शुष्क क्षेत्रों में वायुमंडलीय जल संग्रहण को अधिक कुशल बनाना प्रमुख है

हवा से स्वच्छ जल

दुनिया के अनेक क्षेत्रों में मीठा पानी दुर्लभ और महँगा है। समुद्री जल का विलवणीकरण एक विकल्प हो सकता है, लेकिन इसमें अभी भी बहुत ऊर्जा लगती है, हालाँकि सौर प्रौद्योगिकी में प्रगति से इसकी व्यवहार्यता बेहतर हुई है। मध्य एशिया, मंगोलिया, चिली के पर्वतीय इलाकों और सहारा के अधिकांश हिस्सों जैसे समुद्र से दूर शुष्क क्षेत्रों में समुद्री जल का विलवणीकरण स्थानीय विकल्प भी नहीं है।

एक अन्य विकल्प हवा में मौजूद नमी को एकत्र करना है। कुछ शुष्क क्षेत्रों में भी समय और मौसम के अनुसार पर्याप्त वायुमंडलीय नमी होती है, हालाँकि वर्षा बहुत कम होती है। वायुमंडलीय जल संग्रहण इसी नमी का उपयोग करता है। हमने पहले बताया था कि निष्क्रिय शीतलन और सिलिकॉन की परत मिलकर गुरुत्वाकर्षण आधारित जल संग्रहण की दक्षता कैसे बढ़ा सकते हैं।

शोधकर्ता अब नए प्रकार के पॉलिमर की सहायता से इस प्रक्रिया को बेहतर बनाने का प्रयास कर रहे हैं। ओसाका मेट्रोपॉलिटन यूनिवर्सिटी के वैज्ञानिकों का यह अध्ययन ACS ES&T Water में “जलप्रियता के अंतर से प्रेरित जल स्थानांतरण द्वारा परिवेश के निकट तापमान पर काम करने वाला तरल पॉलीईथर आधारित जल संग्राहक¹” शीर्षक से प्रकाशित हुआ।

जल का अधिशोषण

हवा से जल एकत्र करने का एक तरीका ऐसा पॉलिमर उपयोग करना है जो जल को अधिशोषित कर सके। अधिशोषण में पदार्थ के संपर्क में आने वाले अणु उसकी सतह पर जुड़ते हैं। यह अवशोषण से अलग है, जिसमें पदार्थ भीतर समा जाता है। यहाँ उद्देश्य हवा में मौजूद जलवाष्प को पकड़ना है।

रोजमर्रा की पैकेजिंग में मिलने वाला सिलिका जेल अधिशोषक पदार्थ का परिचित उदाहरण है। उपयुक्त परिस्थितियों में ऐसे पदार्थ हवा से काफी नमी पकड़ सकते हैं।

स्रोत: Osaka Metropolitan University

चुनौती एकत्र किए गए जल को पॉलिमर से अलग करने की है। अनेक पारंपरिक प्रणालियों में इसके लिए लगभग 100°C तक गर्म करना पड़ता है, जिससे ऊर्जा की खपत और लागत बढ़ती है। ओसाका में विकसित नई सामग्री कम तापमान पर जल छोड़ने के लिए तैयार की गई है।

कम तापमान पर जल को अलग करना

जो गुण पॉलिमर को जल पकड़ने में सक्षम बनाते हैं, वे ही जल छोड़ना कठिन भी बना सकते हैं। यही कारण है कि कई अधिशोषक पदार्थों से जल अलग करने के लिए अधिक तापमान की आवश्यकता होती है।

पहले शोधकर्ताओं ने पॉली(एथिलीन ग्लाइकोल), यानी PEG, और ऑलिगोमेरिक पॉली(प्रोपिलीन ग्लाइकोल), यानी PPG, को मिलाया था। इससे जलप्रियता के अंतर से प्रेरित जल स्थानांतरण, या HWT, की प्रक्रिया बनी।

सरल शब्दों में, दोनों पॉलिमर की जल के प्रति अलग-अलग आकर्षण क्षमता के कारण मिश्रण गर्म होने पर जल छोड़ सकता था। इस तरल नमी संग्राहक से लगभग 35°C / 95°F पर जल प्राप्त करना संभव हुआ।

