CO2 को पकड़ने के वैकल्पिक समाधान

CO2 को पकड़ना वैश्विक तापमान में वृद्धि के कारण हमारे जलवायु को होने वाले नुकसान को सफलतापूर्वक उलटने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। हालांकि, मानव सभ्यता जो आदर्श रूप से हासिल करना चाहती है और वास्तविकता के बीच एक संघर्ष है। पेरिस समझौते ने औद्योगिक पूर्व स्तरों से 2°C से नीचे वैश्विक औसत तापमान वृद्धि को रखने के लिए एक वैश्विक प्रतिबद्धता चिह्नित की।

फॉसिल ईंधनों से दूर हटकर वृद्धि को 1.5 डिग्री सेल्सियस तक सीमित करने के लिए ईमानदार प्रयास आवश्यक थे, फिर भी कोयला और गैस से चलने वाले बिजली संयंत्र वैश्विक विद्युत क्षेत्र में प्रमुख बने हुए हैं, जैसा कि अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी (IEA) रिपोर्ट करती है।International Energy Association (IEA). 

वास्तव में, नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों की ओर अधिक सक्रिय रूप से बढ़ने के वैश्विक प्रयासों के बावजूद, 2000 से जीवाश्म ईंधन से उत्पन्न बिजली में 70% की वृद्धि हुई है। कोयला अभी भी बिजली उत्पादन का सबसे बड़ा ईंधन स्रोत है, जो 38% है, इसके बाद गैस लगभग 20% है।

वैश्विक स्तर पर लागू नीतियां मौजूदा कोयला-आधारित बिजली संयंत्रों और आज निर्मित होने वाले संयंत्रों से उत्सर्जन की समस्या को सुलझाने के लिए तत्पर हैं। फिर भी, CO2 उत्सर्जन में कमी या घटाव यह गारंटी नहीं देता कि गर्मी-फँसाने वाले कार्बन की अनुपस्थिति होगी। IEA का सुझाव है कि मौजूदा कोयला-आधारित बेड़े से CO2 उत्सर्जन लगभग 40% घटने के बाद भी, 2040 में वार्षिक उत्सर्जन अभी भी 6 गीगाटन CO2 प्रति वर्ष रहेगा।

ऐसे परिदृश्य में, केवल उत्सर्जन को कम करके हमारे जलवायु लक्ष्य हासिल करना संभव नहीं होगा। कार्बन को पकड़ने के लिए वैकल्पिक समाधान आवश्यक होंगे ताकि इसे बड़े पैमाने पर उपयोग और संग्रहित किया जा सके। लेकिन, इन समाधानों को समग्र रूप से व्यवहार्य, लागत-प्रभावी और दीर्घकालिक रूप से टिकाऊ होना चाहिए।

हाल ही में, ACS Energy Letters जर्नल में 1 मई को प्रकाशित एक अध्ययन में, CU Boulder के शोधकर्ताओं और सहयोगियों ने बताया कि कई इंजीनियर कार्बन को पकड़ने के लिए जो लोकप्रिय दृष्टिकोण अपना रहे हैं, वह विफल रहेगा।

हालांकि, शोधकर्ताओं की टीम, जिसमें कोलोराडो के गोल्डन में स्थित नेशनल रिन्यूएबल एनर्जी लैबोरेटरी और नीदरलैंड्स के डेल्फ्ट यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी के वैज्ञानिक शामिल हैं, ने केवल मौजूदा प्रणाली की खामियों को उजागर करने तक सीमित नहीं रहे, बल्कि कार्बन को न केवल पकड़ने बल्कि इसे ईंधन में बदलने के लिए एक वैकल्पिक और अधिक स्थायी समाधान की सिफारिश की।

आने वाले भागों में, हम देखेंगे कि मूल समाधान ने क्या सुझाया, उसकी खामियां क्या थीं, और कैसे उन खामियों को एक वैकल्पिक समाधान के साथ सुधारा जा सकता है!

