विकिरणीय शीतलीकरण अंतरिक्ष को हीट‑सिंक के रूप में उपयोग करके जलवायु परिवर्तन से लड़ता है

शहरों के फैलने और घने होने से कंक्रीट और सड़कों का क्षेत्र बढ़ रहा है। इमारतें और सड़कें ऊष्मा सोखती हैं, जिससे आसपास का तापमान और वातानुकूलन की मांग बढ़ती है। इससे जुड़े उत्सर्जन इस्तेमाल होने वाली ऊर्जा पर भी निर्भर करते हैं। इसी समस्या के लिए मैरीलैंड विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक उपाय विकसित किया। वर्ष 2023 में प्रस्तुत यह सूक्ष्मछिद्रयुक्त परत “कूलिंग ग्लास” कहलाती है और विकिरणीय शीतलन का उपयोग करती है। यह काँच वाली परत है, साधारण पारदर्शी खिड़की का काँच नहीं।

विकिरणीय शीतलीकरण में नई उपलब्धि

जलवायु प्रयासों में उत्पादित बिजली का अधिक कुशल उपयोग भी शामिल है। कूलिंग ग्लास दो अलग प्रक्रियाओं को जोड़ता है: अधिक अल्बीडो, यानी ज्यादा सौर विकिरण का परावर्तन, और वायुमंडल में अपेक्षाकृत आसानी से गुजरने वाली तरंगदैर्घ्य पर अवरक्त ऊष्मा का अंतरिक्ष की ओर उत्सर्जन। परावर्तित धूप और उत्सर्जित ऊष्मीय विकिरण अलग हैं। लगभग −270 °C की ब्रह्मांडीय पृष्ठभूमि एक ठंडा संदर्भ है; निर्वात संवहन से ऊष्मा नहीं ले जाता।

अपने शोधपत्र में लेखक सामग्री का वर्णन इस प्रकार करते हैं:

“एक अव्यवस्थित फोटोनिक मिश्रित पदार्थ, जिसमें सूक्ष्मछिद्रयुक्त काँच का ढाँचा चयनात्मक दीर्घतरंग अवरक्त उत्सर्जन और अपेक्षाकृत अधिक सौर परावर्तन प्रदान करता है। एल्युमिनियम ऑक्साइड के कण धूप को तीव्रता से बिखेरते हैं और निर्माण के दौरान छिद्रयुक्त संरचना को सघन होने से रोकते हैं।”

परत ने अलग-अलग परिस्थितियों में अच्छा प्रदर्शन किया। निर्माण विधि बड़े पैमाने पर उपयोग के अनुकूल हो सकती है, लेकिन 2023 में शोधकर्ता आगे के परीक्षण और व्यावहारिक अनुप्रयोगों पर काम कर रहे थे।

स्रोत: www.cera.cool

प्रदर्शन के बारे में शोध का सार कहता है:

“यह सूक्ष्मछिद्रयुक्त काँच की परत दोपहर और रात में क्रमशः लगभग 3.5 °C और 4 °C तापमान की कमी संभव करती है, अधिक आर्द्रता वाले वातावरण में भी, जहाँ आर्द्रता 80% तक हो सकती है।”

विस्तृत माप परिस्थितियाँ स्पष्ट करते हैं: दोपहर में परत का तापमान 30 °C की परिवेशी हवा से लगभग 3.5 °C कम था, जब सापेक्ष आर्द्रता 30% थी। रात में यह 17.5 °C की हवा से करीब 4 °C कम था, अधिकतम 80% आर्द्रता पर। मध्यम ऊँचाई वाले अपार्टमेंट भवनों की छतों के सिमुलेशन में शीतलन से जुड़े वार्षिक CO₂ उत्सर्जन में लगभग 10% संभावित कमी दिखाई गई। यह हर भवन के सभी उत्सर्जनों में मापी गई सार्वभौमिक कमी नहीं थी।

विकिरणीय शीतलन नया विचार नहीं है। इस शोध का महत्व प्रदर्शन, बाहरी वातावरण में टिकाऊपन और बड़े पैमाने पर निर्माण की संभावना के मेल में है।

हीट सिंक क्या है?

