नए खोजे गए फोटोकेटालिटिक पदार्थों के साथ कार्बन डाइऑक्साइड समस्याओं का समाधान

वैश्विक कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन की मात्रा आज हम जिस सबसे गंभीर चुनौती का सामना कर रहे हैं, वह है। ये उत्सर्जन विशेष रूप से पिछले 75 वर्षों में अस्तित्व-धमकी बनते हुए बढ़े हैं। 

1950 में, विश्व ने 6 बिलियन टन उत्सर्जित किया कार्बन डाइऑक्साइड का। 1990 तक, 1990, यह 20 बिलियन टन हो गया था। और अब यह 35 बिलियन टन से अधिक है। संयुक्त राज्य अकेले 1751 से लगभग 400 बिलियन टन कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जित कर चुका है, जो अब तक के कुल उत्सर्जन का लगभग एक-चौथाई है। 1751 से, वैश्विक संचयी कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन 1.5 ट्रिलियन टन रहा है। 

कार्बन डाइऑक्साइड कई स्रोतों से आ सकता है, जैसे जीवाश्म ईंधन का जलना, जंगल की आग, ज्वालामुखी विस्फोट आदि। यह हानिकारक है क्योंकि यह एक गर्मी-फँसाने वाला गैस है। कार्बन डाइऑक्साइड और अन्य ग्रीनहाउस गैसें एक कंबल या ढक्कन बनाती हैं जो गर्मी को फँसाती हैं, जिसे ग्रह अन्यथा अंतरिक्ष में विकिरणित कर सकता था। 

और भी चिंताजनक यह है कि कार्बन डाइऑक्साइड की गर्मी-फँसाने की क्षमता अत्यंत बड़ी है, और वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड की थोड़ी मात्रा भी विशाल मात्रा में गर्मी को फँसा सकती है। वह 35 बिलियन टन से अधिक का उत्सर्जन आंकड़ा, जिसके बारे में हमने चर्चा की, केवल कार्बन डाइऑक्साइड की उपस्थिति के कारण है, जो कि वायुमंडल का 0.04%। 

“यदि मेरे आकार का कोई व्यक्ति दो बीयर पीता है, तो उसका रक्त अल्कोहल स्तर लगभग 0.04 प्रतिशत होगा।” 

हालाँकि, वह फिर हमें याद दिलाते हैं कि किसी पदार्थ की छोटी मात्रा भी अपरिवर्तनीय प्रतिकूल परिणाम ला सकती है। वह आगे कहते हैं: 

“एक व्यक्ति को ज़हर देने के लिए इतना सीयानाइड नहीं चाहिए। यह इस बात पर निर्भर करता है कि वह विशिष्ट पदार्थ बड़े सिस्टम के साथ कैसे अंतःक्रिया करता है और वह सिस्टम को कैसे प्रभावित करता है।”

इसलिए, कार्बन डाइऑक्साइड और अन्य ग्रीनहाउस गैसों की गर्मी-फँसाने वाली विशेषताएँ एक ऐसी खतरा हैं जिन्हें अत्यधिक तात्कालिकता और ईमानदारी से निपटना आवश्यक है। 

क्लाइमेट और क्लीन एयर कोएलिशन, एक यूएनईपी-सम्प्रेषित पहल, इस तात्कालिकता को सबसे स्पष्ट शब्दों में स्वीकार करती है। यह कहती है: 

“हम 2 डिग्री सेल्सियस से नीचे तापमान बढ़ने को रोकने के लिए समय समाप्त होते देख रहे हैं।”

ड्यूरवुड ज़ैलेके, समिति के अध्यक्ष और इंस्टीट्यूट फॉर गवर्नेंस एंड इंटरनेशनल डेवलपमेंट (IGSD) के अध्यक्ष के अनुसार:

“हम जलवायु परिवर्तन जैसी तेज़ गति वाली समस्या को धीमी गति वाले समाधान से हल नहीं कर सकते। गति हमारा नया मानक है—2030 तक एसएलसीपी को कम करने की गति, 2050 तक स्वच्छ ऊर्जा और शून्य शुद्ध उत्सर्जन हासिल करने की गति, और हमने पहले ही उत्सर्जित किए हुए कार्बन डाइऑक्साइड का बढ़ता हिस्सा हटाने की गति।”

