वाष्पीकरण की नई समझ से फोटॉनों द्वारा ‘Photomolecular Effect’ के माध्यम से जलवाष्पीकरण प्रक्रियाओं में सुधार हो सकता है

Until recently, there were a few agreed-upon variables that could result in/affect the evaporation of water – the process by which water transitions from a liquid to a gas.  However, new research coming out of the Massachusetts Institute of Technology (MIT) is set to upend this, pointing to a new understanding of how simple photons (light) can play an outsized role in the process.  With that in mind, researchers have found that photons can evaporate water both alongside and in the absence of heat.

पूर्व-विद्यमान चर

Before diving into why this discovery matters, take a moment to refresh on the previous list of variables that play a role in evaporation.

1. Heat: वाष्पीकरण का मुख्य कारण गर्मी है। जल अणु हमेशा गति में रहते हैं, और जब वे गर्मी ऊर्जा प्राप्त करते हैं, उनकी गति बढ़ती है। जब ऊर्जा पर्याप्त हो जाती है कि तरल में अणुओं को एक साथ रखने वाले अंतर-अणु बलों को पार कर सके, तो वे वाष्प के रूप में हवा में निकल सकते हैं।
2. Surface Area: वाष्पीकरण की दर जल की सतह क्षेत्र पर भी निर्भर करती है। बड़ा सतह क्षेत्र अधिक अणुओं को हवा के संपर्क में लाता है, जहाँ वे वाष्पीकरण कर सकते हैं।
3. Humidity: हवा में पहले से मौजूद जलवाष्प की मात्रा वाष्पीकरण को प्रभावित करती है। यदि हवा पहले से ही जलवाष्प से संतृप्त है, तो वाष्पीकरण धीमा होगा। इसका कारण यह है कि उच्च आर्द्रता के कारण हवा की अधिक जल अणु स्वीकार करने की क्षमता घट जाती है, जिससे वाष्पीकरण दर कम हो जाती है।
4. Air Movement: हवा या वायु गति जलवाष्प को उसके बनने पर ही ले जा सकती है, जिससे जल के ऊपर की आर्द्रता घटती है और अधिक जल वाष्पीकरण कर सकता है।
5. Pressure: वायुमंडलीय दबाव भी वाष्पीकरण को प्रभावित करता है। जब वायुमंडलीय दबाव कम होता है, तो जल कम तापमान पर उबलता है और तेज़ी से वाष्पीकरण करता है। उच्च वायुमंडलीय दबाव वाष्पीकरण को रोक सकता है।
6. Temperature of the Water: बाहरी गर्मी स्रोतों के अलावा, जल का स्वयं का तापमान भी एक कारक है। गर्म जल तेज़ी से वाष्पीकरण करता है क्योंकि उसके अणुओं में औसतन अधिक ऊर्जा होती है।

Essentially, water evaporates when its molecules have enough energy to break free from the liquid phase and become water vapor. This process is influenced by temperature, humidity, pressure, wind, and the physical characteristics of the water body itself.  Now, we can put exposure to photons on the list.

भ्रमित न हों

It is also important to understand the distinction between evaporation and the following processes.

वाष्पीकरण: एक सामान्य शब्द है जिसमें वाष्पीकरण शामिल है लेकिन साथ ही उबाल भी शामिल है, जहाँ तरल अपने उबाल बिंदु पर पूरे आयतन में वाष्प में बदल जाता है।

संघनन: वाष्पीकरण की उल्टी प्रक्रिया है जिसमें गैस को ठंडा किया जाता है, जिससे वह तरल अवस्था में बदल जाता है।

वाष्पीकरण, दूसरी ओर, एक प्रकार का वाष्पीकरण है जो तरल की सतह पर उसके उबाल बिंदु से नीचे होता है।

यह कैसे प्राप्त किया गया?

So how did MIT Researchers discover that photons can be added to the list of variables associated with evaporations? The team’s findings were achieved through a series of experiments and simulations focused on the evaporation behavior of water when contained within a hydrogel. This work was first undertaken as the team looked to understand and reaffirm past experiments that yielded results in which water evaporation rates surpassed the expected thermal limit – the maximum amount of evaporation possible when a given amount of heat is applied.

इन परिणामों को पुनः बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक ‘सोलर सिम्युलेटर’ का उपयोग किया। यहाँ, संतृप्त हाइड्रोजेल को विभिन्न तरंगदैर्ध्य के प्रकाश के सामने बिना गर्मी के रखा गया। दिलचस्प बात यह थी कि परिणामों ने दिखाया कि गर्मी के प्रभाव के बिना भी समय के साथ द्रव्यमान में मापनीय कमी हुई, जिसमें सबसे स्पष्ट अंतर हरे प्रकाश के उपयोग पर देखा गया। जब प्रतिक्रिया थर्मल प्रभावों से स्वतंत्र थी, तो यह पुष्टि हुई कि प्रकाश, न कि गर्मी, वाष्पीकरण का कारण था।

अंत में, शोधकर्ताओं ने पाया कि पारंपरिक अपेक्षाओं के विपरीत, जल और हाइड्रोजेल का संयोजन फोटॉनों की ऊर्जा को उपयोग में लाकर ज्ञात थर्मल सीमाओं से परे वाष्पीकरण को संचालित कर सकता है। इस प्रक्रिया को अब ‘photomolecular effect’ कहा जा रहा है।

यह क्यों महत्वपूर्ण है?