हीट सिंक किसी दूसरी वस्तु की ऊष्मा ग्रहण करता है और उसे आसपास के वातावरण में छोड़ता है। इलेक्ट्रॉनिक और यांत्रिक प्रणालियों में यह अधिक गरम होने से बचाता है। गरम घटक से संपर्क के कारण अक्सर चालन द्वारा ऊष्मा आती है; वातावरण में उसका स्थानांतरण संवहन और विकिरण से हो सकता है। यहाँ वर्णित कूलिंग ग्लास ऊर्जा को अवरक्त विकिरण के रूप में आकाश और अंतरिक्ष की ओर छोड़ता है।

हीट सिंक की प्रमुख प्रक्रियाएँ और विशेषताएँ इस प्रकार हैं:

ऊष्मा चालन: ऊष्मा किसी पदार्थ में स्थानांतरित होती है। प्रोसेसर जैसा गरम घटक संपर्क में मौजूद हीट सिंक को ऊष्मा देता है।

सामग्री: एल्युमिनियम और ताँबा आम विकल्प हैं क्योंकि वे ऊष्मा के अच्छे चालक हैं। वे घटक से ऊष्मा दूर ले जाकर उसे बड़े क्षेत्र में फैलाते हैं।

बनावट और सतह क्षेत्र: पंखनुमा उभार तथा अन्य संरचनाएँ ऊष्मा विनिमय की सतह बढ़ाती हैं। इससे अधिक हवा हीट सिंक के संपर्क में आती है और ऊष्मा निकालने में मदद मिलती है।

संवहन: सतह पर बहती हवा या तरल ऊष्मा साथ ले जाता है। निष्क्रिय शीतलन में प्राकृतिक वायु प्रवाह काम आता है, जबकि सक्रिय प्रणालियों में पंखे या पंप इस स्थानांतरण को बढ़ाते हैं।

विकिरण: हीट सिंक अवरक्त विकिरण के रूप में भी ऊर्जा छोड़ता है, जिससे शीतलन में योगदान मिलता है।

प्रभावशीलता पदार्थ की ऊष्मीय चालकता, बनावट और सतह क्षेत्र, परिवेशी तापमान तथा हवा या तरल के प्रवाह पर निर्भर करती है। अच्छा ऊष्मा प्रबंधन इलेक्ट्रॉनिक और यांत्रिक प्रणालियों की विश्वसनीयता और आयु बढ़ाने में मदद करता है।

‘विकिरणीय शीतलीकरण’ क्या है?

विकिरणीय शीतलन प्राकृतिक प्रक्रिया है जिसमें वस्तु विकिरण छोड़कर ऊर्जा खोती है। पृथ्वी के सामान्य तापमान पर यह मुख्यतः अवरक्त विकिरण होता है। यह पृथ्वी के ऊर्जा संतुलन में भूमिका निभाता है और विभिन्न तकनीकों में उपयोग किया जा सकता है।

इसके वैज्ञानिक आधार के प्रमुख हिस्से ये हैं:

अवरक्त विकिरण: वस्तुएँ विद्युतचुंबकीय विकिरण छोड़ती हैं जिसका वर्णक्रम और तीव्रता उनके तापमान पर निर्भर करते हैं। पृथ्वी की सतह के सामान्य तापमान पर यह मुख्यतः अवरक्त होता है। वस्तु तब ठंडी होती है जब अन्य ऊष्मीय आदान-प्रदान सहित उसकी ऊर्जा हानि प्राप्त ऊर्जा से अधिक हो।