कार्बन को पकड़ने के लिए मूल समाधान

मूल समाधान से हमारा अभिप्राय उन सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले डायरेक्ट एयर कैप्चर तरीकों में से एक है, जिसमें एयर कॉन्टैक्टर्स शामिल होते हैं, जो बड़े पंखे होते हैं जो हवा को एक बेसिक लिक्विड से भरे चेंबर में खींचते हैं। चूंकि CO2 रासायनिक रूप से अम्लीय है, बेसिक लिक्विड इससे बंधता और प्रतिक्रिया करता है जिससे कार्बोनेट या बाइकार्बोनेट बनता है।

कार्बोनेट या बाइकार्बोनेट में फँसे CO2 को इंजीनियर लिक्विड से अलग करके प्लास्टिक, कार्बोनेटेड ड्रिंक्स आदि जैसे उत्पादों में बदल सकते हैं। यदि इन कार्बोनेट और बाइकार्बोनेट को आगे प्रोसेस किया जाए, तो वे घरों को ऊर्जा देने और संभावित रूप से हवाई जहाज़ों को चलाने के लिए ईंधन के रूप में भी कार्य कर सकते हैं। दूसरी ओर, बेसिक लिक्विड फिर से चेंबर में लौटकर अधिक CO2 को पकड़ता है।

हालांकि यह समाधान कार्बन को पकड़ने और आगे उपयोग के लिए अपसाइक्लिंग करने का एक उत्तम तरीका प्रतीत होता है, लेकिन इसमें एक समस्या मौजूद है।

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मूल समाधान की समस्या

समस्या इस बात में निहित है कि कार्बोनेट या बाइकार्बोनेट को लिक्विड से कैसे अलग किया जाता है। फँसे हुए CO2 को मुक्त करने के लिए कंपनियों को कार्बोनेट और बाइकार्बोनेट समाधान को कम से कम 900˚C (1,652° F) तक गर्म करना पड़ता है। यह वह तापमान है जिसे सौर और पवन जैसी नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत प्राप्त नहीं कर सकते। इसलिए, इस तापमान को हासिल करने के लिए प्राकृतिक गैस या शुद्ध मीथेन जैसे फॉसिल-आधारित ईंधनों को जलाना आवश्यक है।

जब इस समस्या के बारे में बात कर रहे थे प्रणाली में छिपी, Wilson Smith, जो CU Boulder में रासायनिक और जैविक अभियांत्रिकी विभाग के प्रोफेसर और Renewable and Sustainable Energy Institute के फेलो हैं, ने निम्नलिखित कहा, जो मूल रूप से समस्या का सार प्रस्तुत करता है:

“यदि हमें CO2 को पकड़ने के लिए CO2 को मुक्त करना पड़े, तो यह कार्बन कैप्चर के पूरे उद्देश्य को नष्ट कर देता है।”

अच्छी बात यह है कि शोधकर्ताओं ने कार्य से आगे बढ़कर काम किया। प्रणाली की खामियों को उजागर करने के अलावा, उन्होंने एक वैकल्पिक समाधान सुझाया जो इस अंतर को दूर कर सकता है।

मूल समाधान के लिए वैकल्पिक उपचार

शोधकर्ताओं ने समस्या को ठीक करने के लिए रिएक्टिव कैप्चर प्रक्रिया को लागू करने का सुझाव दिया। हालांकि, उन्होंने रिएक्टिव कैप्चर प्रक्रिया के पारंपरिक क्षेत्र में बदलाव करने की सिफारिश की।

रिएक्टिव कैप्चर, अपने पारंपरिक रूप में, वह प्रक्रिया है जिसमें कार्बोनेट और बाइकार्बोनेट समाधानों पर बिजली लागू की जाती है, जिससे चेंबर में CO2 और बेसिक लिक्विड अलग हो जाते हैं। इसे एक क्लोज़्ड-लूप सिस्टम भी कहा जाता है जो अपने पुनर्चक्रित लिक्विड रूप में अधिक CO2 को पकड़ सकता है।

हालांकि, इस मामले में, शोधकर्ताओं ने एक कमी नोट की। उन्होंने देखा कि औद्योगिक सेटिंग में, बिजली बेसिक लिक्विड को पुनः उत्पन्न करके हवा से अधिक CO2 को फिर से पकड़ने में अपर्याप्त होगी। मूल रूप में यह प्रक्रिया इतनी अक्षम होगी कि कार्बन कैप्चर और पुनर्जनन के पाँच चक्रों के बाद, बेसिक लिक्विड मुश्किल से ही हवा से कोई CO2 निकाल पाएगा।