ज़ैलेके लक्ष्य को आगे इस प्रकार परिभाषित करते हैं:  

“एसएलसीपी को कम करने से मध्य शताब्दी तक 0.6 डिग्री तापमान वृद्धि से बचा जा सकता है और यदि हम तापमान वृद्धि को 1.5 डिग्री तक सीमित रखना चाहते हैं तो इसका एक महत्वपूर्ण भूमिका है।”

यहाँ, एसएलसीपी का अर्थ अल्पकालिक जलवायु प्रदूषक है। कार्बन डाइऑक्साइड समस्याओं का समाधान वर्तमान समय की आवश्यकता है। अभूतपूर्व तात्कालिकता को पूरा करना नवाचारी समाधानों के बिना संभव नहीं होगा। अगले भागों में, हम ऐसे नवाचारी तरीकों पर चर्चा करेंगे जो हाल ही में उभरे हैं। 

शोधकर्ता कार्बन डाइऑक्साइड को सतत ईंधन में बदलने का तरीका दिखाते हैं

नोटिंगहैम विश्वविद्यालय के स्कूल ऑफ़ केमिस्ट्री, बर्मिंघम विश्वविद्यालय, क्वींसलैंड विश्वविद्यालय और उल्म विश्वविद्यालय के प्रतिनिधियों सहित एक अंतरराष्ट्रीय शोधकर्ता टीम ने एक सामग्री डिज़ाइन की जो नई हरित ईंधनों के उत्पादन में एक महत्वपूर्ण और निर्णायक रूप माना जा सकता है।

सामग्री के बारे में अधिक

यह सामग्री तांबे को नैनोक्रिस्टलीन कार्बन नाइट्राइड पर एंकर करके प्राप्त की गई है। तांबे के परमाणु नैनोक्रिस्टलीन संरचना के भीतर स्थित होते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉनों को कार्बन नाइट्राइड से कार्बन डाइऑक्साइड तक स्थानांतरित होने की अनुमति मिलती है। यह गति सौर प्रकाश के तहत कार्बन डाइऑक्साइड से मेथनॉल उत्पादन में महत्वपूर्ण है। 

यदि यह सफलतापूर्वक पैमाने पर लागू हो जाता है, तो यह प्रक्रिया कार्बन डाइऑक्साइड द्वारा उत्पन्न खतरों से निपटने की सबसे महत्वपूर्ण समस्याओं में से एक को हल करेगी।

कार्बन डाइऑक्साइड, जो वैश्विक तापमान वृद्धि का सबसे प्रमुख कारण है, उपयोगी उत्पादों में परिवर्तित किया जा सकता है। हालांकि, अब तक, इन परिवर्तन प्रक्रियाओं के लिए हमें जीवाश्म ईंधन-आधारित हाइड्रोजन पर निर्भर रहना पड़ा है। सौर ऊर्जा पहली बार उपयोग में लाई जा रही है।

यह शोध वैकल्पिक विधियों के विकास की आवश्यकता को सिद्ध करता है, जो फोटो और इलेक्ट्रोकैटालिसिस पर आधारित हैं, और सतत सौर ऊर्जा तथा जल की प्रचुरता का प्रभावी उपयोग करते हैं।

डॉ. मदासामी थंगामुथु, स्कूल ऑफ़ केमिस्ट्री के एक शोध सहयोगी के अनुसार: 

“फोटोकेटालिसिस में उपयोग किए जाने वाले विभिन्न सामग्रियों की बड़ी विविधता है। यह महत्वपूर्ण है कि फोटोकेटालिस्ट प्रकाश को अवशोषित करे और चार्ज कैरियर्स को उच्च दक्षता के साथ अलग करे। हमारे दृष्टिकोण में, हम सामग्री को नैनोस्केल पर नियंत्रित करते हैं। हमने कार्बन नाइट्राइड का एक नया रूप विकसित किया है जिसमें क्रिस्टलीय नैनोस्केल डोमेन्स हैं जो प्रकाश के साथ प्रभावी अंतःक्रिया और पर्याप्त चार्ज विभाजन की अनुमति देते हैं।”