photomolecular effect की यह खोज कई उद्योगों और पर्यावरण विज्ञानों में क्रांति ला सकती है। यह नवीकरणीय ऊर्जा भंडारण और पुनर्प्राप्ति प्रणालियों को भी शामिल कर सकती है, जहाँ नियंत्रित वाष्पीकरण दरें महत्वपूर्ण होती हैं। उदाहरण के लिए, यह नई सामग्री या सतहों के विकास की ओर ले जा सकता है जो शुष्क जलवायु में ऊर्जा भंडारण के लिए जल वाष्पीकरण को अधिकतम करने के लिए डिज़ाइन की गई हों।

कृषि में, इस सिद्धांत का उपयोग अधिक कुशल सिंचाई प्रणालियों के विकास में किया जा सकता है जो कुछ तरंगदैर्ध्य के संपर्क को सीमित करके जल हानि को न्यूनतम करते हैं, इस प्रकार जल को संरक्षित करते हुए पौधों की वृद्धि को बनाए रखते हैं।

वायुमंडलीय विज्ञान के क्षेत्र में, photomolecular effect को समझने से जल चक्र की गतिशीलता का अधिक सटीक प्रतिनिधित्व प्रदान करके मौसम पूर्वानुमान मॉडलों में सुधार हो सकता है।

इसके अतिरिक्त, फार्मास्यूटिकल और खाद्य उद्योग, जो अक्सर सटीक सूखाने की प्रक्रियाओं पर निर्भर होते हैं, उत्पादों से नमी हटाने की दक्षता और नियंत्रण में सुधार देख सकते हैं।

अंत में, शहरी नियोजन और सतत वास्तुकला के विकास में, यह खोज नवाचारी शीतलन प्रणालियों को प्रेरित कर सकती है जो सौर ऊर्जा का अधिक कुशल उपयोग करती हैं, पारंपरिक एयर कंडीशनिंग पर निर्भरता को कम करती हैं और ऊर्जा-बचत भवन डिज़ाइनों में योगदान देती हैं।

फोटॉनों से सबसे पहले लाभान्वित होने वाले

While there is a large variety of industries that may see process efficiencies improved through this new understanding of evaporation, the researchers behind its discovery believe that the most obvious example would be those involved with the solar desalination of salt water.

नमकीनकरण वह प्रक्रिया है जिसमें जल से नमक और खनिज हटाए जाते हैं, जिससे वह पीने और सिंचाई दोनों के लिए उपयुक्त बन जाता है। नवीकरणीय ऊर्जा के उदय के साथ, यह प्रक्रिया धीरे-धीरे सौर ऊर्जा द्वारा संचालित हो रही है। नीचे उन कंपनियों की सूची है जो सौर नमकीनकरण में संलग्न हैं, जो जल्द ही ऊपर चर्चा किए गए निष्कर्षों से लाभान्वित हो सकती हैं।

Consolidated Water (CWCO ) (NASDAQ: CWCO): केमन द्वीप समूह में स्थित, Consolidated Water ने 1973 में अपनी स्थापना के बाद से वृद्धि करके समुद्री जल नमकीनकरण संयंत्रों में विशेषज्ञता रखने वाली बहुराष्ट्रीय कंपनी बन गई है।

लेखन के समय, Consolidated Water ने निम्नलिखित मेट्रिक्स का दावा किया था।

बाजार पूंजी:$465,675,764

आगामी P/E 1 वर्ष:  20.06

प्रति शेयर आय (EPS): N/A

Solar Water Plc: यह यूके-आधारित कंपनी ने एक सौर गुंबद तकनीक विकसित की है जिसका उद्देश्य समुद्री जल को नमकीन करना है, विशेष रूप से उच्च सौर विकिरण और सीमित मीठे जल संसाधनों वाले क्षेत्रों को लक्षित करता है।

Abengoa: एक स्पेनिश बहुराष्ट्रीय निगम है जो बड़े पैमाने पर सौर-ऊर्जा संचालित नमकीनकरण संयंत्रों के विकास में शामिल रहा है, विशेष रूप से मध्य पूर्व और उत्तरी अफ्रीका जैसे क्षेत्रों में।

अपने संचालन के दायरे के बावजूद, Abengoa कई वर्षों से दिवालिया होने की कगार पर रहा है। नई प्रक्रियाएँ जो संचालन दक्षता को काफी बढ़ा सकती हैं, संभवतः जीवित रहने की कुंजी हो सकती हैं।

ये कंपनियाँ दुनिया के विभिन्न हिस्सों में सक्रिय हैं, शुष्क क्षेत्रों और साफ़ पानी की सीमित पहुंच वाले क्षेत्रों की मीठे पानी की जरूरतों को पूरा कर रही हैं – ऐसी आवश्यकता जो समय के साथ केवल बढ़ती जाएगी।

अंतिम विचार

While such a discovery may seem mundane at first glance, it is anything but.  Not only does it show how limited our understanding is of धारणाओं और प्रक्रियाओं that have long been thought to be mastered, but it also holds the potential for widespread applications.

नवाचारी और भविष्यदृष्टि वाली कंपनियाँ इस प्रकार की वैज्ञानिक प्रगति पर निर्भर करती हैं ताकि नई क्षमताओं और दक्षताओं का उपयोग करके समाधान विकसित और पेश कर सकें। अब, Consolidated Water, Veolia, और Solar Water PLC जैसी कंपनियों को अनुकूलित होकर इस पर कार्य करना होगा।