भू-तापीय और निष्क्रिय ग्रीनहाउस – खेती में कार्बन उत्सर्जन को कम करना

प्रचुरता की पर्यावरणीय कीमत

आधुनिक जीवन की एक सुविधा साल भर ताज़ी उपज मिलना है। बाहर बर्फ और पाला होने पर भी दुकानों में टमाटर, सलाद की पत्तियाँ और फल उपलब्ध रहते हैं। यह लेख 2023 के दृष्टिकोण से ग्रीनहाउस तकनीकों और उदाहरणों की समीक्षा करता है।

इनके उत्पादन और परिवहन से काफ़ी कार्बन उत्सर्जन हो सकता है। आयातित उपज जहाज़ों और सड़कों से आती है; कुछ जल्दी खराब होने वाली वस्तुएँ हवाई मार्ग से भी आती हैं। अधिकांश उपज के विमान से आने का दावा सही नहीं है। दूसरी उपज गर्म किए गए ग्रीनहाउस में उगती है, जिनमें अक्सर प्राकृतिक गैस या प्रोपेन इस्तेमाल होता है। उत्सर्जन उत्पादन और परिवहन दोनों पर निर्भर है।

एक विकल्प मौसमी और भंडारण योग्य खाद्य पदार्थों का अधिक उपयोग है। ठंडे क्षेत्रों में पुरानी पीढ़ियाँ सर्दियों में प्याज़, आलू, गाजर, चीज़, अचार तथा नमक लगे या धुएँ में संरक्षित मांस पर निर्भर रहती थीं। फिर भी कई उपभोक्ता आज की विविधता चाहते हैं।

ग्रीनहाउस का बेहतर डिज़ाइन और सूर्य तथा मिट्टी की ऊष्मा का समझदारी से उपयोग सर्दियों की खेती में जीवाश्म ईंधन की आवश्यकता घटा सकता है।

निष्क्रिय ग्रीनहाउस

ग्रीनहाउस सूर्य का प्रकाश अंदर आने देता है, पौधों को हवा से बचाता है और ऊष्मा की हानि सीमित करता है। इससे उगाने का मौसम लंबा और तापमान अधिक अनुकूल हो सकता है। अमेरिका, कनाडा और यूरोप के ठंडे क्षेत्रों में टमाटर और शिमला मिर्च जैसी फसलों के लिए यह उपयोगी है, पर हर जगह और हर मौसम में अनिवार्य नहीं।

सौर विकिरण से ग्रीनहाउस का गर्म होना — स्रोत: Hydroponics simplified

निष्क्रिय ग्रीनहाउस ऊष्मा का बेहतर उपयोग और हानियाँ कम करके इस मूल विचार को आगे बढ़ाते हैं।

ऊष्मीय द्रव्यमान

एक तरीका व्यवस्था की ऊष्मीय जड़ता बढ़ाना है। थोड़े समय का पाला भी टमाटर जैसे संवेदनशील पौधों को नुकसान पहुँचा सकता है। ऊष्मीय द्रव्यमान गर्मी संचित करता है और दिन-रात के उतार-चढ़ाव को घटाता है: अधिकतम तापमान कम तथा न्यूनतम तापमान ऊँचा होता है।

उत्तरी गोलार्ध में उत्तर की दीवार पारदर्शी सामग्री के बजाय ईंट या पत्थर की बनाई जा सकती है। वह दिन में गर्मी सोखती और रात में छोड़ती है, जिससे पाले का जोखिम घटता है। दिशा का चुनाव गोलार्ध और अक्षांश के अनुसार करना चाहिए।

इस प्रकार के सौर ग्रीनहाउस चीन में व्यापक रूप से इस्तेमाल हुए हैं और वैज्ञानिक शोध का विषय हैं।

चीनी निष्क्रिय ग्रीनहाउस – स्रोत: Research Gate

ठोस दीवार के बाहर, उदाहरण के लिए पॉलीस्टाइरीन से, इन्सुलेशन करने पर संचित गर्मी बाहर निकलने से बचती है।

पानी के ड्रम भी ऊष्मीय द्रव्यमान देकर गर्मी जमा कर सकते हैं। पौधों के आसपास पत्थर और पत्थर या कंक्रीट का फ़र्श भी मदद कर सकते हैं। लाभ व्यवस्था पर निर्भर है और इसे घिरी हुई खेती की जगह के मुकाबले आँकना चाहिए।

