सोलर और पवन की तेज़ बढ़त के बावजूद कोयला अब भी दुनिया में बिजली का सबसे बड़ा अकेला स्रोत है। 2025 में इससे लगभग 10,500 TWh बिजली बनी, यानी दुनिया की कुल आपूर्ति का एक तिहाई। ऊर्जा से जुड़े CO₂ का सबसे बड़ा अकेला स्रोत भी कोयला ही है, हर साल लगभग 15 अरब टन, और इसमें सबसे बड़ा हिस्सा बिजलीघरों का है। जहां कोयला स्थानीय खदानों से आता है और प्लांट की लागत वसूल हो चुकी है, वहां कोयला बिजली चलाना सस्ता है। इसे ज़रूरत के हिसाब से चलाया जा सकता है, और पूरी की पूरी खनन अर्थव्यवस्थाएं इस पर टिकी हैं। पर वायु प्रदूषण की वजह से प्रति यूनिट बिजली यह सबसे जानलेवा स्रोत भी है, और वह भी बहुत बड़े अंतर से।
यह कैसे काम करता है
कोयला प्लांट एक भाप (रैंकिन-साइकिल) बिजलीघर है। मिलों में कोयले को बारीक पाउडर बनाया जाता है, फिर पहले से गर्म हवा के साथ बॉयलर में फूंककर लगभग 1,300–1,700 °C पर जलाया जाता है। गर्मी बॉयलर की हज़ारों मीटर लंबी नलियों में बहते पानी तक पहुंचती है। ऊंचे दबाव की भाप जनरेटर से जुड़ी मल्टीस्टेज टरबाइन घुमाती है, फिर ठंडी होकर पानी बनती है और दोबारा पंप की जाती है। भाप जितनी गर्म और जितने ऊंचे दबाव पर होगी, दक्षता उतनी ज़्यादा होगी, और प्लांट की मुख्य श्रेणियां इसी आधार पर तय होती हैं।
प्रति kWh उत्सर्जन सीधे दक्षता और कोयले में मौजूद कार्बन पर निर्भर करता है:
EF (IPCC 2006 defaults): bituminous coal ≈ 94.6 kg CO₂/GJ · sub-bituminous ≈ 96.1 · lignite ≈ 101
Example: hard coal unit at η = 38% → 3.6 ÷ 0.38 = 9.47 MJ/kWh × 0.0946 kg/MJ ≈ 0.90 kg CO₂/kWh
Same unit at η = 45% (USC) → 0.76 kg CO₂/kWh (−16%)
इसी हिसाब से कोयले की खपत भी निकलती है। 25 MJ/kg पर 38% दक्षता वाली यूनिट प्रति kWh लगभग 0.38 kg कोयला जलाती है, यानी 100% उत्पादन पर 1 GW की यूनिट के लिए साल में लगभग 3.3 मिलियन टन। फ़्यूल एनर्जी कंटेंट कैलकुलेटर कठोर कोयले, लिग्नाइट और दूसरे ईंधनों की हीटिंग वैल्यू की तुलना करता है।
मुख्य किस्में
| तकनीक | भाप की स्थितियां | नेट दक्षता (LHV) | चिमनी पर CO₂, कठोर कोयला | टिप्पणी |
|---|---|---|---|---|
| सबक्रिटिकल PC | <22 MPa, ~540 °C | 32–38% | ~0.90–1.05 kg/kWh | अमेरिका, भारत, यूरोप के पुराने फ्लीट का बड़ा हिस्सा |
| सुपरक्रिटिकल PC | >22.1 MPa, ~565–585 °C | 38–42% | ~0.80–0.90 kg/kWh | 1990–2000 के दशक के निर्माण का मानक |
| अल्ट्रा-सुपरक्रिटिकल (USC) | ~25–30 MPa, ≥600 °C | 42–47% | ~0.72–0.80 kg/kWh | जापान, जर्मनी, कोरिया, चीन |
| एडवांस्ड USC (R&D) | ~35 MPa, ~700 °C | 47–50% (लक्ष्य) | ~0.68 kg/kWh | निकल सुपरअलॉय चाहिए |
| IGCC | गैसीकरण + कंबाइंड साइकिल | 38–45% | ~0.75–0.85 kg/kWh | गिने-चुने प्लांट; लागत ऊंची |
