ईंधन एवं ऑक्टेन रेटिंग

1ईंधन के प्रकार (Types of Fuels)

ईंधन वे पदार्थ होते हैं जो दहन (जलने) की प्रक्रिया के दौरान मुख्यतः ऊष्मा के रूप में ऊर्जा उत्पन्न करते हैं, तथा यह ऊर्जा विभिन्न उपयोगी कार्यों को संपन्न करने में प्रयुक्त होती है। भौतिक अवस्था के आधार पर ईंधन को तीन वर्गों में बाँटा जाता है — ठोस ईंधन (लकड़ी, कोयला, चारकोल, गोबर के उपले), द्रव ईंधन (पेट्रोल, डीज़ल, केरोसिन) तथा गैसीय ईंधन (LPG, CNG, बायोगैस, हाइड्रोजन)।

ऊष्मा मान (Calorific Value)

किसी ईंधन के 1 किलोग्राम के पूर्ण दहन से प्राप्त होने वाली कुल ऊष्मा ऊर्जा को उस ईंधन का ऊष्मा मान (Calorific Value) कहते हैं। ईंधन जितनी अधिक ऊष्मा देता है, उसका ऊष्मा मान उतना ही अधिक होता है। ऊष्मा मान की SI इकाई किलोजूल प्रति किलोग्राम (kJ/kg) है। ऊष्मा मान के अध्ययन से यह ज्ञात होता है कि कौन-सा ईंधन अधिक दक्ष (Efficient) एवं आर्थिक (Economical) है, जिससे घरेलू, औद्योगिक एवं परिवहन कार्यों के लिए उपयुक्त ईंधन का चयन संभव होता है।

दहन (Combustion) एवं इसके प्रकार

दहन वह रासायनिक प्रक्रिया है जिसमें कोई दाह्य पदार्थ वायु (ऑक्सीजन) की उपस्थिति में जलकर ऊष्मा एवं प्रायः प्रकाश ऊर्जा उत्पन्न करता है।

• त्वरित दहन (Rapid Combustion): जब दहन की क्रिया अत्यंत तीव्र गति से बहुत कम समय में सम्पन्न हो जाती है, इसे विस्फोट (Explosion) भी कहा जाता है — उदाहरण: माचिस की तीली का जलना, पटाखों का फूटना, बम का विस्फोट।
• मंद दहन (Slow Combustion): जब दहन की क्रिया बहुत धीरे-धीरे तथा लंबे समय में सम्पन्न होती है — उदाहरण: जीवधारियों में होने वाली श्वसन क्रिया (Respiration) एक मंद दहन अभिक्रिया है।
• स्वतः दहन (Auto/Spontaneous Combustion): जब किसी पदार्थ को प्रज्ज्वलन ताप (Ignition Temperature) स्वतः प्राप्त हो जाता है और वह बिना किसी बाहरी स्रोत के जलना प्रारम्भ कर देता है — उदाहरण: फॉस्फोरस को खुला छोड़ देने पर वायु के संपर्क में आकर स्वयं जल उठना, जंगलों में सूखी टहनियों के आपस में रगड़ने से आग लगना।

ईंधन के दहन से उत्पन्न हानिकारक प्रभाव

अच्छे ईंधन के गुण

• उच्च ऊष्मा मान (कम मात्रा में अधिक ऊर्जा — जैसे LPG, CNG, हाइड्रोजन), कम धुआँ उत्पन्न करे (CNG, LPG — नीली ज्वाला पूर्ण दहन का संकेत है), कम अवशेष छोड़े (गैसीय ईंधन अवशेष-रहित होते हैं)।
• सस्ता एवं किफायती हो, आसानी से उपलब्ध हो, परिवहन में सरल हो, भंडारण में सुरक्षित हो।
• कम प्रदूषण उत्पन्न करे (CNG, LPG स्वच्छ ईंधन हैं), पूर्ण दहन करे (ऊर्जा की बर्बादी न हो, विषैली गैसें न बनें), पर्यावरण-अनुकूल/भविष्य-सुरक्षित हो (हाइड्रोजन, बायोगैस जैसे नवीकरणीय ईंधन श्रेष्ठ माने जाते हैं)।

