डायरेक्ट एयर कैप्चर: नई पीढ़ी का रिएक्टर व्यापक उपयोग का मार्ग खोल सकता है

राइस यूनिवर्सिटी के इंजीनियरों ने कार्बन कैप्चर क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण उपलब्धि हासिल की है। उन्होंने एक इलेक्ट्रोकेमिकल रिएक्टर बनाया है, जो हानिकारक उपोत्पाद पैदा किए बिना वातावरण से कार्बन डाइऑक्साइड निकालने की दक्षता बढ़ा सकता है। डायरेक्ट एयर कैप्चर की यह नई विधि भविष्य में शुद्ध-शून्य कार्बन उत्सर्जन के लक्ष्य के करीब पहुँचने में मदद कर सकती है।

उत्सर्जन नई ऊँचाइयों तक पहुँच रहा है जिससे जलवायु आपदाएँ उत्पन्न हो रही हैं

जलवायु की वर्तमान स्थिति का अध्ययन करने वाली BioScience में प्रकाशित एक रिपोर्ट में पाया गया कि दुनिया “अपरिवर्तनीय जलवायु आपदा के कगार पर है”। इसी अध्ययन ने दिखाया कि जीवाश्म ईंधन से होने वाला उत्सर्जन सर्वकालिक उच्च स्तर पर पहुँच गया है। जुलाई 2024 में अब तक के तीन सबसे गर्म दिन दर्ज किए गए। इसके अलावा, 2024 में कई क्षेत्रों में समुद्री सतह के तापमान ने नए रिकॉर्ड बनाए।

ये जलवायु आँकड़े स्पष्ट करते हैं कि सरकारों को अब कदम उठाने चाहिए। सौभाग्य से कई विकल्प उपलब्ध हैं। स्थिरता और नवीकरणीय संसाधनों को बढ़ावा देना इस प्रयास का आधार है। इलेक्ट्रिक वाहनों और वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतों को प्रोत्साहन देने से लेकर संसाधनों की बर्बादी करने वाले निर्माताओं पर कर लगाने तक, अनेक उपाय अपनाए जा सकते हैं।

इस समस्या का कोई एक समाधान नहीं है। तकनीकी प्रगति के साथ लोगों को अपनी आदतें भी बदलनी होंगी। कार्बन कैप्चर, उपयोग और भंडारण (CCUS) जैसी तकनीकों को इन लक्ष्यों तक पहुँचने के प्रमुख साधनों में गिना जाता है।

डायरेक्ट एयर कैप्चर – वर्तमान विधियाँ

दुनिया भर के पर्यावरणविदों के लिए कार्बन उत्सर्जन कम करना प्राथमिकता है। वातावरण से CO2 निकालने की सबसे लोकप्रिय विधि डायरेक्ट एयर कैप्चर मानी जाती है। यह प्रक्रिया कई तरीकों से की जा सकती है। हालाँकि, इनमें या तो ऐसे खतरनाक रसायन इस्तेमाल होते हैं जो उपोत्पाद छोड़ते हैं, या निष्कर्षण पूरा करने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा चाहिए।

सबसे प्रचलित विधियों में रसायनों का उपयोग करके गैस के अणुओं में मौजूद कार्बन और ऑक्सीजन परमाणुओं को विशेष रूप से चुने गए तरल पदार्थों के अन्य यौगिकों से बाँधा जाता है। अलग-अलग सांद्रता वाली मिश्रित गैस धारा से CO2 इन तरल पदार्थों में पहुँचाई जाती है, जहाँ उसके अणु फँस जाते हैं। इसके बाद घोल से CO2 निकालने की प्रक्रिया शुरू होती है।

निष्कर्षण इस प्रक्रिया का सबसे अधिक ऊर्जा खपत वाला चरण है। गैस के प्रकार के आधार पर कई चरणों और विशेष सुविधाओं की आवश्यकता पड़ सकती है। विलायकों से CO2 निकालने की आम विधियों में ऊष्मा, रासायनिक अभिक्रियाएँ और इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रियाएँ शामिल हैं। उपयोग किए गए विलायक का प्रकार भी प्रक्रिया की ऊर्जा आवश्यकता और प्रभावशीलता तय करता है।