| सर्कुलेटिंग फ़्लूइडाइज़्ड बेड | सब- से सुपरक्रिटिकल | 34–42% | PC जैसा | घटिया कोयला, बायोमास को-फ़ायरिंग |
लगभग 22.1 MPa और 374 °C से ऊपर पानी अपना क्रिटिकल पॉइंट पार कर लेता है और बिना उबले भाप बन जाता है। सुपरक्रिटिकल प्लांट इसी के आसपास बने वन्स-थ्रू बॉयलर इस्तेमाल करते हैं। अल्ट्रा-सुपरक्रिटिकल यूनिट 600 °C से ऊपर जाती हैं, और जापान, डेनमार्क और चीन की सबसे अच्छी यूनिट लगभग 44–47% (LHV) नेट दक्षता दर्ज करती हैं। हर अगले कदम के लिए ज़्यादा महंगा हाई-अलॉय स्टील चाहिए।
IGCC (इंटीग्रेटेड गैसीफ़िकेशन कंबाइंड साइकिल) कोयले को सिनगैस में बदलता है, उसे साफ़ करता है और स्टीम बॉटमिंग साइकिल वाली गैस टरबाइन में जलाता है। इससे दहन से पहले CO₂ कैप्चर करना आसान हो जाता है। Buggenum (नीदरलैंड), Puertollano (स्पेन), Polk और Wabash River (अमेरिका) और Edwardsport (इंडियाना) के डेमोंस्ट्रेशन प्लांट की उपलब्धता मिली-जुली रही। मिसिसिपी में Kemper County परियोजना ने लागत लगभग $7.5 अरब तक पहुंचने के बाद 2017 में गैसीकरण छोड़ दिया; अब वह प्राकृतिक गैस जलाती है।
लिग्नाइट बनाम कठोर कोयला
लिग्नाइट (भूरा कोयला) की हीटिंग वैल्यू लगभग 5–15 MJ/kg होती है और इसमें 30–60% नमी होती है। इसे दूर ढोना फ़ायदेमंद नहीं, इसलिए इसे जर्मनी, पोलैंड, चेक गणराज्य, ग्रीस, बाल्कन, तुर्किये, ऑस्ट्रेलिया (विक्टोरिया) और इंडोनेशिया में खदान के मुहाने पर बने प्लांट में जलाया जाता है। पानी उड़ाने में दक्षता खर्च होती है, और लिग्नाइट में प्रति यूनिट ऊर्जा ज़्यादा कार्बन होता है, इसलिए लिग्नाइट यूनिट आम तौर पर 1.0–1.2 kg CO₂/kWh छोड़ती हैं। इन्हें कोयला देने वाली खुली खदानें लगभग किसी भी दूसरे ऊर्जा स्रोत से ज़्यादा ज़मीन उजाड़ती हैं। कठोर कोयले (बिटुमिनस, सब-बिटुमिनस और एंथ्रेसाइट, लगभग 20–32 MJ/kg) का समुद्री रास्ते से व्यापार होता है। इंडोनेशिया और ऑस्ट्रेलिया सबसे बड़े निर्यातक हैं, और चीन, भारत, जापान व कोरिया सबसे बड़े आयातक।
दक्षता और कैपेसिटी फैक्टर
कोयला यूनिट 70–85% के क्षमता उपयोग कारक (कैपेसिटी फैक्टर) पर बेसलोड चलाने के लिए बनी थीं, पर कई बाज़ारों में अब ये बहुत कम चलती हैं। सस्ती गैस और नवीकरणीय स्रोतों के दबाव में हाल के सालों में अमेरिकी कोयला प्लांट का औसत लगभग 40–50% रहा (EIA)। चीन का फ्लीट लगभग 50% पर चला, क्योंकि क्षमता मांग से तेज़ बढ़ी। कोयला प्लांट का उत्पादन बार-बार ऊपर-नीचे करने से घिसाव बढ़ता है, दक्षता घटती है और प्रति kWh उत्सर्जन बढ़ता है। न्यूनतम स्थिर उत्पादन आम तौर पर रेटेड पावर का 30–50% होता है, हालांकि जर्मनी, डेनमार्क और चीन में रेट्रोफ़िट से इसे और नीचे लाया गया है। कैपेसिटी फैक्टर कैलकुलेटर इन उपयोग दरों को सालाना ऊर्जा में बदलता है।