2जीवाश्म ईंधन — कोयला, पेट्रोलियम, प्राकृतिक गैस (Fossil Fuels)

(A) कोयला (Coal)

कोयला एक प्रमुख जीवाश्म ईंधन है जो अत्यधिक कार्बन-युक्त अवसादी शैल के रूप में प्राचीन पादप सामग्रियों के संचयन से बना है तथा ऊर्जा एवं बिजली उत्पादन का प्राथमिक स्रोत है। हजारों वर्षों तक भूगर्भ में दबे पेड़-पौधे उच्च ताप एवं दाब के प्रभाव से धीरे-धीरे कोयले में परिवर्तित हो जाते हैं — इस प्रक्रिया को कोयलाभवन (Coalification) कहते हैं।

कार्बन प्रतिशत के आधार पर कोयले के चार प्रकार

कोकिंग बनाम नॉन-कोकिंग कोयला

जो कोयला वायु की अनुपस्थिति में गर्म करने पर नरम होकर फैलता है तथा ठोस, कठोर कोक में बदल जाता है, उसे कोकिंग कोयला (Coking Coal) कहते हैं — इसका उपयोग इस्पात उद्योग में ब्लास्ट फर्नेस में अपचायक के रूप में होता है, परंतु यह भारत में दुर्लभ एवं महँगा है (काफी हद तक आयातित)। इसके विपरीत नॉन-कोकिंग कोयला गर्म करने पर कोक नहीं बनाता, केवल राख या भुरभुरा अवशेष छोड़ता है — यह प्रचुर मात्रा में उपलब्ध है और मुख्यतः विद्युत उत्पादन (थर्मल पावर प्लांट) में प्रयुक्त होता है।

कोक एवं कोलतार (Coke & Coal Tar)

• कोक: यह एक कठोर, सरंध्र एवं लगभग शुद्ध कार्बन रूप है, जो अत्यधिक वाष्पशील कोयले को वायु की पूर्ण अनुपस्थिति में गर्म करने पर प्राप्त होता है। उपयोग: इस्पात के औद्योगिक निर्माण एवं धातुओं के निष्कर्षण में।
• कोलतार: यह एक अप्रिय गंध वाला काला गाढ़ा द्रव है, जो लगभग 200 पदार्थों का मिश्रण होता है — इससे संश्लेषित रंग, औषधि, विस्फोटक, सुगंध, प्लास्टिक, पेंट आदि के निर्माण में प्रयुक्त प्रारंभिक पदार्थ प्राप्त होते हैं। आजकल सड़क निर्माण में कोलतार के स्थान पर पेट्रोलियम उत्पाद बिटुमेन का प्रयोग किया जाता है।

(B) पेट्रोलियम (Petroleum)

पेट्रोलियम को प्रचलित रूप से 'तरल सोना' कहा जाता है तथा इसे खनिज तेल भी कहते हैं — यह शब्द लैटिन शब्द पेट्रा (शैल/पत्थर) तथा ओलियम (तेल) से बना है। पेट्रोलियम हाइड्रोकार्बनों तथा कुछ अन्य यौगिकों का जटिल मिश्रण है, जो पृथ्वी की सतह के नीचे शैलों के भीतर पाशित (Trapped) अवस्था में पाया जाता है। सन 1859 में एडविन ड्रेक ने पेनसिल्वेनिया (USA) में पहले तेल-कुएँ का वेधन किया था।

भंजनात्मक/भिन्नात्मक आसवन (Fractional Distillation)