अंतरिक्ष की ओर उत्सर्जन: कुछ अवरक्त तरंगदैर्घ्य वायुमंडल से अपेक्षाकृत आसानी से गुजरते हैं, विशेषकर लगभग 8–13 माइक्रोमीटर की पारदर्शिता पट्टी। उपयुक्त सतह इस पट्टी में ऊष्मा अंतरिक्ष की ओर छोड़ सकती है। आर्द्रता, बादल और अन्य बाहरी परिस्थितियाँ परिणाम को प्रभावित करते हैं।

दिन और रात का शीतलन: धूप के बिना परिवेशी हवा से कम तापमान पाना आसान होता है। दिन में सोखी गई सौर ऊर्जा शीतलन का विरोध करती है। फिर भी अच्छी तरह बनाया गया, अत्यधिक परावर्तक पदार्थ दिन में भी विकिरणीय शीतलन दे सकता है, जैसा इस शोध में दिखाया गया।

अल्बीडो से संबंध: अल्बीडो सौर विकिरण के परावर्तित अंश को बताता है, केवल दृश्य प्रकाश को नहीं। अधिक अल्बीडो सौर ऊर्जा का अवशोषण घटाता है। विकिरणीय शीतलन ऊष्मीय विकिरण के उत्सर्जन से संबंधित है। दोनों गुण एक-दूसरे के पूरक हैं; गहरी रंगत की सतह अवरक्त छोड़ने के बावजूद अधिक धूप सोखने के कारण गरम रह सकती है।

अनुप्रयोग: भवनों, वाहनों और तकनीकी संयंत्रों में विकिरणीय शीतलन पर शोध हो रहा है। बनावट और परिस्थितियों के अनुसार यह वातानुकूलन की बिजली मांग घटा सकता है या मौजूदा शीतलन प्रणालियों की दक्षता बढ़ा सकता है।

धूप का परावर्तन और अवरक्त का उत्सर्जन अलग प्रक्रियाएँ हैं, जो प्राकृतिक और निर्मित सतहों के ऊष्मा संतुलन में साथ योगदान करती हैं।

जलवायु समाधान विकसित करने वाली कंपनियाँ

नीचे दी गई सूचीबद्ध कंपनियाँ ऊर्जा या परिवहन से जुड़ी तकनीक देती हैं। इन्हें इस अध्ययन के कूलिंग ग्लास का निर्माता नहीं बताया जा रहा है।

तालिकाएँ नवंबर 2023 के लेख में दिए ऐतिहासिक आँकड़े रखती हैं; ये सत्यापित वर्तमान बाजार आँकड़े नहीं हैं। प्रति शेयर आय उस समय की शेयर संरचना दर्शा सकती है। घाटे वाली कंपनी के लिए ऋणात्मक मूल्य-आय अनुपात उपयोगी मूल्यांकन गुणक नहीं है। साथ लगे चार्ट और भाव अधिक हाल के आँकड़े दिखा सकते हैं।

1. FuelCell Energy, Inc.

FCEL मूल्य चार्ट

FuelCell Energy (FCEL ) ईंधन-सेल बिजली संयंत्रों का विकास, निर्माण, संचालन और रखरखाव करती है। विद्युतरासायनिक रूपांतरण तुलनीय दहन तकनीक से दक्षता बढ़ा और कुछ प्रदूषक घटा सकता है। लेकिन संयंत्र प्राकृतिक गैस, बायोगैस या दूसरे ईंधन इस्तेमाल कर सकते हैं; वे अपने आप जीवाश्म ईंधन या CO₂ से मुक्त नहीं हो जाते। जलवायु लाभ ईंधन, दक्षता और बची ऊष्मा के उपयोग पर निर्भर करता है।