लागत
- Lazard LCOE+ 2024 (अमेरिका, बिना सब्सिडी, नया निर्माण): $69–168/MWh। अमेरिका में गिने-चुने नए कोयला प्लांट प्रस्तावित हैं, क्योंकि नई पवन, सोलर और गैस सस्ती हैं।
- IEA/NEA Projected Costs 2020: OECD देशों में 7% डिस्काउंट रेट पर नया कोयला आम तौर पर $75–120/MWh के दायरे में है। इन आंकड़ों में $30/t की मानी गई कार्बन कीमत शामिल है, जो लगभग $25–30/MWh जोड़ती है। चीन और भारत में प्लांट प्रति kW कहीं सस्ते बनते हैं।
- NREL ATB / EIA AEO: नए अमेरिकी पल्वराइज़्ड कोयला प्लांट की ओवरनाइट लागत लगभग $3,500–4,500/kW, और 90% कैप्चर के साथ इससे कहीं ज़्यादा।
जिन मौजूदा प्लांट की लागत वसूल हो चुकी है, उनके लिए मार्जिनल लागत मायने रखती है: ईंधन, परिवर्तनशील O&M और कार्बन। $100/t पर पहुंचाए गए कठोर कोयले (लगभग $4/GJ) से ईंधन का खर्च लगभग $38/MWh बनता है। €80/t की कार्बन कीमत लगभग €70/MWh जोड़ती है। 2015 के बाद से यूरोप में कोयला बिजली उत्पादन लगभग आधा रह जाने की मुख्य वजह EU ETS है। Carbon Tracker समेत कई विश्लेषकों ने पाया है कि कई मौजूदा कोयला प्लांट चलाना अब नए नवीकरणीय प्लांट बनाने से महंगा है। LCOE कैलकुलेटर दिखाता है कि ईंधन और कार्बन की कीमतें नतीजे को कैसे बदलती हैं।
ज़मीन, पानी और सामग्री
कोयले में भारी मात्रा में सामग्री ढोई जाती है और ज़मीन भी बहुत लगती है। 1 GW का प्लांट हर साल लगभग 3 मिलियन टन कठोर कोयला या 8–10 मिलियन टन लिग्नाइट जलाता है, और लाखों टन राख छोड़ता है, साथ ही जहां स्क्रबर लगे हैं वहां जिप्सम भी। कोयले की राख के तालाब भयानक रूप से टूटे हैं, जैसे 2008 में टेनेसी के Kingston में। एपलाचिया में पहाड़ों की चोटियां हटाकर खनन और जर्मनी के राइनलैंड व लुसाटिया की लिग्नाइट खदानों ने पूरे के पूरे इलाके और गांव मिटा दिए हैं। पानी की खपत ज़्यादा है। NREL के सर्वे (Macknick et al., 2012) के अनुसार टावर-कूल्ड कोयला प्लांट की मीडियन खपत लगभग 690 US गैलन प्रति MWh है, और वन्स-थ्रू कूलिंग इससे कहीं ज़्यादा पानी खींचती है। पानी की कमी झेल रहे भारत और उत्तरी चीन में यह प्लांट की जगह तय करने में एक बाधा बन गया है।
जीवनचक्र CO2 उत्सर्जन
- IPCC AR5 WGIII Annex III (2014): पल्वराइज़्ड कोयले का मीडियन 820 gCO2e/kWh, रेंज 740–910।
- UNECE 2021: बिना कैप्चर के कोयले के प्रकार और क्षेत्र के हिसाब से लगभग 750–1,100 gCO2e/kWh। CCS के साथ रेंज लगभग 150–470 gCO2e/kWh है, क्योंकि कैप्चर कभी 100% नहीं होता और खदान से निकलने वाली मीथेन बनी रहती है।
