स्थिरता
समुद्री पानी से हाइड्रोजन और मीठा पानी बनाने की सौर तकनीक
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मीठे पानी और हाइड्रोजन की बढ़ती ज़रूरत
बढ़ती आबादी वाले अनेक क्षेत्रों में मीठे पानी की कमी गंभीर समस्या बन रही है। इससे देशों के बीच तनाव भी बढ़ सकता है। इसका एक उदाहरण नील नदी के पानी के उपयोग को लेकर मिस्र और इथियोपिया के बीच विवाद है।
समुद्री पानी से नमक हटाने की तकनीक का उपयोग बढ़ रहा है, लेकिन इसमें बहुत ऊर्जा लगती है। बड़ी संख्या में सौर पैनल लगाना भी पानी का उत्पादन सस्ता बनाने के लिए हमेशा पर्याप्त नहीं होता।
उद्योग और भारी उपकरणों के लिए ऐसे नवीकरणीय ईंधन की भी आवश्यकता है जिसे जमा करके बाद में इस्तेमाल किया जा सके। हाइड्रोजन एक विकल्प हो सकता है, लेकिन ऊँची लागत ने अब तक बड़े पैमाने पर इसका उपयोग सीमित रखा है।
यहाँ भी सौर ऊर्जा मदद कर सकती है, हालांकि विद्युत अपघटन से हाइड्रोजन बनाना अभी महँगा है।
सौर ऊर्जा से चलने वाली एक नई विद्युत अपघटन तकनीक दोनों समस्याओं का एक साथ समाधान खोज रही है। यह मीठे पानी के बजाय समुद्री पानी का उपयोग करती है और हाइड्रोजन के साथ मीठा पानी भी बनाती है।
जॉन्स हॉपकिन्स यूनिवर्सिटी, मिशिगन स्टेट यूनिवर्सिटी, कॉर्नेल यूनिवर्सिटी, लेहाई यूनिवर्सिटी और एमआईटी के शोधकर्ताओं ने Energy & Environmental Science में प्रकाशित अध्ययन में इस विधि का वर्णन किया। शोधपत्र का मूल शीर्षक “Over 12% efficiency solar-powered green hydrogen production from seawater” है।
समुद्री जल को उपयोगी बनाना
समुद्र पृथ्वी की सतह के लगभग 70 प्रतिशत हिस्से को ढकते हैं। दुनिया के बहुत से लोगों के लिए समुद्री पानी सुलभ भी है: वैश्विक आबादी का 40 प्रतिशत से अधिक हिस्सा तट से 100 किलोमीटर के भीतर और आधे से अधिक लोग 200 किलोमीटर के भीतर रहते हैं।
स्रोत: StatsMapsNPix
“इसीलिए हमने यह तकनीक विकसित करने का सोचा। हमने पूछा कि पृथ्वी पर सबसे प्रचुर संसाधन कौन से हैं। सूर्य का प्रकाश और समुद्री पानी लगभग असीमित मात्रा में उपलब्ध हैं और कच्चे संसाधन के रूप में मुफ़्त हैं।”
लेकिन समुद्री पानी खारा होता है। उसे सीधे पीने या फ़सलों की सिंचाई में इस्तेमाल नहीं किया जा सकता। इसलिए शुष्क क्षेत्रों में मीठे पानी के दूसरे स्रोतों पर भी विचार किया जाता है, जैसे हवा से पानी प्राप्त करना या अपशिष्ट जल का बेहतर उपचार। फिर भी, अनेक देशों को बड़े पैमाने पर पानी देने के लिए विलवणीकरण संभवतः सबसे टिकाऊ उपाय है। इनमें से कई देशों में धूप प्रचुर है, इसलिए सौर ऊर्जा से पानी को नमक-मुक्त किया जा सकता है, उदाहरण के लिए आयन झिल्लियों के माध्यम से या पानी को सीधे वाष्पित करके। हालांकि, ऐसे संयंत्रों की ऊँची स्थिर लागत उत्पादित पानी को महँगा बनाती है।
“पानी और ऊर्जा दोनों ही रोज़मर्रा के जीवन के लिए आवश्यक हैं। सामान्यतः अधिक ऊर्जा पैदा करने पर पानी की खपत भी बढ़ती है।
दूसरी ओर, हमें पीने का पानी भी चाहिए, क्योंकि दुनिया की दो-तिहाई आबादी पानी की कमी का सामना कर रही है।”
साधारण हाइड्रोजन विद्युत अपघटन में भी समुद्री पानी को सीधे नहीं डाल सकते, क्योंकि उसके लिए अत्यंत शुद्ध, आसुत पानी चाहिए।
सूर्य के प्रकाश का बेहतर उपयोग
विलवणीकरण के लिए बड़ी और महँगी सौर ऊर्जा संग्रहण व्यवस्था बनानी पड़ती है, जबकि उत्पादित पानी का दाम कम रखना होता है। यही इसकी आर्थिक चुनौती है।
