CO2 को पकड़ने के लिए वैकल्पिक समाधान

ग्लोबल वार्मिंग से हमारी जलवायु पर होने वाले नुकसान को सफलतापूर्वक उलटने के लिए CO2 को रोकना बहुत ज़रूरी है। हालाँकि, मानव सभ्यता जो हासिल करना चाहती है और ज़मीनी हकीकत के बीच टकराव है। पेरिस समझौते ने वैश्विक औसत तापमान में वृद्धि को पूर्व-औद्योगिक स्तरों से 2°C से नीचे रखने की वैश्विक प्रतिबद्धता को चिह्नित किया। 

हालांकि जीवाश्म ईंधन से दूरी बनाकर तापमान वृद्धि को 1.5 डिग्री सेल्सियस तक सीमित रखने के लिए गंभीर प्रयासों की आवश्यकता थी, लेकिन कोयला और गैस से चलने वाले बिजली संयंत्र वैश्विक बिजली क्षेत्र पर हावी हैं, ऐसा रिपोर्ट में बताया गया है। अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा संघ (आईईए). 

वास्तव में, नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों की ओर तेजी से बढ़ने के वैश्विक अभियान के बावजूद, जीवाश्म ईंधन से उत्पादित बिजली में 70 के बाद से 2000% की वृद्धि हुई है। कोयला 38% के साथ बिजली उत्पादन के लिए सबसे बड़ा ईंधन स्रोत बना हुआ है, जिसके बाद गैस लगभग 20% के साथ दूसरे स्थान पर है। 

वैश्विक स्तर पर क्रियान्वित की जा रही नीतियां मौजूदा कोयला आधारित बिजली संयंत्रों और अन्य बिजली संयंत्रों से होने वाले उत्सर्जन के मुद्दे से निपटने के लिए उत्सुक हैं। बनाया जा रहा है आज। फिर भी, CO2 उत्सर्जन में कमी या गिरावट गर्मी को रोकने वाले कार्बन की अनुपस्थिति की गारंटी नहीं देती है। IEA का सुझाव है कि मौजूदा कोयला-चालित बेड़े से CO2 उत्सर्जन में लगभग 40% की कमी आने के बाद भी, 6 में वार्षिक उत्सर्जन अभी भी 2 GtCO2040 प्रति वर्ष होगा।

ऐसे में, केवल उत्सर्जन कम करके हमारे जलवायु लक्ष्यों को पूरा करना संभव नहीं होगा। कार्बन को पकड़ने के लिए वैकल्पिक समाधानों की आवश्यकता होगी ताकि इसका उपयोग किया जा सके और बड़े पैमाने पर संग्रहीत किया जा सके। लेकिन, इन समाधानों को समग्र रूप से व्यवहार्य, लागत प्रभावी और लंबे समय में व्यवहार्य होना चाहिए। 

हाल ही में, में एक अध्ययन प्रकाशित 1 मई को एसीएस एनर्जी लेटर्स पत्रिका में सीयू बोल्डर के शोधकर्ताओं और सहयोगियों ने खुलासा किया कि कार्बन को पकड़ने के लिए कई इंजीनियरों द्वारा खोजा जा रहा लोकप्रिय तरीका विफल हो जाएगा। 

हालांकि, शोधकर्ताओं की टीम, जिसमें कोलोराडो के गोल्डन स्थित राष्ट्रीय अक्षय ऊर्जा प्रयोगशाला और नीदरलैंड के डेल्फ़्ट प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय में कार्यरत वैज्ञानिक शामिल थे, ने मौजूदा प्रणाली में दोष की ओर इशारा करने तक ही सीमित नहीं रहा, बल्कि कार्बन को न केवल पकड़ने, बल्कि उसे ईंधन में परिवर्तित करने के लिए एक वैकल्पिक और अधिक टिकाऊ समाधान की भी सिफारिश की। 

आगामी खंडों में हम देखेंगे कि मूल समाधान में क्या सुझाव दिया गया था, इसकी खामियां क्या थीं, तथा इसे कैसे सुधारा गया उन खामियों को सुधारा जा सकता है एक वैकल्पिक समाधान के साथ!