कोयला खदानों की मीथेन एक बड़ा और अक्सर कम आंका जाने वाला योगदान है। IEA के Global Methane Tracker का अनुमान है कि कोयला खनन से निकलने वाली मीथेन तेल या गैस क्षेत्र जितनी है। तुलना के लिए, गैस कंबाइंड साइकिल लगभग 490 g उत्सर्जित करता है, और परमाणु व पवन लगभग 10 g।
सुरक्षा और स्वास्थ्य पर असर
कोयले का ज़्यादातर नुकसान हवा के रास्ते फैलता है। इसे जलाने से महीन कण (PM2.5), सल्फ़र डाइऑक्साइड और नाइट्रोजन ऑक्साइड निकलते हैं (जो आगे चलकर द्वितीयक कण और ओज़ोन बनाते हैं), साथ ही पारा, आर्सेनिक और दूसरी धातुएं। नतीजा होता है दिल की बीमारी, स्ट्रोक, फेफड़ों का कैंसर और सांस की बीमारियां, सैकड़ों किलोमीटर दूर तक हवा की दिशा में।
- Markandya & Wilkinson (Lancet, 2007): यूरोपीय कठोर कोयले के लिए प्रति TWh लगभग 24.5 मौतें और लिग्नाइट के लिए 32.6, साथ में कहीं ज़्यादा गंभीर बीमारियां।
- Our World in Data का विश्लेषण: कोयले के लिए प्रति TWh लगभग 24.6 मौतें, जबकि तेल के लिए 18.4, गैस के लिए 2.8 और परमाणु, पवन व सोलर के लिए लगभग 0.03।
जहां प्रदूषण नियंत्रण लगे हैं, वहां यह आंकड़ा तेज़ी से गिरता है। फ़्लू-गैस डीसल्फ़राइज़ेशन 90–98% SO₂ हटाता है, सेलेक्टिव कैटेलिटिक रिडक्शन 80–90% NOx, और इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रेसिपिटेटर या फ़ैब्रिक फ़िल्टर 99% से ज़्यादा कण। एक्टिवेटेड-कार्बन इंजेक्शन पारा पकड़ता है। चीन का “अल्ट्रा-लो एमिशन” मानक (धूल/SO₂/NOx के लिए लगभग 10/35/50 mg/Nm³), जो 2015 से उसके ज़्यादातर फ्लीट पर लागू है, शहरी PM2.5 में बड़ी गिरावट की एक वजह बना। भारत और दक्षिण-पूर्व एशिया के कई प्लांट में अब भी FGD नहीं है, और भारत में अनुपालन की समय-सीमाएं बार-बार खिसकी हैं। खनन भी हादसों और ब्लैक लंग बीमारी के रूप में अपना अलग नुकसान जोड़ता है।
कोयले पर कार्बन कैप्चर
दो प्रमुख परियोजनाएं दिखाती हैं कि कैप्चर क्या कर सकता है और यह कितना कठिन है:
- Boundary Dam 3 (SaskPower, कनाडा, 2014): 110–115 MW नेट का रेट्रोफ़िट, जिसे 90% दर पर हर साल लगभग 1 Mt CO₂ पकड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया। बाद के सालों में यह भरोसेमंद ढंग से चला, पर आम तौर पर डिज़ाइन से काफी कम पकड़ पाया। ज़्यादातर CO₂ एन्हांस्ड ऑयल रिकवरी के लिए बेचा जाता है।
- Petra Nova (W.A. Parish, टेक्सस, 2017): 240 MW के बराबर स्लिपस्ट्रीम से CO₂ पकड़ता था, लगभग 1.4 Mt/yr के लिए डिज़ाइन, और यह भी तेल निकालने के काम आता था। 2020 में तेल की कीमतें गिरने पर इसे बंद कर दिया गया और 2023 में नए मालिकों के तहत फिर शुरू किया गया।
कैप्चर में सॉल्वेंट को फिर से तैयार करने और कंप्रेशन के लिए प्लांट के उत्पादन का 20–30% खप जाता है। पूंजी लागत के साथ मिलकर यह उत्पादन लागत लगभग 40–80% बढ़ा देता है, जिससे CCS वाला कोयला ज़्यादातर कम-कार्बन विकल्पों से महंगा पड़ता है।