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प्रक्रिया के बारे में अधिक

शोध में उपयोग की गई हीटिंग प्रक्रिया ने सुनिश्चित किया कि कार्बन नाइट्राइड आवश्यक क्रिस्टलीय स्तर तक पहुँच जाए, जो फोटोकेटालिसिस की संभावनाओं को अधिकतम करने के लिए आवश्यक है। इस प्रक्रिया में मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग का उपयोग करके तांबा डिपोज़ किया गया, बिना सॉल्वेंट्स के। सॉल्वेंट्स की अनुपस्थिति ने अर्धचालक और धातु परमाणुओं के बीच घनिष्ठ संपर्क को संभव बनाया।

टारा लेमेरसिएर, नोटिंगहैम विश्वविद्यालय स्कूल ऑफ़ केमिस्ट्री की पीएचडी छात्रा के अनुसार: 

“भले ही तांबा न हो, कार्बन नाइट्राइड का नया रूप पारंपरिक कार्बन नाइट्राइड से 44 गुना अधिक सक्रिय है। हालांकि, हमारी आश्चर्य की बात यह थी कि केवल 1 ग्राम कार्बन नाइट्राइड पर 1 मिलीग्राम तांबा जोड़ने से इस दक्षता को चार गुना बढ़ा दिया गया। सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि चयनशीलता मीथेन (एक और ग्रीनहाउस गैस) से बदलकर मेथनॉल, एक मूल्यवान हरित ईंधन, हो गई।”

समग्र रूप से, यह प्रयोग अग्रणी था क्योंकि इसने केवल सतत तत्वों से बने उत्प्रेरकों का उपयोग किया। स्कूल ऑफ़ केमिस्ट्री के प्रोफेसर एंड्रेई ख्लोबिस्टोव के अनुसार: 

“कार्बन डाइऑक्साइड वैलोराइज़ेशन यूके के शून्य-शुद्ध लक्ष्य को प्राप्त करने की कुंजी रखता है। इस महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया के लिए हमारे उत्प्रेरक सामग्री की स्थिरता सुनिश्चित करना अत्यंत महत्वपूर्ण है। नए उत्प्रेरक का बड़ा लाभ यह है कि यह सतत तत्वों—कार्बन, नाइट्रोजन और तांबा—से बना है, जो हमारे ग्रह पर अत्यधिक प्रचुर मात्रा में उपलब्ध हैं।”

दुनिया भर की कंपनियां कार्बन को हरित ऊर्जा में बदलने पर काम कर रही हैं। इन कंपनियों में से कुछ ने हमें वास्तव में रोमांचक, नवाचारी और प्रभावी समाधान प्रदान किए हैं। 

#1. Climeworks

Climeworks अपने प्रत्यक्ष वायु कैप्चर और स्टोरेज सुविधाओं के लिए जाना जाता है, जो वायु से कार्बन डाइऑक्साइड को हटाते हैं। अपने कार्बन हटाने वाली सुविधाओं को संचालित करने के अलावा, Climeworks अन्य संगठनों के साथ साझेदारी करके वैश्विक शून्य-शुद्ध रणनीति के लिए उच्च-गुणवत्ता वाले समाधान का पूर्ण पोर्टफ़ोलियो सुरक्षित करता है।

कंपनी विश्व भर में सक्रिय है और विशिष्ट आवश्यकताओं के अनुसार विविध समाधान प्रदान करती है। उदाहरण के लिए, आइसलैंड में, कंपनी अपने स्टोरेज साझेदार Carbfix की मदद से कार्बन डाइऑक्साइड को गहराई में भूमिगत ले जाती है और इसे बेसाल्ट चट्टान के साथ प्राकृतिक प्रक्रिया के माध्यम से प्रतिक्रिया कराती है, जिससे हानिकारक उत्सर्जन पत्थर में बदल जाता है और 10,000 वर्षों से अधिक समय तक सुरक्षित रूप से संलग्न रहता है।

