ट्रिक्ट हीटिंग दोनों बेचते हैं और कुल 85–90% दक्षता तक पहुंचते हैं।
बायोगैस और बायोमीथेन
बायोगैस प्लांट 35–55 °C पर गोबर, घोल, फ़सल अवशेष, ऊर्जा फ़सलें (खासकर जर्मनी में मक्के की साइलेज), सीवेज कीचड़ या खाने का कचरा पचाते हैं। गैस में 50–75% मीथेन होती है और बाकी ज़्यादातर CO2। इसे या तो साइट पर ही गैस इंजन (CHP) में जलाया जाता है, या मेम्ब्रेन, वॉटर स्क्रबिंग या अमीन एब्ज़ॉर्प्शन से बायोमीथेन में अपग्रेड करके गैस ग्रिड में डाला जाता है। सबसे बड़ा फ्लीट यूरोप में है, लगभग 20,000 प्लांट, जिनमें जर्मनी, इटली, फ्रांस और डेनमार्क आगे हैं। डेनमार्क में ग्रिड गैस की मांग का बड़ा हिस्सा पहले से बायोमीथेन से पूरा होता है। बचा हुआ डाइजेस्टेट कीमती खाद बनता है। बायोगैस कैलकुलेटर खास कच्चे माल के लिए गैस और बिजली उत्पादन का अनुमान लगाता है।
| कच्चा माल | सामान्य बायोगैस उत्पादन | मीथेन की मात्रा |
|---|---|---|
| गाय-भैंस का घोल | 15–25 m³ प्रति टन ताज़ा पदार्थ | 55–60% |
| सूअर का घोल | 15–30 m³/t | 60–65% |
| मक्के की साइलेज | 180–220 m³/t | 50–55% |
| खाने का कचरा | 100–200 m³/t | 55–65% |
| घास की साइलेज | 150–200 m³/t | 52–55% |
| सीवेज कीचड़ | 10–20 m³/t (गीला) | 60–65% |
यूरोपीय एनारोबिक-डाइजेशन दिशानिर्देशों (जैसे KTBL, FNR) से जुटाई गई सांकेतिक रेंज; असली उत्पादन ड्राई-मैटर की मात्रा और रिटेंशन टाइम पर निर्भर करता है।
वेस्ट-टू-एनर्जी
ऊर्जा रिकवरी वाले नगरपालिका ठोस कचरा इंसिनरेटर बचे हुए कचरे को चलती ग्रेट पर जलाते हैं। संक्षारक फ़्लू गैसें भाप की स्थितियों को सीमित करती हैं, इसलिए बिजली दक्षता मामूली रहती है (आम तौर पर 20–30%), पर CHP वाले प्लांट कुल मिलाकर 80% या उससे ज़्यादा तक पहुंचते हैं। सिर्फ जैविक हिस्सा नवीकरणीय गिना जाता है, जो मिश्रित MSW की ऊर्जा का आम तौर पर लगभग आधा होता है। प्लास्टिक वाला हिस्सा जीवाश्म है। लैंडफ़िल गैस कैप्चर इसका सरल रिश्तेदार है: यह वह मीथेन पकड़ता है जो वरना वातावरण में चली जाती।
तरल बायोफ़्यूल
एथेनॉल (अमेरिकी मक्का और ब्राज़ील के गन्ने से) और बायोडीज़ल/HVO (सरसों, सोया, पाम ऑयल और इस्तेमाल हुए तेल से) दुनिया की परिवहन ऊर्जा का लगभग 3–4% देते हैं (IEA)। दुनिया का ज़्यादातर एथेनॉल अमेरिका और ब्राज़ील बनाते हैं, और इंडोनेशिया का पाम-आधारित बायोडीज़ल अनिवार्य मिश्रण नियम अपनी तरह का सबसे बड़ा है। उन्नत, सेल्यूलोसिक और कचरे से बने ईंधन मुख्य रूप से EU के ReFuelEU जैसे विमानन ईंधन नियमों की वजह से बढ़ रहे हैं।
BECCS
कार्बन कैप्चर और स्टोरेज वाली जैव ऊर्जा वह किस्म है जिसका जलवायु मॉडल सबसे ज़्यादा ज़िक्र करते हैं। एथेनॉल फ़र्मेंटेशन से लगभग शुद्ध CO2 निकलता है, इसलिए वहां कैप्चर सस्ता है। इलिनॉय के Decatur में ADM प्लांट 2017 से CO2 को एक खारे जलभृत में डाल रहा है। बायोमास बिजली और CHP प्लांट पर दहन के बाद का कैप्चर कहीं महंगा है; Drax में इसकी योजना है और Stockholm Exergi में यह बन रहा है। असल में कितना CO2 हटता है, यह पूरी तरह सप्लाई चेन के उत्सर्जन और इस पर निर्भर करता है कि कच्चे माल के कार्बन का हिसाब कैसे लगाया जाता है।