बंदी के रुझान और आगे की तस्वीर
आप कहां देख रहे हैं, इसके हिसाब से कोयला बिजली अब दो दिशाओं में जा रही है। ब्रिटेन में कोयले का हिस्सा 2012 के लगभग 40% से गिरकर शून्य हो गया, जब 30 सितंबर 2024 को Ratcliffe-on-Soar बंद हुआ। अमेरिका में कोयला बिजली उत्पादन 2007 के लगभग 2,000 TWh के शिखर से आधे से ज़्यादा गिर चुका है, और कोयले का हिस्सा अब 20% से नीचे है। EU का कोयला उत्पादन 2015 के बाद लगभग आधा रह गया है। जर्मनी की योजना ज़्यादा से ज़्यादा 2038 तक बाहर निकलने की है, और स्पेन, इटली व दूसरे देश इससे पहले।
एशिया में कोयले का हिस्सा घट रहा है, पर कुल उत्पादन बढ़ता रहा है। CREA और Global Energy Monitor के अनुसार दुनिया की आधी से ज़्यादा कोयला बिजली बनाने वाले चीन ने 2022–2023 में हर साल लगभग 100 GW की नई कोयला क्षमता मंज़ूर की। आधिकारिक तौर पर इन प्लांट को बेसलोड के बजाय नवीकरणीय स्रोतों के बैकअप के रूप में ज़्यादा पेश किया जा रहा है। भारत अपनी लगभग तीन-चौथाई बिजली कोयले से बनाता है और बढ़ती मांग पूरी करने के लिए और क्षमता जोड़ने की योजना बना रहा है। IEA की Coal 2024 रिपोर्ट को उम्मीद है कि 2020 के दशक के आखिर तक दुनिया में कोयले की मांग स्थिर रहेगी, क्योंकि चीन में गिरावट भारत और दक्षिण-पूर्व एशिया की बढ़त की भरपाई करेगी।
कोयला कितनी तेज़ी से हटेगा, यह सस्ती वैकल्पिक क्षमता (सोलर, पवन, बैटरी स्टोरेज और प्राकृतिक गैस), कार्बन कीमत, समय से पहले बंदी के लिए फ़ाइनेंसिंग (जैसे दक्षिण अफ़्रीका, इंडोनेशिया और वियतनाम के JETP सौदे) और कोयला खनन वाले इलाकों को मदद पर निर्भर करता है। पावर प्लांट मैप दुनिया का बचा हुआ कोयला फ्लीट दिखाता है, और टेक्नोलॉजी तुलना इसकी लागत और उत्सर्जन को विकल्पों के सामने रखती है।
अक्सर पूछे जाने वाले सवाल
कोयला बिजलीघर कितने कुशल होते हैं?
कोयला बिजलीघर प्रति kWh कितना CO2 छोड़ता है?
कोयला बिजली से कितनी मौतें होती हैं?
लिग्नाइट और कठोर कोयले में क्या फ़र्क है?
क्या कोयला प्लांट पर कार्बन कैप्चर काम करता है?
कौन-से देश अब भी कोयला बिजलीघर बना रहे हैं?
स्रोत और संदर्भ
- IEA — Coal 2024: Analysis and forecast to 2027
- Global Energy Monitor — Global Coal Plant Tracker
- IPCC AR5 WGIII Annex III — Technology-specific Cost and Performance Parameters
- Markandya, A. & Wilkinson, P. (2007). Electricity generation and health. The Lancet 370(9591)
- Our World in Data — What are the safest and cleanest sources of energy?
- Lazard — Levelized Cost of Energy+ (2024)
- Ember और Energy Institute: बिजली डेटा Our World in Data के ज़रिए (इस पेज के चार्ट और तालिकाएँ)