ऊर्जा
वाष्पन की नई समझ: फोटोमॉलिक्युलर प्रभाव से विलवणीकरण में सुधार की संभावना
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तापमान, आर्द्रता, वायु प्रवाह और दबाव यह निर्धारित करते हैं कि तरल पानी कितनी तेजी से भाप में बदलता है। मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (MIT) का नया शोध 2023 में प्रकाशित हुआ और प्रकाश की प्रत्यक्ष भूमिका की ओर संकेत करता है। शोधकर्ताओं को प्रमाण मिले कि कुछ परिस्थितियों में फोटॉन पानी और हवा की सीमा से जल-अणुओं के समूह अलग कर सकते हैं, बिना अपनी पूरी ऊर्जा को पहले ऊष्मा में बदले।
वाष्पन को प्रभावित करने वाले ज्ञात कारक
इस निष्कर्ष का महत्व समझने से पहले वाष्पन की दर को प्रभावित करने वाले परिचित कारकों पर विचार करें।
- ऊष्मा:जल-अणु लगातार गतिशील रहते हैं। ऊष्मा मिलने पर उनकी औसत गतिज ऊर्जा बढ़ती है। सतह के पर्याप्त ऊर्जा वाले अणु तरल में मौजूद आकर्षण बलों को पार करके भाप के रूप में बाहर निकल सकते हैं।
- सतह का क्षेत्रफल:वाष्पन की दर पानी की खुली सतह के क्षेत्रफल पर भी निर्भर करती है। बड़ी सतह अधिक अणुओं को हवा के संपर्क में लाती है।
- आर्द्रता:सतह के पास की हवा में जलवाष्प की मात्रा शुद्ध वाष्पन को प्रभावित करती है। हवा जितनी संतृप्ति के करीब होती है, वाष्पन सामान्यतः उतना धीमा होता है। समान तापमान पर शुष्क हवा आम तौर पर नम हवा की तुलना में वाष्पन को अधिक बढ़ावा देती है।
- वायु प्रवाह:हवा सतह के ऊपर बनी जलवाष्प को दूर ले जाती है। इससे स्थानीय आर्द्रता घट सकती है और आगे वाष्पन को बढ़ावा मिल सकता है।
- दबाव:आसपास का दबाव कम होने पर पानी का क्वथनांक घटता है। सतही वाष्पन पर प्रभाव तापमान, जलवाष्प के आंशिक दबाव और भाप के हटने पर भी निर्भर करता है। उबलना और सतह से वाष्पन अलग प्रक्रियाएँ हैं।
- पानी का तापमान:बाहरी ऊष्मा के अलावा पानी का अपना तापमान भी महत्वपूर्ण है। गर्म पानी सामान्यतः तेजी से वाष्पित होता है क्योंकि उसके अणुओं की औसत ऊर्जा अधिक होती है।
सामान्य तापीय वाष्पन में पर्याप्त ऊर्जा वाले अणु तरल छोड़ते हैं। तापमान, आर्द्रता, दबाव, हवा और खुली सतह शुद्ध वाष्पन दर को प्रभावित करते हैं। 2023 के अध्ययन ने फोटॉनों के संभावित प्रत्यक्ष योगदान की जाँच की।
वाष्पन, उबलने और संघनन का अंतर
तरल का गैस में परिवर्तन अलग-अलग तरीकों से हो सकता है। इन प्रक्रियाओं का अंतर समझना उपयोगी है।
वाष्पीकरण का व्यापक अर्थ:तरल के गैस बनने की व्यापक प्रक्रिया में सतही वाष्पन और उबलना दोनों शामिल हैं। उबलने के दौरान तरल के भीतर भाप के बुलबुले बनते हैं, जब उसका वाष्प-दबाव आसपास के दबाव के बराबर हो जाता है।
संघनन: संघनन में भाप तरल बनती है, उदाहरण के लिए ठंडा होने पर।
सतही वाष्पन तरल और गैस की सीमा पर होता है और क्वथनांक से नीचे भी हो सकता है।
अध्ययन कैसे किया गया?
MIT की टीम ने हाइड्रोजेल में मौजूद पानी पर प्रयोग और सिमुलेशन किए। हाइड्रोजेल एक जाल जैसी संरचना है जो बड़ी मात्रा में पानी रोक सकती है। शोधकर्ता उन पुराने मापों को समझना चाहते थे जिनमें दी गई ऊष्मा के आधार पर अपेक्षित सीमा से अधिक पानी वाष्पित हुआ था।
उन्होंने पानी वाले हाइड्रोजेल पर सौर सिमुलेटर और अलग-अलग तरंगदैर्घ्य का प्रकाश डाला तथा द्रव्यमान में कमी और तापमान मापा। अतिरिक्त ऊष्मा का प्रवेश सीमित करने के लिए प्रकाश स्रोतों को ढका गया था। लगभग 520 नैनोमीटर के हरे प्रकाश में वाष्पन सबसे अधिक था। तुलनीय तापीय ऊर्जा से विद्युत द्वारा गर्म करने पर तापीय सीमा का वैसा अतिक्रमण नहीं मिला।
टीम ने व्याख्या दी कि दृश्य प्रकाश के फोटॉन सीमा-सतह से जल-अणुओं के समूह सीधे अलग कर सकते हैं। उन्होंने इस परिकल्पित तंत्र को फोटोमॉलिक्युलर प्रभाव कहा। निष्कर्ष वाष्पन में गैर-तापीय योगदान का समर्थन करते हैं; प्रकाश फिर भी ऊर्जा देता है और ऊर्जा संरक्षण का नियम लागू रहता है।
यह क्यों महत्वपूर्ण है?