एमाइन-आधारित अवशोषक

कार्बन कैप्चर में सबसे प्रचलित विकल्प एमाइन-आधारित अवशोषक हैं। ये बहुत अधिक ऊर्जा खर्च किए बिना CO2 पकड़ सकते हैं। हालाँकि, यह घोल अस्थिर और विषैला होता है, जिससे प्रक्रिया के बाद अतिरिक्त जोखिम तथा भंडारण लागत पैदा होती है।

सोडियम और पोटैशियम हाइड्रॉक्साइड

वैज्ञानिकों ने अपेक्षाकृत कम विषाक्त तरीका भी विकसित किया है, जिसमें सोडियम या पोटैशियम हाइड्रॉक्साइड को अवशोषक विलायक बनाया जाता है। इससे CO2 और विलायक के बीच मजबूत बंध बनते हैं। समस्या यह है कि इन्हें तोड़कर कार्बन छोड़ने के लिए बहुत अधिक ऊष्मा चाहिए। इसलिए यह तरीका महँगा है और इसमें विशेष उपकरणों की आवश्यकता होती है।

डायरेक्ट एयर कैप्चर PSE रिएक्टर अध्ययन

मौजूदा तकनीकों की सीमाओं और अधिक टिकाऊ तथा आसानी से एकीकृत किए जा सकने वाले समाधान की आवश्यकता को देखते हुए, राइस यूनिवर्सिटी के इंजीनियरों ने कमरे के तापमान पर काम करने वाला पहला डायरेक्ट एयर कैप्चर उपकरण बनाने पर काम किया। टीम ने अपने निष्कर्ष Nature Energy¹ में प्रकाशित किए।

रिपोर्ट में PSE, यानी छिद्रयुक्त ठोस इलेक्ट्रोलाइट रिएक्टर प्रस्तुत किया गया है। यह इलेक्ट्रोकेमिकल पुनर्जनन उपकरण ऊष्मा या अन्य महँगे तरीकों के बजाय विद्युत ऊर्जा से हवा से कार्बन अलग करता है। इसकी छिद्रयुक्त ठोस इलेक्ट्रोलाइट परत शोधकर्ताओं को विद्युत इनपुट अनुकूलित करने देती है। यह इनपुट आयनों की गति और द्रव्यमान स्थानांतरण को नियंत्रित करता है, जिससे रसायनों के बजाय विद्युत धारा की सहायता से CO2 अणुओं को अलग किया जाता है।

डायरेक्ट एयर कैप्चर PSE रिएक्टर परीक्षण परिणाम

रिएक्टर ने बिना ऊष्मा के CO2 अलग करने की क्षमता प्रदर्शित की। इसकी मॉड्यूलर तीन-कक्षीय संरचना क्षारीय अवशोषक और उच्च-शुद्धता वाली कार्बन डाइऑक्साइड को अलग-अलग कक्षों में अलग करती है। टीम ने पाया कि रिएक्टर NaHCO3/Na2CO3 घोलों को चुनिंदा ढंग से अलग कर सकता है और इसकी कैप्चर क्षमता 90% है। इसमें बहुत कम ऊर्जा लगी और विभिन्न मिश्रणों में भी इसका प्रदर्शन स्थिर रहा।

हाइड्रोजन उत्पादन

रिपोर्ट के अनुसार, इस प्रक्रिया में हाइड्रोजन का सह-उत्पादन भी किया जा सकता है। हाइड्रोजन ईंधन पहले से उपकरण चलाने, घर गर्म करने और अन्य कामों में इस्तेमाल होता है। हाइड्रोजन फ़्यूल सेल स्वच्छ और कुशलता से बिजली बना सकते हैं। इसलिए उन्हें स्थिरता बढ़ाने के टीम के व्यापक लक्ष्य में शामिल करना उपयोगी हो सकता है।