शोधकर्ताओं ने उसी सौर संयंत्र से मीठे पानी के साथ अधिक मूल्यवान उत्पाद, हाइड्रोजन, भी बनाने का लक्ष्य रखा।
सौर पैनल सूर्य से आने वाली ऊर्जा का केवल कुछ हिस्सा बिजली में बदल पाते हैं। सिलिकॉन सभी तरंगदैर्घ्यों का उपयोग नहीं कर सकता और 100 प्रतिशत दक्षता संभव नहीं है।
बची हुई सौर ऊर्जा संयंत्र को गर्म करती है। इस गर्मी से पैनलों की दक्षता और घट सकती है; कई पैनल अपेक्षाकृत कम तापमान पर बेहतर काम करते हैं।
एक ही उपकरण से कई उत्पाद
इसलिए शोधकर्ताओं ने जाँचा कि क्या एक ही उपकरण सूर्य के प्रकाश और समुद्री पानी से बिजली, हाइड्रोजन और मीठा पानी एक साथ बना सकता है। विचार यह था कि एक प्रक्रिया से निकली अतिरिक्त गर्मी या दूसरे प्रभाव का उपयोग अगली प्रक्रिया में किया जाए।
प्रस्तावित उपकरण में प्रक्रियाएँ एक-दूसरे की इस तरह मदद करती हैं:
- हाइड्रोजन और मीठा पानी एक ही उपकरण में बनते हैं, जिससे उपकरणों की लागत साझा होती है और सौर प्रकाश के बड़े हिस्से का उपयोग हो सकता है।
- कच्चे संसाधन के रूप में समुद्री पानी लिया जाता है, इसलिए हाइड्रोजन उत्पादन के लिए मीठे पानी की अलग आपूर्ति नहीं चाहिए।
- बहुत शुद्ध पानी बनाने की प्रक्रिया गर्मी सोखती है। इससे सौर पैनल ठंडे रहते हैं और उनका बिजली उत्पादन बढ़ सकता है।
- समुद्री पानी हाइड्रोजन बनाने वाले विद्युत उत्प्रेरक के सीधे संपर्क में नहीं आता, जिससे क्षरण और अवांछित रासायनिक प्रतिक्रियाएँ कम होती हैं।
- बनी हुई बिजली उसी उपकरण में सीधे हाइड्रोजन उत्पादन में लगती है। इससे बैटरी भंडारण या विद्युत ग्रिड के विस्तार की आवश्यकता घट सकती है।
उपकरण की बनावट
विचार सरल लगता है, लेकिन सभी प्रक्रियाओं को एक साथ दक्षता से चलाना एक कठिन इंजीनियरिंग चुनौती है।
वाष्पीकरण इकाई और प्रोटॉन-विनिमय झिल्ली वाले विद्युत अपघटक (PEM) के बीच हवा की एक परत है। इससे समुद्री पानी विद्युत उत्प्रेरकों के सीधे संपर्क में नहीं आता।
डिज़ाइन को बेहतर बनाने के लिए शोधकर्ताओं ने कुछ और विशेषताएँ जोड़ीं:
- केशिका क्रिया वाला एक सोखने वाला पदार्थ सौर पैनल के पास पानी की पतली परत बनाए रखता है। पानी के वाष्पीकरण से पैनल ठंडा होता है।
- गर्मी वाष्प का दबाव बढ़ाती है, जिससे आसुत पानी और हाइड्रोजन का उत्पादन बढ़ाने में मदद मिल सकती है।
- वाष्प के दोबारा तरल बनने पर निकलने वाली गर्मी से हाइड्रोजन उत्पादन की दक्षता सुधारी जा सकती है।
- समुद्री पानी को एक ही दिशा में बहाया जाता है, ताकि विलवणीकरण प्रणाली में नमक जमा न हो।
प्रक्रिया के अंत में थोड़ा अधिक खारा समुद्री पानी बचता है। हाइड्रोजन बनाने में इस्तेमाल न हुआ आसुत पानी गुणवत्ता जाँच के बाद मीठे पानी के रूप में उपयोग किया जा सकता है।
“डिज़ाइन बनाना चुनौतीपूर्ण था, क्योंकि विलवणीकरण, विद्युत अपघटन और सौर पैनल जटिल ढंग से जुड़े हैं। सौर, विद्युत, रासायनिक और ऊष्मीय ऊर्जा लगातार रूप बदलती और स्थानांतरित होती रहती है।”
प्रोटोटाइप की जाँच
सौर आसवन और पानी के विद्युत अपघटन को जोड़ने वाले HSD-WE उपकरण के परीक्षण में 10 × 10 सेंटीमीटर की सेल ने प्राकृतिक धूप में समुद्री पानी से प्रति घंटे लगभग 200 मिलीलीटर हाइड्रोजन बनाया। सूर्य के प्रकाश को हाइड्रोजन में बदलने की दक्षता 12.6 प्रतिशत थी।