शोधकर्ताओं ने प्रक्रिया में इलेक्ट्रोडायलेसिस जोड़ने की सिफारिश की। यह विधि कई लाभ प्रदान करती है। मुख्यतः, यह नवीकरणीय बिजली पर चल सकती है। अतिरिक्त रूप से, यह अधिक पानी को अम्लीय और बेसिक आयनों में विभाजित कर सकती है, जिससे बेसिक लिक्विड की अधिक CO2 अवशोषित करने की क्षमता बनी रहती है। Wilson Smith ने इस टीम की उपलब्धि को “एक तकनीक से कई समस्याओं का समाधान” कहा, और यह सही है!

जबकि शोधकर्ताओं का कार्य नई समाधान नवाचार करना और मौजूदा को अधिक दक्षता के लिए परिष्कृत करना है, कंपनियों और व्यवसायों की भी एक जिम्मेदारी है, और कई कंपनियां इस जिम्मेदारी को पूरा करने में उत्कृष्ट कार्य कर रही हैं। नीचे के भागों में, हम कुछ ऐसी कंपनियों को देखेंगे जिन्होंने इस क्षेत्र में नवाचारी, कुशल समाधान प्रस्तुत किए हैं।

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#1. Graphyte

Graphyte खुद को दुनिया का पहला और एकमात्र कार्बन डाइऑक्साइड हटाने वाला समाधान बताता है जो टिकाऊ, किफायती और तुरंत स्केलेबल है। टिकाऊपन के संदर्भ में, Graphyte का दावा है कि उसके समाधान एक हजार साल से अधिक समय तक कार्बन डाइऑक्साइड को हटाने में सक्षम हैं।

किफायतीपन के संदर्भ में, कंपनी अपने समाधान को US$100 प्रति टन से कम के स्तरित उत्पादन लागत पर उपलब्ध कराती है और स्केलेबिलिटी में, कंपनी का दावा है कि वह ऐसे स्तर तक स्केल कर सकती है जहाँ अरबों टन कार्बन को हटाना संभव हो।

Graphyte की विशिष्ट विधि कार्बन कास्टिंग के दृष्टिकोण का पालन करती है, जो आसानी से उपलब्ध बायोमास, जैसे लकड़ी और कृषि कार्यों के अवशेषों, का उपयोग करती है। Graphyte इस बायोमास को सुखाकर और संपीड़ित करके घने कार्बन ब्लॉकों में बदलता है। ये ब्लॉक एक पर्यावरणीय रूप से सुरक्षित अपरिचलित बाधा के साथ आते हैं जो अत्याधुनिक भूमिगत साइटों में सुरक्षित भंडारण सुनिश्चित करती है।

Graphyte की विधि के बारे में बात करते हुए, कंपनी के संस्थापक और CEO Barclay Rogers ने निम्नलिखित कहा:

“कार्बन कास्टिंग प्रकृति को CO2 को पकड़ने का काम कुशलता से करने देती है, फिर इंजीनियरिंग तकनीकों का उपयोग करके इसे जलवायु-प्रासंगिक समयावधियों के लिए संग्रहीत करती है। यह एक समाधान है जिसे कहीं भी लागू किया जा सकता है, जो बाजार को बदल देगा, और सबसे महत्वपूर्ण बात, यह ग्रह को बचाने में मदद करेगा।”

कार्बन कास्टिंग बायोमास में पकड़े गए लगभग सभी कार्बन को बनाए रख सकता है और बहुत कम ऊर्जा का उपभोग करता है। यह कार्बन हटाने की एक कम लागत लेकिन टिकाऊ प्रक्रिया है जो प्रकाशसंश्लेषण को व्यावहारिक इंजीनियरिंग के साथ संयोजित करती है।