हानियों को कम करना

रात की ऊष्मा-हानि कम करना भी महत्त्वपूर्ण है। चीनी सौर ग्रीनहाउस में रात को पारदर्शी सतह के ऊपर इन्सुलेटिंग आवरण फैलाया जाता है। यह काम हाथ से या स्वचालित प्रणाली से हो सकता है।

स्रोत: Research Gate

वेंटिलेशन, छाया और नमी नियंत्रण आवश्यक रहते हैं। उपयुक्त स्थितियों में डिज़ाइन जीवाश्म ईंधन से गर्म करने की जरूरत बहुत घटा या समाप्त कर सकता है, पर हर जलवायु में बिना अतिरिक्त ऊष्मा के खेती की गारंटी नहीं देता। चीन में इसका व्यापक उपयोग सब्जियों की आपूर्ति में योगदान करता है।

स्रोत: Research Gate

मिट्टी की ऊष्मा का उपयोग करने वाले ग्रीनहाउस

मिट्टी का तापमान

निष्क्रिय डिज़ाइन ईंधन की खपत घटा सकता है। लेकिन बहुत ठंडी, बादलों वाली या बर्फीली सर्दियों में सूर्य की ऊर्जा अपर्याप्त हो सकती है। तब अतिरिक्त ऊष्मा या दूसरी फसल का चुनाव आवश्यक हो सकता है।

भू-स्रोत हीट पंप इमारतों में पहले से इस्तेमाल होते हैं। मिट्टी में ऐसे स्थान पर पाइप डाले जाते हैं जहाँ बाहरी हवा की तुलना में तापमान कम बदलता है। बिजली से चलने वाला पंप गर्म करने या ठंडा करने के लिए ऊष्मा स्थानांतरित करता है।

स्रोत: energy.gov

कई क्षेत्रों में मिट्टी सर्दियों में हवा से गर्म और गर्मियों में ठंडी रहती है। इससे कड़ाके की ठंड में वायु-स्रोत पंप की तुलना में दक्षता बेहतर हो सकती है। पर मिट्टी का तापमान बिल्कुल स्थिर या हर जगह शून्य से ऊपर नहीं होता; गहराई, स्थान, मौसम और मिट्टी की दशाएँ असर डालती हैं।

सरल मिट्टी–हवा ऊष्मा विनिमय

कम लक्ष्य तापमान वाले कुछ छोटे, अच्छी तरह इन्सुलेट किए गए ग्रीनहाउस मिट्टी के साथ सीधे ऊष्मा विनिमय से, बिना हीट पंप के, काम कर सकते हैं। यह सभी ग्रीनहाउस पर लागू नहीं होता।

सहनशील फसलों के लिए रात में पाला रोकना और दिन में धूप की अतिरिक्त गर्मी पर्याप्त हो सकती है। आवश्यक तापमान और प्रकाश पौधे तथा उत्पादन के लक्ष्य पर निर्भर हैं।

पंखा ग्रीनहाउस की हवा को मिट्टी में दबे पाइपों से गुज़ारता है। हवा मिट्टी से ऊष्मा का आदान-प्रदान करके वापस आती है। मिट्टी सूर्य की गर्मी भी संचित कर सकती है। यह उथला ऊष्मा विनिमय गर्म भूजल या गहरी भू-तापीय ऊर्जा से अलग है।

ठंडी सर्दियों वाले क्षेत्र का एक उदाहरण नेब्रास्का में स्थानीय खट्टे फल, अंजीर और अंगूर उगाना है। यह परिणाम एक विशेष छोटे और इन्सुलेटेड डिज़ाइन से संबंधित है, हर संरचना से नहीं।

सरलता का लाभ

ऐसी व्यवस्था अपेक्षाकृत कम ऊर्जा इस्तेमाल कर सकती है। यह पूरी तरह निष्क्रिय नहीं है, क्योंकि पंखे को बिजली चाहिए। दूसरे ताप स्रोतों की तुलना में बचत जलवायु, इन्सुलेशन, आकार और लक्ष्य तापमान पर निर्भर है।

तकनीक अपेक्षाकृत सरल हो सकती है, लेकिन खुदाई, जलनिकासी, पाइप का चुनाव और आकार निर्धारण ठीक होना चाहिए। यह मानना सही नहीं कि एक व्यक्ति हमेशा पर्याप्त होगा या कई दशकों तक रखरखाव की जरूरत नहीं पड़ेगी।