यदि आगे के शोध में यह तंत्र पुष्ट होता है और उपयोग योग्य बनता है, तो उद्योग तथा पर्यावरण विज्ञान में इसके प्रयोग हो सकते हैं। वाष्पन को नियंत्रित करने से नई सामग्रियों, ताप प्रबंधन और ऊर्जा भंडारण तथा पुनर्प्राप्ति प्रणालियों के विकास में मदद मिल सकती है।
कृषि में आगे जाँचा जा सकता है कि कुछ तरंगदैर्घ्यों का संपर्क घटाने से वाष्पन द्वारा पानी की हानि कम होती है या नहीं और सिंचाई अधिक कुशल बन सकती है या नहीं।
बूंदों और अन्य सतहों से वाष्पन की बेहतर समझ बादलों, कोहरे और जल चक्र के मॉडल सुधारने में मदद कर सकती है।
दवा और खाद्य उद्योगों में अधिक कुशल सुखाने की प्रक्रियाएँ तथा नमी हटाने पर बेहतर नियंत्रण संभावित उपयोग हैं।
भवनों और शहरी क्षेत्रों में यह तंत्र सौर ऊर्जा आधारित वाष्पीकरणीय शीतलन के अवसर दे सकता है। ये संभावित विकास दिशाएँ हैं; अध्ययन ने तैयार व्यावसायिक प्रणालियाँ प्रदर्शित नहीं कीं।
विलवणीकरण में संभावित उपयोग
शोधकर्ताओं ने विशेष रूप से सौर ऊर्जा आधारित विलवणीकरण की संभावना बताई। यदि बनी भाप को एकत्र करके मीठे पानी में संघनित किया जाए, तो अधिक कुशल वाष्पन चरण उपयोगी हो सकता है।
विलवणीकरण का अर्थ पानी से घुले लवण हटाना है। इसमें वाष्पन और संघनन या रिवर्स ऑस्मोसिस जैसी झिल्ली तकनीक इस्तेमाल हो सकती है। सौर ऊर्जा ऊष्मा या बिजली दे सकती है। निम्न कंपनियाँ इस क्षेत्र की विभिन्न गतिविधियों के उदाहरण हैं; अध्ययन यह नहीं दिखाता कि वे फोटोमॉलिक्युलर प्रभाव अपना चुकी हैं।
Consolidated Water (CWCO ) (NASDAQ: CWCO): केमैन द्वीपसमूह में स्थित Consolidated Water की स्थापना 1973 में हुई थी। यह जल-शोधन और समुद्री जल के विलवणीकरण संयंत्रों का डिजाइन, निर्माण और संचालन करती है। समुद्री जल के लिए कंपनी मुख्यतः रिवर्स ऑस्मोसिस इस्तेमाल करती है।
2023 के मूल लेख में Consolidated Water के लिए निम्न बाजार आँकड़े दिए गए थे।
बाजार पूंजीकरण: 465,675,764 अमेरिकी डॉलर
अगले वर्ष के अनुमानित लाभ पर आधारित P/E अनुपात: 20.06
प्रति शेयर आय (EPS): उपलब्ध नहीं
Solar Water Plc: इस ब्रिटिश कंपनी ने प्रचुर धूप और सीमित मीठे पानी वाले क्षेत्रों के लिए सौर गुंबद आधारित विलवणीकरण की अवधारणा विकसित की। NEOM ने 2020 में इस तकनीक की प्रायोगिक परियोजना के लिए समझौते की घोषणा की थी।
Abengoa:स्पेन के इस समूह को बड़े विलवणीकरण संयंत्रों और सौर ऊर्जा परियोजनाओं का अनुभव है, जिनमें मध्य पूर्व और उत्तरी अफ्रीका की परियोजनाएँ शामिल हैं।
Abengoa कई वर्षों तक वित्तीय कठिनाइयों से जूझती रही। अप्रैल 2023 में दिवालियापन प्रक्रिया के अंतर्गत उसकी उत्पादन इकाइयाँ Cox Energy को सौंपने का निर्णय हुआ। इन गतिविधियों के लिए पानी और ऊर्जा प्रक्रियाओं की दक्षता महत्वपूर्ण बनी हुई है।
ये उदाहरण जल आपूर्ति के विभिन्न तरीकों को दर्शाते हैं। विलवणीकरण शुष्क क्षेत्रों की मीठे पानी की जरूरत में मदद कर सकता है, बशर्ते ऊर्जा उपयोग, लागत और बचे हुए सांद्र खारे पानी का प्रबंधन भी किया जाए।
अंतिम विचार
यह निष्कर्ष दिखाता है कि परिचित अवधारणाओं और प्रक्रियाओं के अध्ययन में भी नए तंत्र मिल सकते हैं। संभावित उपयोग विलवणीकरण और सुखाने से लेकर जलवायु मॉडल तथा शीतलन तक फैले हैं।
Consolidated Water, Veolia और Solar Water Plc जैसी कंपनियों के लिए वैज्ञानिक प्रगति आगे चलकर विकास के अवसर दे सकती है। प्रयोगशाला के निष्कर्ष को भरोसेमंद और किफायती समाधान बनाने के लिए आगे परीक्षण जरूरी हैं।