दक्षता और कैपेसिटी फैक्टर
E_el,year = P_el × 8,760 h × CF
where x_CH4 = methane fraction (0.50–0.75), η_el = engine electrical efficiency (0.35–0.42), CF = capacity factor
ईंधन जमा करके रखा जा सकता है, इसलिए पक्की सप्लाई वाले बायोमास और बायोगैस प्लांट ऊंचे क्षमता उपयोग कारक (कैपेसिटी फैक्टर) पर चलते हैं: बायोगैस CHP इंजन और सिर्फ बायोमास वाले प्लांट के लिए 80–90%। जो प्लांट गर्मी की मांग या मेरिट ऑर्डर के हिसाब से चलते हैं, वे अक्सर कम चलते हैं। IRENA के लागत डेटाबेस में हाल के सालों में नई जैव ऊर्जा परियोजनाओं का वैश्विक भारित औसत कैपेसिटी फैक्टर 60–80% के दायरे में दिखता है।
| रास्ता | बिजली दक्षता | CHP के साथ कुल दक्षता | सामान्य कैपेसिटी फैक्टर |
|---|---|---|---|
| छोटा बायोमास स्टीम प्लांट (<20 MW) | 18–28% | 75–90% | 60–85% |
| बड़ी समर्पित / बदली गई यूनिट (Drax जैसी) | 35–40% | लागू नहीं | 50–80% |
| कोयले के बॉयलर में को-फ़ायरिंग | 33–40% (बायोमास वाले हिस्से की) | लागू नहीं | मेज़बान प्लांट जितना |
| बायोगैस इंजन CHP | 35–42% | 75–85% | 80–92% |
| वेस्ट-टू-एनर्जी इंसिनरेटर | 20–30% | 60–85% | 80–90% |
| बायोमास गैसीकरण + इंजन | 25–35% | 70–85% | 70–85% |
कैपेसिटी फैक्टर कैलकुलेटर स्थापित क्षमता और सालाना उत्पादन के बीच बदलाव करता है।
लागत
ज़्यादातर नवीकरणीय स्रोतों के उलट, जैव ऊर्जा की लागत में अक्सर पूंजी नहीं, ईंधन हावी रहता है। कच्चा माल मुफ्त हो सकता है या उलटे गेट फ़ीस भी दिला सकता है (कचरा, गोबर), या फिर USD 3–10/GJ या उससे ज़्यादा का पड़ सकता है (पेलेट, ऊर्जा फ़सलें)। IRENA की Renewable Power Generation Costs in 2023 नए चालू जैव ऊर्जा प्लांट का वैश्विक भारित औसत LCOE लगभग USD 0.07/kWh बताती है। अलग-अलग परियोजनाएं USD 0.05/kWh से कम (ब्राज़ील और भारत में खोई और अवशेष) से लेकर USD 0.20/kWh से ज़्यादा (खरीदा हुआ ईंधन जलाने वाले छोटे यूरोपीय प्लांट) तक हैं। स्थापना लागत ठोस-बायोमास प्लांट के लिए लगभग USD 1,000–4,000/kW और छोटे यूरोपीय बायोगैस प्लांट के लिए USD 2,500–6,000/kW है।
ज़्यादातर बाज़ारों में इससे जैव ऊर्जा नए यूटिलिटी-स्केल सोलर या तटवर्ती पवन से महंगी पड़ती है। यह वहां मुकाबला कर पाती है जहां मिल में पहले से जमा अवशेष जलते हैं, या जहां गर्मी की बिक्री और कचरा निपटान की फ़ीस कारोबार को सहारा देती है। यूरोप में बायोमीथेन उत्पादन की लागत आम तौर पर EUR 50–110/MWh है (IEA 2020): प्राकृतिक गैस की ऐतिहासिक कीमतों से काफी ऊपर, पर 2022 के शिखर से नीचे। अपनी धारणाएं LCOE कैलकुलेटर में परखें।
ज़मीन, पानी और सामग्री