कच्चे पेट्रोलियम को सीधे उपयोग नहीं किया जा सकता, इसलिए रिफाइनरी में एक ऊँचे टॉवर (Fractionating Column) में इसे गर्म कर विभिन्न उपयोगी भागों में विभाजित किया जाता है — इसे पेट्रोलियम का परिष्करण (Refining) कहते हैं। कम क्वथनांक वाले पदार्थ ऊपर की ओर तथा अधिक क्वथनांक वाले नीचे की ओर एकत्र हो जाते हैं।

(C) प्राकृतिक गैस एवं CNG

पेट्रोलियम खनन के समय प्राप्त गैसें प्राकृतिक गैस कहलाती हैं, जिनमें मुख्यतः मेथेन गैस (CH₄) होती है। इन्हें वाहनों में ईंधन के रूप में उपयोग हेतु संपीड़ित कर सिलिंडरों में भरा जाता है — इसे संपीड़ित प्राकृतिक गैस (Compressed Natural Gas – CNG) कहा जाता है। CNG स्वच्छ ईंधन है, कम प्रदूषण करती है तथा इसका ऊष्मा मान भी उच्च होता है (लगभग 50,000 kJ/kg)।

3ऑक्टेन रेटिंग (Octane Rating)

ऑक्टेन रेटिंग पेट्रोल की नॉकिंग (Knocking) प्रतिरोध क्षमता को दर्शाने वाली संख्या है। यह बताती है कि ईंधन इंजन के सिलेंडर में उच्च ताप एवं दाब की परिस्थितियों में स्वतः दहन (Auto-Ignition) का कितना प्रतिरोध कर सकता है। ऑक्टेन संख्या जितनी अधिक होगी, ईंधन की स्वतः दहन के विरुद्ध प्रतिरोध क्षमता उतनी ही अधिक होगी तथा नॉकिंग की संभावना उतनी ही कम होगी।

नॉकिंग (Knocking) क्या है?

नॉकिंग वह स्थिति है, जब इंजन के सिलेंडर में ईंधन-वायु मिश्रण स्पार्क प्लग द्वारा प्रज्ज्वलित होने से पहले ही अनियंत्रित रूप से स्वतः दहन कर जाता है। इसके परिणामस्वरूप तीव्र दबाव तरंगें (Pressure Waves) उत्पन्न होती हैं, जिससे इंजन में 'खट-खट' (Knocking/Pinging) जैसी आवाज सुनाई देती है — यह समस्या विशेष रूप से पेट्रोल (Spark Ignition) इंजनों में देखी जाती है।

नॉकिंग के कारण एवं दुष्प्रभाव

ऑक्टेन रेटिंग का निर्धारण

ऑक्टेन रेटिंग हेतु एक सापेक्ष पैमाना (Relative Scale) प्रयुक्त होता है, जिसमें आइसो-ऑक्टेन (Iso-octane) को 100 तथा n-हेप्टेन (n-Heptane) को 0 मान दिया गया है। यदि किसी ईंधन की ऑक्टेन संख्या 90 है, तो इसका अर्थ है कि वह ईंधन 90% आइसो-ऑक्टेन तथा 10% n-हेप्टेन के मिश्रण जैसा व्यवहार करता है। परीक्षण CFR (Cooperative Fuel Research) इंजन से किया जाता है।

एंटी-नॉक एजेंट का विकास

पहले नॉकिंग रोकने के लिए टेट्रा एथिल लेड (TEL) का उपयोग होता था, परंतु लेड के विषाक्त होने तथा वाहनों के उत्प्रेरक परिवर्तक (Catalytic Converter) को स्थायी रूप से खराब करने के कारण इसे हटा दिया गया। अब इसकी जगह MTBE (Methyl Tertiary Butyl Ether), ETBE, बेंज़ीन, इथेनॉल एवं उच्च-ऑक्टेन एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन का उपयोग किया जाता है — ये ईंधन में ऑक्सीजन की मात्रा बढ़ाते हैं जिससे दहन अधिक 'स्वच्छ' होता है।