डायरेक्ट एयर कैप्चर PSE रिएक्टर द्वारा बाजार में लाए गए लाभ

इस शोध के कई लाभ हैं। पूरी परियोजना पहले से उपलब्ध और परखी हुई तकनीकों पर आधारित है, जिससे इसे व्यवहार में लाना आसान होता है। हाइड्रोजन फ़्यूल सेल जैसे उत्पाद एक दशक से व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। इसलिए एकीकरण, नए उपयोगकर्ताओं का प्रशिक्षण और प्रक्रिया में सुधार सरल हो सकते हैं।

लागत-प्रभावी

PSE रिएक्टर का एक और बड़ा लाभ इसकी कम निर्माण और परिचालन लागत है। अधिक ऊष्मा माँगने वाले या संसाधनों की बर्बादी करने वाले विकल्पों की तुलना में कंपनियाँ इससे लागत बचा सकती हैं। इसलिए कई लोग इसे उत्सर्जन कैप्चर की कीमत कम करने की दिशा में महत्वपूर्ण कदम मानते हैं।

ऊर्जा बाधाओं को कम करना

कम ऊर्जा खपत का एक और लाभ यह है कि तकनीक का उपयोग अधिक क्षेत्रों और उद्योगों में किया जा सकता है। रिपोर्ट ने इसकी कम ऊर्जा आवश्यकता पर प्रकाश डाला, जिससे भविष्य में कंपनियों की बड़ी बचत संभव हो सकती है।

विस्तार की क्षमता

विस्तार की क्षमता भी महत्वपूर्ण है। PSE रिएक्टर मौजूदा CO2 प्रसंस्करण संयंत्रों जैसी विशाल ढाँचागत निवेश आवश्यकता के बिना अच्छे कैप्चर परिणाम दे सकता है। इसलिए यह समाधान वर्तमान अर्थव्यवस्था के लिए अधिक उपयुक्त हो सकता है।

स्वच्छ

PSE रिएक्टर के प्रमुख लाभों में इसकी स्वच्छ प्रसंस्करण क्षमता शामिल है। रिपोर्ट ने दिखाया कि यह अपशिष्ट उपोत्पाद छोड़े बिना CO2 अलग कर सकता है। ये परिणाम नई विधि की टिकाऊपन संबंधी क्षमता दर्शाते हैं।

लचीलापन

विभिन्न पर्यावरणीय परिस्थितियों में PSE रिएक्टर के प्रदर्शन का परीक्षण किया गया। यह अलग-अलग कैथोड और एनोड अभिक्रियाओं के अनुकूल पाया गया, जिससे अधिकांश परिस्थितियों में डायरेक्ट एयर कैप्चर के लिए इसकी उपयोगिता का संकेत मिलता है।

एकीकरण

CO2 कैप्चर की अधिकतर विधियों को मौजूदा प्रणालियों में जोड़ना कठिन होता है। यह नया तरीका ऊष्मा या रसायनों की आवश्यकता हटाकर एकीकरण का समय घटा सकता है। पूरी तरह विद्युत-आधारित उपकरण को व्यवसायों की प्रणालियों में शामिल करना पुराने विकल्पों की तुलना में आसान है, जिससे इसका व्यापक उपयोग संभव हो सकता है।

शोधकर्ता

राइस यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं Xiao Zhang, Zhiwei Fang, Peng Zhu, Yang Xia और Haotian Wang ने परियोजना का नेतृत्व किया। Wang कई वर्षों से डीकार्बोनाइज़ेशन पर काम कर रहे हैं। अब टीम परीक्षण का विस्तार कर यह देखना चाहती है कि उपकरण औद्योगिक पैमाने पर कैसे काम करता है।

डायरेक्ट एयर कार्बन कैप्चर अनुसंधान अध्ययन से लाभान्वित हो सकने वाली कंपनियाँ

कार्बन कैप्चर क्षेत्र का विस्तार जारी है और इसमें काम करने वाली कंपनियों में रुचि बढ़ी है। अधिक बार होने वाली प्राकृतिक आपदाएँ और कार्बन टैक्स जैसे पर्यावरण-केंद्रित कानूनों में विधायकों की नई रुचि उपयुक्त स्थिति वाली कंपनियों के लिए अवसर पैदा कर रही हैं।

NET Power Inc

NPWR मूल्य चार्ट

उत्तरी कैरोलाइना की नवीकरणीय ऊर्जा कंपनी NET Power Inc (NPWR )