ज़मीन सबसे सख्त सीमा है। साल भर में प्रकाश संश्लेषण आने वाली धूप का 1% से भी काफी कम हिस्सा रासायनिक ऊर्जा के रूप में जमा करता है, इसलिए ऊर्जा फ़सलें प्रति वर्ग मीटर ज़मीन लगभग 0.1–0.6 W देती हैं, जो सोलर PV से दस से सौ गुना कम है। समर्पित ऊर्जा फ़सलों से हर साल 1 TWh बिजली बनाने के लिए लगभग 500–1,500 km² खेती की ज़मीन चाहिए, जबकि ज़मीन पर लगे PV को लगभग 10–20 km²। इसी वजह से IEA और IPCC समेत ज़्यादातर विश्लेषक जैव ऊर्जा की टिकाऊ भूमिका को अवशेषों और कचरे (वन उप-उत्पाद, बुरादा, पराली, गोबर, इस्तेमाल हुआ खाने का तेल) से जोड़ते हैं, न कि ऐसे बड़े नए बागानों से जो खाद्य उत्पादन से होड़ करें या जंगल कटवाएं।
रूपांतरण में पानी मध्यम मात्रा में लगता है (स्टीम प्लांट को कोयले की तरह कूलिंग चाहिए), पर सिंचाई वाली ऊर्जा फ़सलें बहुत ज़्यादा पानी पी सकती हैं। दूसरी तकनीकों के मुकाबले सामग्री की ज़रूरत कम है: साधारण स्टील के बॉयलर, टरबाइन और इंजन, और बैटरी या परमानेंट-मैग्नेट जनरेटर में लगने वाले कोई महत्वपूर्ण खनिज नहीं।
जीवनचक्र CO2 उत्सर्जन
किसी भी बिजली उत्पादन तकनीक के जीवनचक्र उत्सर्जन पर जैव ऊर्जा जितना विवाद नहीं है, क्योंकि नतीजे जैविक कार्बन चक्र की धारणाओं पर टिके हैं। IPCC AR5 WGIII Annex III ये आंकड़े देता है:
- समर्पित बायोमास बिजली: 130–420 g CO2e/kWh, मीडियन 230 g
- कोयले के साथ बायोमास को-फ़ायरिंग: 620–890 g CO2e/kWh, मीडियन 740 g (ज़्यादातर कोयले वाले हिस्से से)
ये आंकड़े मानते हैं कि नए पौधे बायोमास की चिमनी से निकला CO2 सोख लेते हैं, और इनमें अप्रत्यक्ष भूमि-उपयोग बदलाव और एल्बीडो प्रभाव शामिल नहीं हैं। जो अध्ययन कार्बन कर्ज़ को गिनते हैं, यानी काटे गए जंगल को अपना कार्बन वापस सोखने में लगने वाला समय, वे पाते हैं कि पूरे तने की लकड़ी से बने पेलेट 20–50 साल की अवधि में कोयले से ज़्यादा उत्सर्जन कर सकते हैं। जो अवशेष वरना सड़ जाते या खुले में जलाए जाते, वे कुछ ही साल में हिसाब चुका देते हैं। गोबर से बनी बायोगैस काफी नकारात्मक उत्सर्जन दे सकती है, क्योंकि यह घोल के भंडारण से मीथेन निकलने से रोकती है; ऊर्जा फ़सलों से बनी बायोगैस का स्कोर कहीं खराब है।
नीतियां न्यूट्रल मान लेने के बजाय न्यूनतम सीमाएं तय करती हैं। EU के RED II के तहत 2021 से चालू हुए बायोमास प्लांट की बिजली और गर्मी को जीवाश्म तुलनात्मक मानक के मुकाबले GHG उत्सर्जन कम से कम 70% घटाना होगा, और 2026 से 80%। ज़मीन से जुड़े मानदंड प्राथमिक जंगल, पीटलैंड और ऊंची जैव विविधता वाले इलाकों को भी बाहर रखते हैं।
सुरक्षा और पर्यावरण पर असर
- वायु प्रदूषण। यूरोप में छोटे पैमाने पर लकड़ी जलाना महीन कणों (PM2.5) का एक प्रमुख स्रोत है, कई देशों में सड़क यातायात से भी आगे। इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रेसिपिटेटर और बैग फ़िल्टर वाले बड़े प्लांट प्रति यूनिट ऊर्जा बहुत कम उत्सर्जन करते हैं।