Graphyte की संभावनाओं ने इसे निवेशक समुदाय का भरोसा और विश्वसनीयता दिलाई है। इसने कुल US$30 मिलियन की सीरीज़ ए फंडिंग राउंड पूरी की। यह राउंड Prelude Ventures और Carbon Direct Capital द्वारा संयुक्त रूप से नेतृत्व किया गया और इसमें वर्तमान निवेशकों जैसे Breathable Energy Ventures और Overture के योगदान भी शामिल थे।

जबकि Graphyte जैसी इक्विटी-फंडेड नवाचारी उद्यमों ने अपने नई पीढ़ी के समाधान प्रस्तुत किए हैं, Linde जैसी स्थापित सार्वजनिक कंपनियां भी एडसॉर्प्शन-आधारित कार्बन कैप्चर और कार्बन-डाइऑक्साइड रिकवरी में प्रवेश कर चुकी हैं।

#2. Linde

HISORP® CC एडसॉर्प्शन-आधारित कार्बन कैप्चर समाधान, Linde के कार्बन कैप्चर पोर्टफोलियो में नवीनतम जोड़, उसके परीक्षणित प्रेशर स्विंग एडसॉर्प्शन (PSA) और मेम्ब्रेन तकनीकों को पूरक करता है।

HISORP CC समाधान विभिन्न CO2 फीड सांद्रता की विस्तृत रेंज में प्रक्रिया गैसों से CO2 को अलग करता है। यह कई Linde तकनीकों का उपयोग करता है, जिसमें प्रेशर स्विंग एडसॉर्प्शन (PSA), क्रायोजेनिक विभाजन, और संपीड़न शामिल हैं, जिससे 99% से अधिक, सटीक रूप से 99.7% की कैप्चर दर प्राप्त होती है।

इस समाधान का एक प्रमुख लाभ यह है कि यह नवीकरणीय स्रोतों से प्राप्त ऊर्जा पर चलता है। पुनर्जनन प्रक्रिया को भाप की आवश्यकता नहीं होती, जिससे न्यूनतम कार्बन फुटप्रिंट सुनिश्चित होता है।

इसके अलावा, HISORP CC एक कम-CAPEX और कम-OPEX तकनीक है जिसमें न्यूनतम विशिष्ट ऊर्जा खपत दर है और सॉल्वेंट प्रबंधन, मेकअप और हैंडलिंग के लिए लगभग कोई अतिरिक्त लागत नहीं लगती।

Linde ने सुनिश्चित किया है कि यह तकनीक व्यापक रूप से संगत और समावेशी बनी रहे ताकि इसे Linde के सभी समाधान, जैसे स्टीम मीथेन रिफॉर्मिंग (SMR), ऑटो थर्मल रिफॉर्मिंग (ATR), पार्टियल ऑक्सीकरण (POX), या गैसिफिकेशन, के साथ जोड़ा जा सके। यह मौजूदा और नए संयंत्रों में SMR, POX और ATR के एकीकरण के लिए अनुकूल है, यहां तक कि बढ़ी हुई हाइड्रोजन उत्पादन के साथ भी।

2023 में, Linde, एक प्रमुख वैश्विक औद्योगिक गैस और इंजीनियरिंग कंपनी के रूप में, ने US$33 बिलियन की बिक्री दर्ज की।

जबकि कंपनियां अपने उद्देश्यों के प्रति प्रतिबद्ध हैं, कंपनियों और अनुसंधान संस्थानों के बीच सीखना और आदान-प्रदान परस्पर है। निष्कर्ष भाग में, हम इस क्षेत्र में तकनीकी अनुसंधान को देखेंगे जो कार्बन कैप्चर के भविष्य को अधिक प्रभावी और कुशल बनाकर बदल सकता है।

कार्बन कैप्चर का भविष्य: परिवर्तनकारी क्षमता वाला एक उपकरण

जुलाई 2024 में, शोधकर्ताओं के एक समूह ने सोर्बेंट-आधारित कार्बन कैप्चर को तेज करने के लिए एक समग्र प्लेटफ़ॉर्म प्रस्तावित किया। उन्होंने इस प्लेटफ़ॉर्म का नाम PrISMa रखा, जिसका अर्थ है Process-Informed Design of tailor-made Sorbent Materials। 