संयुक्त राज्य में, Climeworks ने संयुक्त राज्य ऊर्जा विभाग के रीजनल DAC हब्स कार्यक्रम के तहत तीन परियोजनाओं की घोषणा की है। प्रोजेक्ट सायप्रस, जिसमें Climeworks एक विकास साझेदार रहा है, प्रत्यक्ष वायु कैप्चर विधि को लागू करेगा ताकि अतिरिक्त कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) को वायुमंडल से हटाया जा सके और दीर्घकालिक रूप से तूफान, सूखा और बाढ़ जैसी अत्यधिक मौसम घटनाओं को रोकने में मदद मिल सके।

ज़्यूरिख, स्विट्ज़रलैंड में, Climeworks ने एक सुविधा विकसित की है जो कार्बन-न्यूट्रल सब्जियों के उत्पादन में मदद करती है। इसकी प्रत्यक्ष वायु कैप्चर प्लांट गैस को ग्रीनहाउस में पंप करती है, जिससे पौधों की प्रकाशसंश्लेषण बढ़ती है और उपज में 20% तक वृद्धि होती है। Climeworks का कहना है कि वह वर्ष में लगभग 900 टन CO2 को वायु से निकालने की योजना बना रहा है।

कार्बन रिमूवल सेंटर के मैट लुकास के अनुसार: 

“वायु से CO2 को पकड़ने वाली तकनीकों, जैसे Climeworks की इकाइयों, में सौर, पवन और बैटरियों जैसी फैक्ट्री-निर्मित उत्पादों के समान तीव्र मूल्य गिरावट की संभावना है।”

9 अप्रैल 2024 को, Climeworks ने2.2 million CHF (26m NOK) नॉर्वेजियन फंडिंग के रूप में प्राप्त किया, जो Enova, नॉर्वे सरकार के जलवायु और पर्यावरण मंत्रालय द्वारा स्वामित्व वाली राज्य उद्यम है। 

दो साल पहले, Climeworks नेCHF 600 मिलियन की इक्विटी राउंड पर हस्ताक्षर किए (USD 650 मिलियन)। निवेशकों की सूची में कई प्रसिद्ध और बड़े संस्थागत प्रौद्योगिकी और बुनियादी ढांचा निवेशक शामिल थे।

#2. Heirloom Carbon

Heirloom Carbon ने संयुक्त राज्य में पहली व्यावसायिक प्रत्यक्ष वायु कैप्चर सुविधा बनाई है। पूरी तरह नवीकरणीय ऊर्जा द्वारा संचालित, यह सुविधा स्थायी रूप से वायुमंडल से कार्बन डाइऑक्साइड को हटाती है। 

यह कार्बन खनिजीकरण प्रक्रिया का उपयोग करता है, जहाँ चूना पत्थर—प्राकृतिक कार्बन सिंक—समय के साथ बड़ी मात्रा में CO2 को पकड़ते हैं। पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में पाए जाने वाले चूना पत्थर कई वर्षों में वायुमंडल से विशाल मात्रा में CO2 को पकड़ सकता है। और Heirloom Carbon की तकनीक इस प्रक्रिया को कुछ ही दिनों में तेज़ कर देती है।

Heirloom की तकनीक के कई लाभ हैं। यह स्थायी रूप से कार्बन डाइऑक्साइड को हटाती है, जिससे गैस हमेशा के लिए भूमिगत सुरक्षित रूप से संग्रहीत रहती है। Heirloom की सेवाओं का पर्यावरणीय पदचिह्न न्यूनतम है, क्योंकि इसकी सुविधाएं प्रति वर्ग मीटर 50 टन CO2 हटा सकती हैं और इन्हें अक्रियभूमि पर स्थापित किया जा सकता है।

समय के साथ, Heirloom मानता है कि उसकी सेवाएं लागत-प्रभावी बन जाएंगी, और 2035 तक उसके कार्बन हटाने के क्रेडिट प्रति टन कार्बन डाइऑक्साइड US$100 से कम की लागत पर होंगे। 

अप्रैल 2022 में, Heirloom ने जुटाया US$ 1 मिलियन को Mask Foundation और XPRIZE से अनुदान के रूप में। मार्च 17, 2022 को Heirloom ने AENU और अन्य कई निवेशकों से सीरीज़ A में US$ 53 मिलियन जुटाए। जून 2021 में, Heirloom ने नेशनल साइंस फाउंडेशन से US$255,737 का अनुदान प्राप्त किया।