- जैव विविधता। पेलेट के लिए जंगल साफ़ करना और घास के मैदान या जंगल को ऊर्जा फ़सलों की ज़मीन में बदलना आवासों को नुकसान पहुंचा सकता है। प्रमाणन योजनाएं (SBP, FSC, PEFC, ISCC) और RED मानदंड इसे छांटने की कोशिश करते हैं।
- मीथेन रिसाव। मीथेन की तापमान बढ़ाने की क्षमता ऊंची है, इसलिए डाइजेस्टर, अपग्रेडिंग यूनिट और खुले डाइजेस्टेट भंडारण से रिसाव बायोगैस के जलवायु फ़ायदे को खा सकता है।
- संचालन के जोखिम। पेलेट साइलो में धूल के विस्फोट, जमा चिप्स का अपने आप गर्म होना और डाइजेस्टर में ज़हरीली H2S, सबके लिए सावधानी से काम करना ज़रूरी है।
- भोजन बनाम ईंधन। फ़सल-आधारित बायोफ़्यूल खेती लायक ज़मीन के लिए होड़ करते हैं, और 2007–2008 में खाद्य कीमतों के उछाल के बाद अनिवार्य मिश्रण नियमों की नए सिरे से जांच हुई।
आगे की तस्वीर
IEA को उम्मीद है कि आधुनिक जैव ऊर्जा ज़्यादातर गर्मी, उद्योग और परिवहन में बढ़ती रहेगी। बिजली में इसका मुकाबला लगातार सस्ते होते पवन, सोलर और बैटरी स्टोरेज से है। सबसे तेज़ बढ़त बायोमीथेन में है (यूरोप के REPowerEU का लक्ष्य 2030 तक हर साल 35 bcm), मिश्रण नियमों से आगे बढ़ते विमानन ईंधन में, और एशिया की बायोमास बिजली में, खासकर जापान में को-फ़ायरिंग और भारत व ब्राज़ील में अवशेष जलाने वाले नए प्लांट में। परिवर्तनशील नवीकरणीय स्रोतों के ऊंचे हिस्से वाले ग्रिड पर लचीले बायोमास और बायोगैस प्लांट, जो हवा और धूप कम होने पर चलें, बेसलोड यूनिट से ज़्यादा कीमती हैं।
BECCS अब भी सबसे बड़ा अनजाना पहलू है। इंटीग्रेटेड असेसमेंट मॉडल अक्सर मानते हैं कि सदी के मध्य तक BECCS हर साल कई गीगाटन CO2 हटाएगा, जबकि आज असल में कैप्चर कुछ ही मिलियन टन है। जैव ऊर्जा इस उम्मीद पर खरी उतरती है या नहीं, यह इंजीनियरिंग से ज़्यादा भरोसेमंद टिकाऊपन नियमों, पारदर्शी कार्बन लेखा और इस पर निर्भर करता है कि सच में कितना फ़ालतू बायोमास मौजूद है। दूसरे विकल्पों से साथ-साथ तुलना के लिए टेक्नोलॉजी तुलना देखें, या पावर प्लांट मैप पर मौजूदा प्लांट खोजें।
अक्सर पूछे जाने वाले सवाल
क्या बायोमास जलाना कार्बन न्यूट्रल है?
बायोगैस प्लांट कितनी बिजली बनाता है?
बायोगैस और बायोमीथेन में क्या फ़र्क है?
BECCS क्या है?
दुनिया की कितनी बिजली जैव ऊर्जा से आती है?
Drax बिजलीघर पर विवाद क्यों है?
स्रोत और संदर्भ
- IPCC (2014). AR5 WGIII Annex III: Technology-specific cost and performance parameters
- IRENA (2024). Renewable Power Generation Costs in 2023
- IEA (2020). Outlook for biogas and biomethane: Prospects for organic growth
- IEA (2023). Renewables 2023
- Directive (EU) 2018/2001 on the promotion of the use of energy from renewable sources (RED II)
- Ember और Energy Institute: बिजली डेटा Our World in Data के ज़रिए (इस पेज के चार्ट और तालिकाएँ)