यह प्लेटफ़ॉर्म कार्बन कैप्चर तकनीकों के बड़े पैमाने पर तैनाती को अधिक कार्बन-कुशल बनाने का प्रयास करता है। इसने टुकड़े-टुकड़े घटकों और उन्हें लागू करने वाले लोगों को एक छत्र के तहत लाने पर ज़ोर दिया। 

जबकि रसायनज्ञ पहले सामग्री डिजाइन पर और इंजीनियर प्रक्रियाओं के अनुकूलन पर ध्यान केंद्रित करते थे, PrISMa प्लेटफ़ॉर्म ने सामग्री, प्रक्रिया डिजाइन, तकनीकी-आर्थिक और जीवन-चक्र मूल्यांकन को एकीकृत किया। इसने विभिन्न तकनीकों का उपयोग करके 5 वैश्विक क्षेत्रों में विभिन्न स्रोतों से CO2 पकड़ने के 60 से अधिक केस स्टडी की तुलना की। 

फिर इसने विभिन्न हितधारकों को तकनीकों, प्रक्रिया विन्यासों और स्थानों की लागत-प्रभावशीलता के बारे में एक साथ सूचित किया। इसने शीर्ष प्रदर्शन करने वाले सोर्बेंट्स की आणविक विशेषताओं को भी उजागर किया और पर्यावरणीय प्रभावों, सह-लाभों और समझौतों पर कार्यात्मक अंतर्दृष्टि प्रदान की। अंतिम आउटपुट का लक्ष्य शुरुआती शोध चरण में हितधारकों को एकजुट करना था, जिससे शून्य-शुद्ध उत्सर्जन की दिशा में कार्बन-कैप्चर तकनीक के विकास को तेज किया जा सके। 

PrISMa विकसित करने वाले वैज्ञानिक, EPFL के Berend Smit और Heriot-Watt University की Susana Garcia, इस विधि की वास्तविक जीवन में उपयोगिता के बारे में अत्यधिक आशावादी हैं। प्रोफेसर Berend Smit के अनुसार:

“यह नवाचारी दृष्टिकोण कार्बन कैप्चर के लिए शीर्ष प्रदर्शन करने वाली सामग्रियों की खोज को तेज करता है, पारंपरिक ट्रायल-एंड-एरर विधियों से आगे निकलता है।”

PrISMa भविष्य के लिए महत्वपूर्ण संभावनाएं रखता है। प्रयोगात्मक डेटा और आणविक सिमुलेशन का उपयोग करके, यह संभावित सोर्बेंट सामग्रियों की एडसॉर्प्शन विशेषताओं की भविष्यवाणी कर सकता है। 

यह अंततः डेवलपर समुदाय को सूचित विकल्प बनाने में सक्षम बना देगा। PrISMa की प्रक्रिया परत की विशेषताएं वैज्ञानिकों को प्रक्रिया प्रदर्शन पैरामीटर, जैसे शुद्धता, पुनर्प्राप्ति, और ऊर्जा आवश्यकताओं की गणना करने में मदद करके कार्बन कैप्चर समाधानों के प्रदर्शन को मापने और बेंचमार्क करने में सक्षम बनाती हैं। 

कोई भी वैज्ञानिक या तकनीकी समाधान को सफल या असफल बनाने वाला एक महत्वपूर्ण पैरामीटर उसकी आर्थिक व्यवहार्यता है। Prisma कार्बन कैप्चर प्लांट की आर्थिक और तकनीकी व्यवहार्यता का मूल्यांकन कर सकता है। अंत में, यह प्लांट के पूरे जीवन चक्र में पर्यावरणीय प्रभावों का आकलन कर सकता है, जिससे व्यापक स्थिरता सुनिश्चित होती है। 

समग्र रूप से, PrISMa क्रांतिकारी या परिवर्तनकारी से कम नहीं है। 

हमने अपनी चर्चा एक व्यापक रूप से अपनाए गए समाधान से शुरू की जो अपर्याप्त और आत्म-विरोधी पाया गया। अब, वैज्ञानिक समुदाय के पास PrISMa होने से, ऐसे समाधान तैयार करना संभव होगा जो पर्यावरणीय रूप से कुशल, स्केलेबल और शून्य दिन से लागत-प्रभावी हों। 

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