2. Brookfield Renewable Partners L.P.

BEP मूल्य चार्ट

Brookfield Renewable Partners (BEP ) उत्तर और दक्षिण अमेरिका, यूरोप तथा एशिया में जलविद्युत, पवन, सौर और भंडारण का बड़ा पोर्टफोलियो चलाती है। इसकी इकाइयाँ टोरंटो में भी सूचीबद्ध हैं (BEP.UN.TO )। Brookfield Renewable Corporation (BEPC ) अलग संरचना है, जिसके विनिमेय शेयर साझेदारी की इकाइयों जैसी आर्थिक हिस्सेदारी देने के लिए बनाए गए हैं। कानूनी रूप से ये प्रतिभूतियों की अलग श्रेणियाँ हैं। समूह नवीकरणीय ऊर्जा परिसंपत्तियों से दीर्घकालिक मूल्य सृजन पर ध्यान देता है।

3. ChargePoint Holdings, Inc.

CHPT मूल्य चार्ट

ChargePoint Holdings (CHPT ) इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए चार्जिंग उपकरण, सॉफ्टवेयर सेवाएँ और सहायता देती है। इसके समाधान घरों, कंपनियों, वाहन बेड़ों और सार्वजनिक स्थानों में काम आते हैं। इलेक्ट्रिक वाहन का उपयोग आसान बनाकर वे तेल आधारित ईंधनों पर निर्भरता कम करने में मदद कर सकते हैं। उत्सर्जन का अंतिम परिणाम बिजली उत्पादन और वाहन पर भी निर्भर करता है।

विकिरणीय शीतलीकरण का उपयोग करने वाली उल्लेखनीय कंपनियाँ

गैर-सूचीबद्ध CeraCool विकिरणीय शीतलन को व्यावहारिक बनाने और बड़े पैमाने पर लागू करने पर काम करती है। इसे इस अध्ययन में प्रस्तुत कूलिंग ग्लास के पीछे के शोधकर्ताओं ने स्थापित किया था।

CeraCool  ने धूप परावर्तित करने और अवरक्त ऊष्मा छोड़ने वाला पेंट विकसित किया। कंपनी इसे परत की अपनी बिजली खपत के बिना शीतलन के रूप में प्रस्तुत करती है, जो 95% से अधिक सौर विकिरण परावर्तित करता है और वायुमंडलीय पारदर्शिता पट्टी से अंतरिक्ष की ओर ऊष्मा छोड़ता है। इसका अर्थ नहीं कि पेंट हर परिस्थिति में सारा वातानुकूलन बदल देता है। कंपनी के अनुसार इसे छतों और कुछ सड़कों जैसी गरम होने वाली सतहों पर स्प्रे या ब्रश से लगाया जा सकता है।

SkyCool Systems विकिरणीय शीतलन पर काम करने वाली एक और निजी कंपनी है।

SkyCool Systems अत्यधिक परावर्तक और अवरक्त उत्सर्जक पदार्थों पर आधारित शीतलन समाधान विकसित करती है। इसके पैनल वाष्प-संपीड़न वाले शीतलन संयंत्रों की दक्षता बढ़ाने में मदद कर सकते हैं। इन तरीकों का उद्देश्य ऊर्जा और पर्यावरणीय लाभ है, जिनका परिमाण संयंत्र और संचालन परिस्थितियों पर निर्भर करता है।

अंतिम विचार

जलवायु प्रयासों में टिकाऊ ऊर्जा स्रोतों के साथ अक्षम ऊर्जा उपयोग को भी कम करना चाहिए। विकिरणीय शीतलन इसमें योगदान कर सकता है। अपने TED व्याख्यान में आस्वथ रमन बढ़ते तापमान, अधिक वातानुकूलन मांग और संबंधित उत्सर्जनों के बीच संभावित प्रतिपुष्टि चक्र समझाते हैं, तथा बताते हैं कि विकिरणीय शीतलन इसे सीमित करने में कैसे मदद कर सकता है।

पीछे संपर्क वाले माइक्रोमीटर आकार के फोटोवोल्टाइक सेल जैसी अन्य प्रगतियों के साथ, CeraCool जैसी कंपनियों की पहल लेख के बाद के वर्षों में लाभ दे सकती है। परिणाम विस्तार और वास्तविक परिस्थितियों में प्रदर्शन पर निर्भर करेंगे।