सीटेन रेटिंग (Cetane Rating) — डीज़ल इंजन

सीटेन संख्या डीज़ल ईंधन की स्व-प्रज्वलन (Self-Ignition) क्षमता को दर्शाने वाली संख्या है। डीज़ल इंजन में स्पार्क प्लग नहीं होता — पहले केवल वायु का उच्च संपीड़न (Compression Ratio ~14:1 से 25:1) होता है, फिर उच्च ताप पर डीज़ल का इंजेक्शन होता है जिससे ईंधन स्वतः प्रज्ज्वलित (Compression Ignition) हो जाता है। इस पैमाने में n-हेक्साडेकेन (Cetane) को 100 तथा अल्फा-मेथिलनैफ्थेलीन को 0 मान दिया गया है। भारत में BS-IV मानक के अंतर्गत न्यूनतम सीटेन संख्या ~48 थी, जो BS-VI (2020 से) में बढ़कर ≥51 कर दी गई है।

4वैकल्पिक/हरित ईंधन — CNG, LPG, बायोडीज़ल, हाइड्रोजन (Alternative & Green Fuels)

जैव ईंधन (Biofuels) एवं इसकी चार पीढ़ियाँ

जैव ईंधन वह ईंधन है जो पौधों, शैवाल तथा पशु अपशिष्ट जैसे जैविक स्रोतों (बायोमास) से प्राप्त किया जाता है। यह पुनःपूर्ति योग्य फीडस्टॉक से बनने के कारण नवीकरणीय ऊर्जा का स्रोत माना जाता है।

जैव ईंधन के प्रमुख प्रकार

• बायोएथेनॉल: गन्ना, मक्का व शर्करा-समृद्ध फसलों से किण्वन (Fermentation) द्वारा प्राप्त। पेट्रोल में मिलाने (E10, E20) पर दहन क्षमता बढ़ती है तथा CO व SOₓ जैसे प्रदूषकों का उत्सर्जन घटता है।
• बायोडीज़ल: सोयाबीन तेल, ताड़ तेल, वनस्पति अपशिष्ट तेल तथा पशु वसा से 'ट्रांसएस्टरीफिकेशन' नामक जैव-रासायनिक प्रक्रिया द्वारा बनाया जाता है — यह जैव-अपघटनीय होता है तथा B5/B20 मिश्रण के रूप में उपयोग होता है।
• बायोगैस: जानवरों-मनुष्यों के मल, कृषि अपशिष्ट के अवायवीय अपघटन से बनती है (मुख्यतः मेथेन व CO₂) — शुद्धिकरण के बाद बायो-CNG के रूप में वाहनों में प्रयुक्त।
• बायोब्यूटेनॉल एवं बायोहाइड्रोजन: बायोब्यूटेनॉल का ऊर्जा घनत्व अन्य विकल्पों से अधिक होता है; बायोहाइड्रोजन के दहन से मुख्यतः जल बनता है तथा कार्बन उत्सर्जन लगभग शून्य होता है — यह फ्यूल-सेल तकनीक की भविष्य की हरित ऊर्जा है।

हाइड्रोजन ईंधन (Hydrogen Fuel)

हाइड्रोजन एक स्वच्छ एवं वैकल्पिक ईंधन स्रोत है। इसे ईंधन सेल में उपयोग करने पर रासायनिक अभिक्रिया द्वारा विद्युत ऊर्जा उत्पन्न होती है तथा उप-उत्पाद के रूप में केवल जल बनता है। हाइड्रोजन को उत्पादन स्रोत के आधार पर विभिन्न 'रंगों' में वर्गीकृत किया जाता है, जो पर्यावरणीय प्रभाव को दर्शाता है।

हाइड्रोजन ईंधन के लाभ एवं सीमाएँ

अन्य वैकल्पिक/भविष्य के ईंधन (संक्षेप में)