कार्बन को पकड़ने का मूल समाधान

मूल समाधान से हमारा तात्पर्य सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किए जाने वाले प्रत्यक्ष वायु कैप्चर दृष्टिकोणों में से एक से है जिसमें वायु संपर्ककर्ता शामिल होते हैं, जो विशाल पंखे होते हैं जो एक मूल तरल से भरे कक्ष में हवा खींचते हैं। चूँकि CO2 अपनी रासायनिक प्रकृति में अम्लीय है, इसलिए मूल तरल कार्बोनेट या बाइकार्बोनेट बनाने के लिए इसके साथ जुड़ता है और प्रतिक्रिया करता है।

कार्बोनेट या बाइकार्बोनेट में फंसी CO2 के साथ, इंजीनियर इसे तरल से अलग कर सकते हैं और इसे प्लास्टिक, कार्बोनेटेड पेय आदि जैसे उत्पादों में बदल सकते हैं। यदि ये कार्बोनेट और बाइकार्बोनेट आगे की प्रक्रिया से गुजरते हैं, तो वे घरों और संभावित रूप से हवाई जहाज़ों को चलाने के लिए ईंधन के रूप में भी काम कर सकते हैं। दूसरी ओर, मूल तरल अधिक CO2 को पकड़ने के लिए कक्ष में वापस आ जाता है। 

यद्यपि समाधान कार्बन को पकड़ने और आगे उपयोग के लिए इसे पुनःचक्रित करने की एक उत्तम व्यवस्था प्रतीत होती है, फिर भी इसमें एक समस्या विद्यमान है।

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मूल समाधान में समस्या

समस्या यह है कि कार्बोनेट या बाइकार्बोनेट अलग हो गया है तरल पदार्थ से कार्बन डाइऑक्साइड को बाहर निकालने के लिए कंपनियों को कार्बोनेट और बाइकार्बोनेट घोल को कम से कम 2˚C (900° F) तक गर्म करना पड़ता है। इस यह एक ऐसा तापमान है जिसे सौर और पवन जैसे नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत प्राप्त नहीं कर सकते। और इसलिए, इस तापमान को प्राप्त करने के लिए प्राकृतिक गैस या शुद्ध मीथेन जैसे जीवाश्म-आधारित ईंधन को जलाने की आवश्यकता होती है।

इस कैच के बारे में बोलते हुए सिस्टम में छिपा हुआ, विल्सन स्मिथ, रासायनिक और जैविक इंजीनियरिंग विभाग में एक प्रोफेसर और एक साथी अक्षय और सतत ऊर्जा संस्थान सी.यू. बोल्डर में, उन्होंने निम्नलिखित बातें कहीं, जो मूलतः समस्या का सारांश प्रस्तुत करती हैं:

"यदि हमें CO2 को पकड़ने के लिए CO2 छोड़नी पड़े, तो इससे कार्बन कैप्चर का पूरा उद्देश्य ही ख़त्म हो जाएगा।"

 अच्छी बात यह है कि शोधकर्ताओं ने अपने काम से कहीं आगे बढ़कर काम किया। सिस्टम की खामियों को इंगित करने के अलावा, उन्होंने एक ऐसा विकल्प सुझाया जो विसंगति को दूर कर सकता है। 

मूल समाधान के लिए वैकल्पिक इलाज

शोधकर्ताओं ने इस समस्या के समाधान के लिए रिएक्टिव कैप्चर प्रक्रिया को लागू करने का सुझाव दिया। हालाँकि, उन्होंने रिएक्टिव कैप्चर प्रक्रिया के पारंपरिक दायरे में बदलाव करने की भी सिफ़ारिश की। 

रिएक्टिव कैप्चर, अपने पारंपरिक रूप में, एक ऐसी प्रक्रिया को संदर्भित करता है जिसमें कार्बोनेट और बाइकार्बोनेट घोल पर बिजली लगाई जाती है, जिससे चैम्बर में CO2 और बेसिक लिक्विड अलग हो जाते हैं। इसे क्लोज्ड-लूप सिस्टम भी कहा जाता है जो अपने रिसाइकिल किए गए लिक्विड फॉर्म में ज़्यादा CO2 को कैप्चर कर सकता है। 