की स्थापना 2010 में ऐसा विद्युत टर्बाइन बनाने के लिए हुई थी जो वायु उत्सर्जन न करे। रणनीतिक निवेशकों और शोधकर्ताओं के सहयोग से कंपनी अपने लक्ष्य में सफल हुई। आज यह उच्च-दाब वाली सुपरक्रिटिकल CO2 से चलने वाले टर्बाइनों के प्रमुख प्रदाताओं में है।

ये उपकरण परिचालन लागत घटाने और वायु प्रदूषण समाप्त करने के लिए CO2 उत्सर्जन को दोबारा परिसंचारित करते हैं। परियोजना सफल रही है और कई लोग इसे AI प्रणालियों की वजह से बिजली ग्रिड पर बढ़ती माँग की तैयारी में महत्वपूर्ण कदम मानते हैं।

NET Power Inc. को Occidental, Baker Hughes (BKR ), Constellation और SK Group का समर्थन प्राप्त है। यह नेटवर्क और बिजली उत्पादन का नवीन तरीका कंपनी को स्वच्छ ऊर्जा क्षेत्र में निवेश चाहने वाले ट्रेडरों के लिए आकर्षक बनाते हैं।

Aker Carbon Capture

Aker Carbon Capture व्यावसायिक CO2 कैप्चर उपकरणों का प्रमुख आपूर्तिकर्ता है। परियोजना अगस्त 2020 में शुरू हुई और यह निवेश कंपनी Aker Horizons की सहायक कंपनी है। Aker Horizons ऐसी स्वच्छ-तकनीक कंपनियों को विकसित करने पर ध्यान देती है जो बाज़ार को बदल सकती हैं।

Aker Carbon Capture ने उतार-चढ़ाव देखे हैं। इसे सीमेंट संयंत्र के लिए दुनिया का पहला कार्बन कैप्चर और भंडारण अनुबंध मिला। अगस्त 2024 में इसे अमेरिका के लुगदी और कागज़ कारखाने के लिए बड़े पैमाने का कार्बन कैप्चर संयंत्र डिज़ाइन और एकीकृत करने का अनुबंध प्राप्त हुआ।

Aker Carbon Capture का शेयर, जो केवल OTC बाज़ार में उपलब्ध है, पिछले कुछ वर्षों में लगातार गिरा। हालाँकि, तीसरी तिमाही के हालिया परिणामों में कंपनी के पास 4.5 अरब NOK नकद और 5.5 अरब NOK की मजबूत इक्विटी स्थिति दिखाई गई।

यह वृद्धि SLB के साथ रणनीतिक साझेदारी से हुई, जिससे SLB Capture का गठन हुआ। विश्लेषक इस साझेदारी को ACC.OL के लिए “खरीद” का संकेत मानते हैं और कंपनी को बढ़ती कार्बन कैप्चर अर्थव्यवस्था में अच्छी स्थिति में देखते हैं।

डायरेक्ट एयर कैप्चर में सुधार हरित अर्थव्यवस्था को बढ़ावा दे सकता है

नवीकरणीय ऊर्जा और टिकाऊ प्रक्रियाओं के साथ डायरेक्ट एयर कैप्चर के लाभ देखते हुए समझ आता है कि कई लोग इसे गंभीर जलवायु संकट रोकने का प्रमुख तरीका क्यों मानते हैं। यह नया शोध CO2 कैप्चर को आगे बढ़ाता है और उपकरणों को एक नए पैमाने पर लागू करने की संभावना खोलता है। अब तकनीक परीक्षण के अगले चरण और उसके बाद तैनाती की दिशा में बढ़ सकती है।

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अध्ययन संदर्भ:

^{1. Zhang, X., Fang, Z., Zhu, P., et al. (2025). एक छिद्रयुक्त ठोस इलेक्ट्रोलाइट रिएक्टर में (बायो)कार्बोनेट से उच्च शुद्धता वाले CO₂ का इलेक्ट्रोकेमिकल पुनर्जनन, कुशल कार्बन कैप्चर के लिए. Nature Energy, 10(1), 55–65. https://doi.org/10.1038/s41560-024-01654-z}