गर्मियों में ठंडी मिट्टी ग्रीनहाउस की हवा से ऊष्मा ले सकती है। यह शीतलन पौधों को लाभ पहुँचा सकता है और स्थितियों के अनुसार पानी की जरूरत घटा सकता है।

अन्य भू-तापीय ऊष्मा स्रोत

सीधा मिट्टी–हवा विनिमय उगाने का मौसम बढ़ा सकता है। अधिक तापमान और पूरे वर्ष उत्पादन के लिए हीट पंप या अधिक शक्तिशाली ऊष्मा स्रोत की आवश्यकता हो सकती है।

एक विकल्प गर्म झरने या कुएँ हैं, जिनमें पानी लगभग 60–150°C, यानी 140–300°F हो। ऐसे संसाधन हर जगह नहीं मिलते। 2019 के कृषि विस्तार प्रकाशन ने रॉकी पर्वतीय और पश्चिमी तटीय राज्यों में मध्यम ताप वाले भू-तापीय स्रोतों से गर्म होने वाले दर्जनों ग्रीनहाउस का वर्णन किया था। अमेरिका, जापान, कनाडा और चिली के उपयुक्त क्षेत्रों में भी सीधी भू-तापीय गर्मी की संभावनाएँ जाँची जा सकती हैं।

गहरी भू-तापीय ड्रिलिंग एक और विकल्प है, लेकिन लागत और भूविज्ञान निर्णायक हैं। उदाहरण के लिए Eavor 2023 में ही बिजली और जिला-स्तरीय ताप आपूर्ति दोनों के लिए तकनीक विकसित कर रही थी, केवल बिजली के लिए नहीं। ग्रीनहाउस में उपयोग उपलब्ध ऊष्मा, दूरी और आर्थिक व्यवहार्यता पर निर्भर है।

निष्कर्ष

भू-तापीय ग्रीनहाउस हीटिंग बिल्कुल नई अवधारणा नहीं है। सरल मिट्टी-आधारित ऊष्मा विनिमय को निष्क्रिय सौर ग्रीनहाउस से जोड़ा जा सकता है; अन्य व्यवस्थाएँ हीट पंप या गर्म भू-तापीय पानी इस्तेमाल करती हैं।

इन संयोजनों से उत्पादन अधिक स्थानीय और व्यवधानों के प्रति सहनशील हो सकता है तथा जीवाश्म ईंधन पर निर्भरता घट सकती है। पर्यावरणीय लाभ डिज़ाइन और ऊर्जा स्रोत पर निर्भर है।

लेख की मूल 2023 की खोज में केवल ऐसे डिज़ाइन बनाने वाली कोई सूचीबद्ध कंपनी नहीं मिली; इसका अर्थ यह नहीं कि कोई थी ही नहीं। निजी आपूर्तिकर्ता मौजूद हैं। तकनीक की सरलता से बौद्धिक संपदा का अभाव सिद्ध नहीं होता: Ceres अपने पेटेंट वाले डिज़ाइन और तकनीक बताती है।

निजी आपूर्तिकर्ताओं के कुछ उदाहरण हैं:

• Ceres Greenhouse Solutions (उच्च-उपज ग्रीनहाउस).
• SunCatcher (निष्क्रिय सौर ग्रीनहाउस)।
• Atmos Greenhouse Systems (मिट्टी में ऊष्मा भंडारण, अर्थात “क्लाइमेट बैटरी”)।

ईंधन पर निर्भरता कम करने से सहनशीलता बढ़ सकती है, जैसा 2022 में नीदरलैंड के ग्रीनहाउस उत्पादन का ऊर्जा संकट दिखाता है। मूल लेख ने लगभग 24,000 एकड़, यानी 9,700 हेक्टेयर ग्रीनहाउस क्षेत्र बताया था। 2022 की एक रिपोर्ट में 2019 में 106 पेटाजूल ऊर्जा खपत और यूरोपीय उत्पादन में ऐतिहासिक हिस्सेदारी—शिमला मिर्च की 21%, खीरे की 20% और टमाटर की 17%—बताई गई थी। ये आँकड़े अलग-अलग पुराने समय के हैं, वर्तमान वार्षिक खपत या हिस्सेदारी के नहीं।

मानकीकृत प्रणालियाँ और बेहतर डिज़ाइन लागत घटा तथा दक्षता और विश्वसनीयता बढ़ा सकते हैं, जहाँ स्थानीय स्थितियाँ उनके उपयोग के अनुकूल हों।