कार्बन उत्सर्जन को व्यापक रूप से निपटने की योजना पर ध्यान

ऐसी योजना कार्बन उत्सर्जन के पूरे जीवनचक्र को देखती है और इसे सबसे समझदार, साइट-ऑप्टिमाइज़्ड, कुशल तरीके से हर जगह निपटने की योजना बनाती है। उदाहरण के लिए, Climate TRACE जैसी समाधान उपग्रहों और मशीन लर्निंग के माध्यम से वैश्विक उत्सर्जन हॉटस्पॉट की पहचान करने में मदद करती हैं। दूसरी ओर, CarbonChain जैसी कंपनियां आपूर्ति श्रृंखला में उत्सर्जन को कम करने में मदद करती हैं, कंपनियों को उनके वर्तमान उत्सर्जन का प्रोफ़ाइल बनाने और कृत्रिम बुद्धिमत्ता के उपयोग से उन्हें कम करने के तरीकों को खोजने में सहायता करती हैं। ऊर्जा रिसाव की पहचान भी इस व्यापक योजना का हिस्सा है।

पहचान प्रक्रिया पूरी होने के बाद, कार्बन डाइऑक्साइड समस्याओं को निपटने के तीन संभावित तरीके हैं। पहला तरीका कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन से आगे के जलवायु नुकसान को रोकने पर केंद्रित है। दूसरा तरीका ऊर्जा दक्षता को बढ़ाने से संबंधित है ताकि हम जीवाश्म ईंधनों पर अपनी निर्भरता को कम कर सकें। तीसरा तरीका, जो इन तीनों में सबसे महत्वाकांक्षी है, पहले से हुए नुकसान को उलटने का प्रयास करता है।

विशिष्ट समाधान के रूप में, कई विचार विकसित हुए हैं। वैज्ञानिकों ने ऐसे पौधों या समुद्री शैवाल की खेती का समर्थन किया है जो वायुमंडल से CO2 को अवशोषित कर सकते हैं, साथ ही वे नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत के रूप में भी काम कर सकते हैं। अधिक क्रांतिकारी और मूलभूत नवाचार प्रयोगों में नई पॉलिमर शामिल हैं जो सौर ऊर्जा एकत्र कर सकते हैं। ये पॉलिमर फिर कपड़ों पर लागू किए जा सकते हैं ताकि हमारे वस्त्र हरे और मोबाइल ऊर्जा स्रोत बन सकें।

वर्षों के दौरान, नुकसान उलटने के क्षेत्र में कई आकर्षक अनुप्रयोग और समाधान विकसित किए गए हैं। उदाहरण के लिए, वैज्ञानिक कार्बन-आधारित कंक्रीट पर काम कर रहे हैं जो औद्योगिक निकास से CO2 को सिंथेटिक चूना पत्थर में बदलता है, जो कंक्रीट का एक मुख्य घटक है। इस संदर्भ में, हमें याद रखना चाहिए कि कंक्रीट का उत्पादन विश्व के CO2 उत्सर्जन का 4% से 8% तक योगदान देता है।

कार्बन-खाने वाली फसलों, कार्बन-सेक्वेस्ट्रिंग उर्वरकों और कई अन्य चीजों को विकसित करने के लिए काम जारी है। 

इन सभी नवाचारों के साथ, हमें सुनिश्चित करना चाहिए कि कुल मिलाकर 2030 तक 1990 स्तरों से 55% या अधिक की कमी और 2050 तक जलवायु-न्यूट्रलिटी लक्ष्य प्राप्त हो। जबकि बहुत कुछ करना बाकी है जीवाश्म ईंधन से स्वच्छ, नवीकरणीय ऊर्जा में परिवर्तन के क्षेत्रों में, वैश्विक सहयोग को भी प्रभावी ढंग से वनस्पति कटाव को रोकने, भूमि को सतत रूप से उपयोग करने, और प्रकृति को पुनर्स्थापित करने में काम करना चाहिए।

स्थायी प्रयास अंततः हमें वायुमंडल में जारी किए गए ग्रीनहाउस गैसों की मात्रा को हमारे जंगलों, महासागरों, और मिट्टी में इन गैसों के कैप्चर और भंडारण के साथ संतुलित करने में मदद करेंगे।