• डाइमिथाइल ईथर (DME): संपीड़न प्रज्वलन डीज़ल इंजनों हेतु स्वच्छ वैकल्पिक ईंधन — उच्च सीटेन संख्या, कम कालिख उत्सर्जन। IIT कानपुर ने भारत का पहला 100% DME-चालित ट्रैक्टर विकसित किया है।
• गैसोहॉल (Gasohol): एथेनॉल व पेट्रोल का मिश्रण (सामान्यतः 1:3 अनुपात) — सस्ता, प्रदूषण में कमी।
• कोल बेड मीथेन (CBM): कोयला-लिग्नाइट परतों में अवशोषित मेथेन गैस — स्वच्छ एवं गैर-परंपरागत ऊर्जा स्रोत, भारत में 1997 से CBM नीति लागू है।
• क्लैथ्रेट/मीथेन हाइड्रेट: समुद्र तल पर पाया जाने वाला बर्फ जैसा पदार्थ जिसमें मीथेन जल के अणुओं के जाल में फँसी होती है — भविष्य का संभावित बड़ा ऊर्जा स्रोत।

5भारत की ईंधन नीति एवं नवीनतम आँकड़े (India's Fuel Policy & Latest Data)

E20 इथेनॉल मिश्रित पेट्रोल कार्यक्रम

भारत की राष्ट्रीय जैव ईंधन नीति 2018 (संशोधित 2022) के अंतर्गत मूल रूप से वर्ष 2030 तक 20% इथेनॉल मिश्रण (E20) का लक्ष्य रखा गया था, परंतु भारत ने नवंबर 2025 में ही यह लक्ष्य प्राप्त कर लिया — निर्धारित समय से पूरे 5 वर्ष पहले। 1 अप्रैल 2026 से E20 ईंधन संपूर्ण भारत के सभी राज्यों एवं केंद्रशासित प्रदेशों में अनिवार्य रूप से लागू कर दिया गया है, जिससे भारत विश्व की उन सबसे बड़ी अर्थव्यवस्थाओं में शामिल हो गया है जिन्होंने राष्ट्रव्यापी स्तर पर 20% इथेनॉल-मिश्रित पेट्रोल कार्यक्रम पूर्ण किया है।

राष्ट्रीय हरित हाइड्रोजन मिशन (National Green Hydrogen Mission)

वर्ष 2023 में स्वीकृत इस मिशन का उद्देश्य भारत को हरित हाइड्रोजन उत्पादन, उपयोग एवं निर्यात का वैश्विक केंद्र बनाना है — इसका प्रारंभिक परिव्यय ₹19,744 करोड़ रखा गया है। मिशन के अंतर्गत वर्ष 2030 तक कम-से-कम 5 मिलियन मीट्रिक टन (MMT) प्रतिवर्ष हरित हाइड्रोजन उत्पादन क्षमता तथा लगभग 125 गीगावाट अतिरिक्त नवीकरणीय ऊर्जा क्षमता (जल-इलेक्ट्रोलिसिस हेतु) विकसित करने का लक्ष्य है।

भारत स्टेज-VI (BS-VI) उत्सर्जन मानक

भारत में 1 अप्रैल 2020 से अनिवार्य BS-VI (भारत चरण 6) उत्सर्जन मानक लागू किए गए, जो BS-IV के 50 ppm सल्फर की तुलना में ईंधन में सल्फर की मात्रा को घटाकर मात्र 10 ppm (अति-निम्न सल्फर) तक ले आए — यह लगभग 80% सल्फर की कटौती है। इससे डीज़ल/पेट्रोल वाहनों से हानिकारक कणों (Particulate Matter) एवं नाइट्रोजन ऑक्साइड के उत्सर्जन में उल्लेखनीय कमी आई है, तथा उत्प्रेरक परिवर्तकों (Catalytic Converters) की दक्षता भी बढ़ी है। BS-VI के अंतर्गत वास्तविक समय में उत्सर्जन की निगरानी हेतु ऑन-बोर्ड डायग्नोस्टिक्स (OBD) भी अनिवार्य किया गया है।