स्रोत: Cornell University
परीक्षण असली समुद्री पानी के साथ बाहर किया गया था। मौसम बदलता रहा और दिन के एक हिस्से में बादलों के कारण हाइड्रोजन उत्पादन घट गया।
अनुमानित लागत
शोधकर्ताओं ने अलग-अलग स्थानों पर उपकरण की संभावित हाइड्रोजन उपज और लागत का मॉडल बनाया। उनके अनुमान के अनुसार तीन साल के संचालन के बाद लागत लगभग 5 डॉलर प्रति किलोग्राम और 15 साल की उपकरण आयु के आधार पर लगभग 1 डॉलर प्रति किलोग्राम हो सकती है। ये अनुमान हैं, किसी व्यावसायिक संयंत्र की मापी हुई लागत नहीं। तुलना के लिए उन्होंने उस समय हरित हाइड्रोजन की औसत लागत लगभग 10 डॉलर प्रति किलोग्राम बताई।
पारंपरिक हरित हाइड्रोजन की लागत बिजली की कीमत और उपकरणों पर पूँजीगत खर्च से काफी प्रभावित होती है।
HSD-WE सीधे सूर्य के प्रकाश का उपयोग करता है और इसके कई हिस्से निष्क्रिय ढंग से काम करते हैं। मॉडल के अनुसार इससे ग्रिड से जोड़ने, पानी पहुँचाने और भंडारण पर अतिरिक्त खर्च घट सकता है। बड़े पैमाने पर भी यह लाभ मिलेगा या नहीं, इसकी जाँच अभी बाकी है।
“हम कार्बन उत्सर्जन और प्रदूषण रोकना चाहते हैं। साथ ही लागत भी अहम है: लागत जितनी कम होगी, बड़े पैमाने पर अपनाए जाने की संभावना उतनी अधिक होगी। हमें लगता है कि भविष्य के संयंत्रों में बड़ी संभावना है।”
कंपनी परिचय: Xylem और जल आपूर्ति
XYL मूल्य चार्ट
यूरोपीय कंपनी Veolia के साथ Xylem जल शोधन, अपशिष्ट जल उपचार और विलवणीकरण क्षेत्र की बड़ी कंपनियों में शामिल है। लेख में उद्धृत उस समय के कंपनी आँकड़ों के अनुसार इसके 23,000 से अधिक कर्मचारी थे, जिनमें 6,000 से अधिक इंजीनियर थे। यह 150 देशों में काम करती थी और 35,000 से अधिक औद्योगिक ग्राहकों को सीधे सेवाएँ देती थी।
इसका मुख्य बाज़ार नगरपालिकाओं की पेयजल और अपशिष्ट जल प्रणालियाँ हैं। कंपनी स्वास्थ्य सेवा, ऊर्जा, खाद्य और पेय पदार्थ तथा माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स जैसे क्षेत्रों के लिए भी समाधान देती है।
स्रोत: Xylem
Xylem पानी को साफ़ करने और तैयार करने के लिए ओज़ोन जनरेटर, यूवी लैंप, विलवणीकरण झिल्लियाँ और अत्यंत शुद्ध पानी बनाने वाले उपकरण उपलब्ध कराती है। यह पंप, पाइप, सॉफ़्टवेयर और स्थापना, रखरखाव तथा मरम्मत की सेवाएँ भी देती है।
स्रोत: Xylem
जल क्षेत्र में बहुत सी कंपनियाँ हैं। Xylem उनमें से एक बड़ी कंपनी है, लेकिन लेख में उद्धृत उस समय के अनुमान के अनुसार लगभग 80 अरब डॉलर के जिस बाज़ार में यह काम करती थी, उसमें इसकी हिस्सेदारी करीब 10 प्रतिशत थी।
कंपनी अपनी बिक्री का लगभग 4 प्रतिशत अनुसंधान और विकास पर खर्च करती है। PFAS (पर- और पॉलीफ्लुओरोएल्किल पदार्थ, जिन्हें “चिरस्थायी रसायन” भी कहते हैं) से संबंधित नए नियमों के कारण हज़ारों जल उपयोगिता केंद्रों को अतिरिक्त उपचार प्रणालियों की आवश्यकता पड़ सकती है।
जल अवसंरचना में दीर्घकालीन निवेश कंपनी के कारोबार को प्रभावित करता है। Xylem में निवेश पर विचार करते समय ताज़ा वित्तीय आँकड़े, शेयर का मूल्यांकन और जोखिम जाँचना ज़रूरी है।
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संदर्भित अध्ययन:
1. Xuanjie Wang, et al. (2025) “Over 12% efficiency solar-powered green hydrogen production from seawater”. Energy Environ. Sci., 2025, 18, 5264–5276. https://doi.org/10.1039/D4EE06203E