हालांकि, इस मामले में, शोधकर्ताओं ने एक खामी देखी। उन्होंने देखा कि औद्योगिक सेटिंग में, हवा से अधिक CO2 को फिर से पकड़ने के लिए मूल तरल को पुनर्जीवित करने में बिजली कम पड़ जाएगी। यह अपने मूल रूप में इतनी अक्षम प्रक्रिया होगी कि कार्बन कैप्चर और पुनर्जनन के पांच चक्रों के बाद, मूल तरल शायद ही हवा से किसी भी CO2 को खींचने में सक्षम होगा। 

शोधकर्ताओं ने इस प्रक्रिया में इलेक्ट्रोडायलिसिस को एक समाधान के रूप में शामिल करने की सिफ़ारिश की। इस विधि के कई लाभ हैं। मुख्यतः, यह नवीकरणीय बिजली पर काम कर सकती है। इसके अतिरिक्त, यह अधिक पानी को अम्लीय और क्षारीय आयनों में विभाजित कर सकती है, जिससे क्षारीय द्रव की अधिक CO2 अवशोषित करने की क्षमता बनी रहती है। विल्सन स्मिथ ने इस टीम की उपलब्धि को "एक तकनीक से कई समस्याओं का समाधान" कहा, और यह सही भी है!

हालांकि नए समाधान खोजना और मौजूदा समाधानों को बेहतर बनाना शोधकर्ताओं का काम है, ताकि कार्यकुशलता बढ़े, लेकिन कंपनियों और व्यवसायों की भी जिम्मेदारी है और कई कंपनियां उस जिम्मेदारी को पूरा करने में बहुत अच्छा काम कर रही हैं। नीचे दिए गए खंडों में, हम देखेंगे ऐसी कुछ कंपनियां हैं जो इस क्षेत्र में नवीन, कुशल समाधान लेकर आई हैं। 

यह जानने के लिए यहां क्लिक करें कि क्या महासागरों में कार्बन को रोकना एक व्यवहार्य समाधान है।

1. ग्रेफाइट

ग्रैफाइट खुद को दुनिया का पहला और एकमात्र कार्बन डाइऑक्साइड निष्कासन समाधान मानता है जो टिकाऊ, किफ़ायती और तुरंत स्केलेबल है। टिकाऊपन के मामले में, ग्रैफाइट का दावा है कि उसके समाधान एक हज़ार साल से भी ज़्यादा समय तक कार्बन डाइऑक्साइड को हटाने में सक्षम हैं।

सामर्थ्य के संदर्भ में, कंपनी अपने समाधान 100 अमेरिकी डॉलर प्रति टन से कम की स्तरीय उत्पादन लागत पर उपलब्ध कराती है और स्केलेबिलिटी के मामले में, कंपनी का दावा है कि वह ऐसे स्तर तक स्केल करने में सक्षम है, जहां अरबों टन कार्बन को हटाना एक साध्य संभावना है। 

ग्रेफाइट की विशिष्ट विधि कार्बन कास्टिंग के दृष्टिकोण का अनुसरण करता है, जो आसानी से उपलब्ध बायोमास का लाभ उठाता है, जैसे कि लकड़ी और खेती के कार्यों से अवशेष। ग्रैफ़ाइट सूख जाता है और इस बायोमास को संपीड़ित करके इसे घने कार्बन ब्लॉक में बदल देता है। ये ब्लॉक पर्यावरण की दृष्टि से सुरक्षित अभेद्य अवरोध के साथ आते हैं जो अत्याधुनिक भूमिगत स्थलों में सुरक्षित भंडारण सुनिश्चित करता है। 

ग्रैफाइट की विधि के बारे में बोलते हुए, कंपनी के संस्थापक और सीईओ बार्कले रोजर्स ने निम्नलिखित कहा:

"कार्बन कास्टिंग प्रकृति को CO2 को कुशलतापूर्वक ग्रहण करने का कार्य करने में सक्षम बनाती है, और फिर इंजीनियरिंग तकनीकों का लाभ उठाकर उसे जलवायु-संबंधित समय-सीमाओं के लिए संग्रहीत करती है। यह एक ऐसा समाधान है जिसे कहीं भी लागू किया जा सकता है, जो बाज़ार को बदल देगा, और इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि यह ग्रह को बचाने में मदद करेगा।" 