मेथनॉल अर्थव्यवस्था कार्यक्रम (Methanol Economy Programme)

नीति आयोग के 'मेथनॉल इकोनॉमी' विज़न का उद्देश्य भारत के विशाल कोयला भंडार, कृषि अवशेष एवं थर्मल पावर प्लांट से निकलने वाली CO₂ का उपयोग कर मेथनॉल एवं डाइमिथाइल ईथर (DME) जैसे स्वच्छ ईंधन बनाना है, जिससे तेल आयात को लगभग 10% तक कम किया जा सके। ONGC तथा CSIR-नेशनल केमिकल लेबोरेटरी (CSIR-NCL) पुणे में DME उत्पादन हेतु एक औद्योगिक पायलट परियोजना स्थापित कर रहे हैं। इस कार्यक्रम की सबसे बड़ी वैज्ञानिक चुनौती भारत के 'उच्च राख वाले कोयले' का गैसीकरण (Gasification) करना है, जो प्रक्रिया को जटिल एवं महँगा बनाता है।

📌 अध्याय सारांश (Chapter Summary)

• ईंधन वे पदार्थ हैं जो दहन से ऊष्मा ऊर्जा देते हैं — ऊष्मा मान (kJ/kg) ईंधन की गुणवत्ता का प्रमुख मापदंड है; दहन त्वरित, मंद अथवा स्वतः हो सकता है।
• जीवाश्म ईंधन तीन प्रमुख हैं — कोयला (पीट→लिग्नाइट→बिटूमिनस→एन्थ्रेसाइट, कार्बन% बढ़ने के क्रम में), पेट्रोलियम (भंजनात्मक आसवन से LPG-पेट्रोल-नैफ्था-केरोसिन-डीज़ल-बिटुमेन में विभाजन) एवं प्राकृतिक गैस (CNG)।
• ऑक्टेन रेटिंग पेट्रोल की नॉकिंग-प्रतिरोध क्षमता मापती है (आइसो-ऑक्टेन=100, n-हेप्टेन=0); सीटेन रेटिंग डीज़ल की स्व-प्रज्वलन क्षमता मापती है — भारत ने XP100 (100-ऑक्टेन पेट्रोल) लॉन्च किया है।
• जैव ईंधन चार पीढ़ियों में विकसित हुए हैं (1G खाद्य फसल → 2G गैर-खाद्य बायोमास → 3G शैवाल → 4G आनुवंशिक संशोधन); हाइड्रोजन ईंधन को ग्रे, ब्लू व ग्रीन में वर्गीकृत किया जाता है।
• भारत ने नवंबर 2025 में E20 इथेनॉल मिश्रण लक्ष्य 5 वर्ष पूर्व प्राप्त किया तथा 1 अप्रैल 2026 से इसे राष्ट्रव्यापी अनिवार्य किया — इससे ₹1.36 लाख करोड़ की विदेशी मुद्रा बचत हुई है।
• राष्ट्रीय हरित हाइड्रोजन मिशन (2023) का लक्ष्य 2030 तक 5 MMT उत्पादन है — मध्य-2026 तक लगभग 8,000 TPA क्षमता चालू हो चुकी है, राजस्थान सहित कई राज्यों में हब विकसित हो रहे हैं।
• BS-VI मानक (2020) ने ईंधन में सल्फर 50 ppm से घटाकर 10 ppm किया — लगभग 80% कटौती, जिससे वायु गुणवत्ता में सुधार हुआ है।
• मेथनॉल अर्थव्यवस्था कार्यक्रम व DME जैसे वैकल्पिक ईंधन भारत के कोयला भंडार व कृषि अवशेष के उपयोग से तेल आयात निर्भरता घटाने के प्रयास हैं।