हालाँकि इस मिश्रण की जल संग्रहण क्षमता सीमित थी। इसलिए ऊर्जा की जरूरत कम होने के बावजूद इसकी उत्पादकता में सुधार की गुंजाइश थी।

PEG-PPG सह-पॉलीमर

नए प्रयोग में शोधकर्ताओं ने PEG को PEG-PPG सह-पॉलिमर के साथ मिलाया।

स्रोत: ACS प्रकाशन

इस मिश्रण ने HWT प्रभाव को और बढ़ाया। परीक्षणों में दो लाभ मिले:

• पुनर्प्राप्ति का निम्न तापमान बना रहा
• जल संग्रहण दर अकेले PEG से भी अधिक थी, जबकि तुलना में PEG की जल के प्रति आकर्षण क्षमता अधिक थी।

PEG-PPG रैंडम कोपॉलीमर ने सबसे उच्च जल संग्रहण दर प्रदर्शित की, जो PEG से भी अधिक थी। सुधरी हुई जल पुनर्प्राप्ति HWT के सहक्रियात्मक प्रभाव और जल क्लस्टरों के ढहने से उत्पन्न हुई।

अनुप्रयोग

जल प्राप्त करने और पॉलिमर को दोबारा उपयोग योग्य बनाने के लिए कम तापमान की जरूरत इस तकनीक की संभावनाएँ बढ़ाती है। अधिक तापमान तक गर्म करने की आवश्यकता कम होने से ऊर्जा की खपत और उससे जुड़े उत्सर्जन घट सकते हैं।

“इस प्रौद्योगिकी में सुधार से ग्रीनहाउस गैसों में कमी और जल संसाधनों के अधिक कुशल उपयोग की उम्मीद है। अब से, हम तरल नमी अधिशोषक को सुधारने और पूरे सिस्टम की दक्षता बढ़ाने का लक्ष्य रखेंगे ताकि इसे व्यावहारिक बनाया जा सके।”

मसाहिदे ताकाहाशी — ओसाका मेट्रोपॉलिटन यूनिवर्सिटी में प्रोफेसर
लगभग 35°C / 95°F तक पहुँचना अपेक्षाकृत आसान होने के कारण दिन और रात के तापमान के अंतर का उपयोग संभव हो सकता है। सहारा, मध्य पूर्व, भारत, मेक्सिको और दक्षिण-पश्चिमी अमेरिका जैसे गर्म क्षेत्रों में यह विशेष रूप से उपयोगी हो सकता है, लेकिन वास्तविक प्रदर्शन स्थानीय आर्द्रता और मौसम पर निर्भर करेगा।

मंगोलिया जैसे ठंडे क्षेत्रों में यह अधिक कठिन हो सकता है। धूप को केंद्रित करने वाला सरल परावर्तक आवश्यक तापमान तक पहुँचने में मदद कर सकता है। यह निष्क्रिय या कम ऊर्जा वाली प्रणाली की एक संभावना है; पूर्ण प्रणाली की दक्षता और व्यवहार्यता के लिए और विकास आवश्यक है।

आगे चलकर ऐसी तकनीक स्वच्छ जल की तत्काल आवश्यकता वाले क्षेत्रों में उपयोगी हो सकती है। प्रयोगशाला के परिणाम अपने आप में बड़े पैमाने पर तैनाती या पीने योग्य जल की सुरक्षा सिद्ध नहीं करते।

“यह प्रौद्योगिकी न केवल शुष्क क्षेत्रों और सीमित ऊर्जा संसाधनों वाले स्थानों में जल आपूर्ति के लिए लागू की जा सकती है, बल्कि आपदा और आपातकाल के समय जल तक पहुँच सुनिश्चित करने में भी उपयोगी हो सकती है।”

अरिसा फुकात्सु — ओसाका मेट्रोपॉलिटन यूनिवर्सिटी में सहायक प्रोफेसर

इस शोध के आधार पर अन्य मिश्रणों का भी विकास किया जा सकता है। अभी यह सिद्ध नहीं हुआ है कि परीक्षण किया गया मिश्रण सभी परिस्थितियों के लिए सर्वोत्तम है।

जल के प्रति अधिक और कुछ कम आकर्षण रखने वाले पॉलिमर के अन्य संयोजन भी उपयोगी हो सकते हैं। नए नमी संग्राहक पदार्थों का व्यवस्थित परीक्षण उपज बढ़ाने और तकनीक को व्यावसायिक व्यवहार्यता के करीब लाने में मदद कर सकता है।

जल संकट का समाधान करने वाली कंपनी

Xylem Inc.