कार्बन कास्टिंग बायोमास में कैद लगभग सभी कार्बन को बनाए रख सकती है और बहुत कम ऊर्जा की खपत करती है। यह कार्बन हटाने की एक कम लागत वाली लेकिन टिकाऊ प्रक्रिया है जो प्रकाश संश्लेषण को व्यावहारिक इंजीनियरिंग के साथ जोड़ती है। 

ग्रैफाइट की क्षमता ने इसे निवेशक समुदाय का विश्वास और विश्वसनीयता अर्जित करने में मदद की है। इसने अपना सीरीज ए फंडिंग राउंड कुल 30 मिलियन अमेरिकी डॉलर। इस दौर का नेतृत्व प्रील्यूड वेंचर्स और कार्बन डायरेक्ट कैपिटल ने संयुक्त रूप से किया और इसमें ब्रीथेबल एनर्जी वेंचर्स और ओवरचर जैसे मौजूदा निवेशकों का योगदान भी शामिल था। 

जबकि ग्रैफाइट जैसी इक्विटी-वित्तपोषित नवीन उद्यम अपने नए युग के समाधानों के साथ उभरे हैं, वहीं लिंडे जैसी अच्छी तरह से स्थापित सार्वजनिक कंपनियां भी हैं जो अवशोषण-आधारित कार्बन कैप्चर और कार्बन-डाई-ऑक्साइड रिकवरी के क्षेत्र में आगे आई हैं। 

2. लिंडे

RSI HISORP® CC सोखना-आधारित कार्बन कैप्चर समाधानलिंडे के कार्बन कैप्चर पोर्टफोलियो में नवीनतम उत्पाद, इसकी आजमाई हुई और परखी हुई प्रेशर स्विंग एडसोर्प्शन (पीएसए) और मेम्ब्रेन प्रौद्योगिकियों का पूरक है। 

HISORP CC समाधान CO2 फीड सांद्रता की एक विस्तृत श्रृंखला में प्रक्रिया गैसों से CO2 को अलग करता है। यह 99% से अधिक, सटीक रूप से 99.7%, की कैप्चर दर प्राप्त करने के लिए प्रेशर स्विंग एडसोर्प्शन (PSA), क्रायोजेनिक पृथक्करण और संपीड़न सहित कई लिंडे प्रौद्योगिकियों का लाभ उठाता है। 

इस समाधान का सबसे बड़ा लाभ यह है कि यह नवीकरणीय स्रोतों से प्राप्त ऊर्जा पर चलता है। पुनर्जनन प्रक्रिया में भाप की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे न्यूनतम कार्बन उत्सर्जन सुनिश्चित होता है। 

इसके अलावा, HISORP CC एक कम-CAPEX और कम-OPEX तकनीक है जिसमें न्यूनतम विशिष्ट ऊर्जा खपत दर है और यह विलायक प्रबंधन, मेकअप के लिए लगभग बिना किसी अतिरिक्त लागत के उपलब्ध है। और हैंडलिंग। 

लिंडे ने सुनिश्चित किया है कि यह तकनीक व्यापक रूप से संगत और समावेशी बनी रहे ताकि इसे लिंडे समाधानों के पूर्ण स्पेक्ट्रम के साथ जोड़ा जा सके, जिसमें स्टीम मीथेन रिफॉर्मिंग (एसएमआर), ऑटो थर्मल रिफॉर्मिंग (एटीआर), आंशिक ऑक्सीकरण (पीओएक्स), या गैसीकरण शामिल है। यह एसएमआर, पीओएक्स और एटीआर के लिए मौजूदा और नए संयंत्रों में एकीकरण के लिए अनुकूल है, यहां तक ​​कि हाइड्रोजन उत्पादन में वृद्धि के साथ भी।

2023 में, लिंडे, एक अग्रणी वैश्विक औद्योगिक गैस और इंजीनियरिंग कंपनी के रूप में, पंजीकृत हुई 33 बिलियन अमेरिकी डॉलर की बिक्री. 

जबकि कंपनियाँ अपने उद्देश्यों के प्रति प्रतिबद्ध हैं, कंपनियों और शोध संस्थानों के बीच सीखना और आदान-प्रदान पारस्परिक है। अंतिम खंड में, हम इस क्षेत्र में तकनीकी शोध पर नज़र डालते हैं जो इसे और अधिक प्रभावी और कुशल बनाकर कार्बन कैप्चर के भविष्य को बदल सकता है। 

कार्बन कैप्चर का भविष्य: परिवर्तनकारी क्षमता वाला एक उपकरण

जुलाई 2024 में, शोधकर्ताओं के एक समूह ने एक समग्र मंच का प्रस्ताव रखा सोरबेंट-आधारित कार्बन कैप्चर में तेजी लानाउन्होंने इस प्लेटफॉर्म का नाम PrISMa रखा, जिसका अर्थ है प्रोसेस-इंफॉर्म्ड डिजाइन ऑफ टेलर-मेड सोरबेंट मैटेरियल्स। 

इस मंच ने कार्बन कैप्चर तकनीकों के बड़े पैमाने पर इस्तेमाल को और अधिक कार्बन कुशल बनाने का प्रयास किया। इसने खंडित घटकों और उन्हें लागू करने वालों को एक छतरी के नीचे लाने पर जोर दिया। 

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

इसके बाद इसने विभिन्न हितधारकों को प्रौद्योगिकियों, प्रक्रिया विन्यास और स्थानों की लागत-प्रभावशीलता के बारे में एक साथ जानकारी दी। इसने शीर्ष प्रदर्शन करने वाले सोरबेंट्स की आणविक विशेषताओं का भी खुलासा किया और पर्यावरणीय प्रभावों, सह-लाभों और व्यापार-नापसंदों पर कार्रवाई योग्य अंतर्दृष्टि प्रदान की। अंतिम आउटपुट का उद्देश्य शुरुआती शोध चरण में हितधारकों को एकजुट करना था, जिससे शुद्ध-शून्य दुनिया की दौड़ में कार्बन-कैप्चर तकनीक के विकास में तेजी आए।

प्रिस्मा के विकास के लिए जिम्मेदार वैज्ञानिकईपीएफएल के बेरेंड स्मिट और हेरियट-वॉट विश्वविद्यालय की सुज़ाना गार्सिया, इस पद्धति की वास्तविक जीवन में उपयोगिता के बारे में अत्यधिक आशावादी हैं। प्रोफेसर बेरेन्ड स्मिट के अनुसार:

"यह अभिनव दृष्टिकोण पारंपरिक परीक्षण और त्रुटि विधियों को पार करते हुए, कार्बन कैप्चर के लिए शीर्ष प्रदर्शन करने वाली सामग्रियों की खोज को गति देता है।"

PrISMa में भविष्य के लिए महत्वपूर्ण संभावनाएं हैं। प्रायोगिक डेटा और आणविक सिमुलेशन का उपयोग करके, यह संभावित सोरबेंट सामग्रियों के सोखने के गुणों की भविष्यवाणी कर सकता है। 

इससे अंततः डेवलपर समुदाय को सूचित निर्णय लेने में सक्षम होने में मदद मिलेगी। PrISMa के प्रक्रिया परत गुण, वैज्ञानिकों को प्रक्रिया प्रदर्शन मापदंडों, जैसे शुद्धता, पुनर्प्राप्ति और ऊर्जा आवश्यकताओं की गणना करने में मदद करके कार्बन कैप्चर समाधानों के प्रदर्शन को मापना और बेंचमार्क करना संभव बनाते हैं।

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

कुल मिलाकर, प्रिस्मा क्रांतिकारी या परिवर्तनकारी से कम नहीं है। 

हमने अपनी चर्चा एक व्यापक रूप से अपनाए गए समाधान से शुरू की मिला था अपर्याप्त और आत्म-पराजित होने के लिए। अब, वैज्ञानिक समुदाय के पास PrISMa होने के कारण, ऐसे समाधान तैयार करना संभव होगा जो पर्यावरण की दृष्टि से कुशल, मापनीय और लागत-प्रभावी हों।

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