यूरोपीय कंपनी Veolia के साथ Xylem जल शोधन और अपशिष्ट जल उपचार के बड़े वैश्विक प्रदाताओं में शामिल है। लेख के समय प्रस्तुत आँकड़ों के अनुसार इसके 23,000 से अधिक कर्मचारी थे, जिनमें 6,000 से अधिक इंजीनियर और बिक्री विशेषज्ञ शामिल थे। कंपनी 150 देशों में कार्यरत थी और उसके 35,000 से अधिक प्रत्यक्ष औद्योगिक ग्राहक थे। अमेरिका उसका एक प्रमुख बाजार था।

कंपनी का मुख्य बाजार नगरपालिकाओं की पेयजल और अपशिष्ट जल सेवाएँ हैं। वह स्वास्थ्य सेवा, बिजली, खाद्य और पेय पदार्थ, तेल और गैस तथा माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स जैसे क्षेत्रों के लिए भी समाधान प्रदान करती है।

स्रोत: Xylem

Xylem जल शोधन और उत्पादन के लिए ओजोन जनरेटर, पराबैंगनी लैंप, विलवणीकरण झिल्लियाँ और अत्यधिक शुद्ध जल तैयार करने वाली प्रणालियों जैसे उपकरण प्रदान करती है। इसके उत्पादों और सेवाओं में टर्बाइन, पंप, पाइपिंग, इंजेक्शन प्रणालियाँ, सॉफ्टवेयर तथा रखरखाव, मरम्मत और स्थापना भी शामिल हैं।

स्रोत: Xylem

जल प्रौद्योगिकी बाजार अभी भी अनेक कंपनियों में बँटा हुआ है। Xylem के 2024 के निवेशक प्रस्तुतीकरण के अनुसार, उसके लगभग $80B के सेवित संभावित बाजार में उसकी हिस्सेदारी करीब 10% थी। यह कंपनी का बाजार अनुमान था।

कंपनी के अनुसार वह बिक्री का लगभग 4% अनुसंधान और विकास पर खर्च करती थी। PFAS, यानी पर- और पॉलीफ्लोरोएल्किल पदार्थ, जिन्हें दीर्घकाल तक बने रहने वाले रसायन भी कहा जाता है, संबंधी नियमों से उपचार सेवाओं की माँग बढ़ सकती है। कंपनी ने 6,000 से अधिक उपयोगिता संयंत्रों को संभावित अवसर बताया था; यह संख्या निश्चित ऑर्डरों को नहीं दर्शाती।

लेख में प्रस्तुत ऐतिहासिक आँकड़ों के अनुसार Xylem की शुद्ध आय 2012 में $297M से बढ़कर 2023 में $609M हुई। कंपनी के 2023 के तिमाही आँकड़ों में समायोजित EBITDA मार्जिन लगभग 17.4–21.9% था, न कि 17–219%।

नगरपालिका और उपयोगिता ग्राहकों से जुड़ी माँग कंपनी को कुछ स्थिरता दे सकती है। फिर भी Xylem एक औद्योगिक प्रौद्योगिकी कंपनी है और उसके परिणाम निवेश चक्रों, लागतों तथा आर्थिक परिस्थितियों से प्रभावित हो सकते हैं। इसे उपयोगिता कंपनी के समान जोखिम वाला निवेश मानना उचित नहीं होगा।

अध्ययन संदर्भ:

^{1. Ikegawa, D., Fukatsu, A., Okada, K., & Takahashi, M. (2024). हाइड्रोफिलिसिटी-भेद द्वारा प्रेरित जल स्थानांतरण के माध्यम से निकट-पर्यावरणीय तापमान संचालन के लिए लिक्विड पॉलीइथर-आधारित जल हार्वेस्टर. ACS ES&T Water. https://doi.org/10.1021/acsestwater.4c00775}