सौर-शक्तिप्राप्त पॉलिमर तकनीक ने जलविघटन लागत को आधा कर दिया

आधुनिक दुनिया का बहुत हिस्सा अक्सर भूल जाने वाली बुनियादी ढांचों जैसे सड़कें, बंदरगाह, विद्युत लाइनों आदि पर निर्भर करता है।

एक और महत्वपूर्ण बुनियादी ढांचा पानी है, जो संग्रह से लेकर अपशिष्ट जल शुद्धिकरण और उपचार तक फैला है। साफ पानी तक पहुंच न केवल दैनिक जीवन और प्रदूषण नियंत्रण के लिए महत्वपूर्ण है; यह निर्माण, डेटा सेंटर आदि के लिए भी एक आवश्यक संसाधन है।

दुर्भाग्यवश, पृथ्वी पर पानी का अधिकांश भाग समुद्रों या आर्कटिक और अंटार्कटिक ग्लेशियरों में बंद है, जिससे उपयोगी मीठे पानी के रूप में केवल 1% से कम उपलब्ध रहता है।

स्रोत: OpenEdu

इसी कारण से, ऐसी कुशल जलविघटन विधियां जो महंगी और ऊर्जा-भारी तरीकों पर निर्भर नहीं करतीं, एक बड़ी नवाचार हो सकती हैं। यह न केवल उन शुष्क क्षेत्रों की मदद कर सकती है जो वर्तमान में ऐसी महंगी जलविघटन विधियों पर निर्भर हैं, बल्कि पृथ्वी के किसी भी तट पर ताज़ा पानी उत्पन्न करने में भी मदद कर सकती है, जहाँ पहले से ही वैश्विक जनसंख्या का 80% रहता है।

समग्र अनुबंधित जलविघटन क्षमता अब 100 million m3/d, and nearly 60% of desalination is devoted to human consumption को पार कर चुकी है, और पहले ही 21,000 seawater desalination plants across the world स्थापित हो चुके हैं।

ऐसे स्टेशन को अधिक कुशल बनाना ऊर्जा खपत को भी कम करेगा और कार्बन उत्सर्जन को घटाने में मदद करेगा, जो एक महत्वपूर्ण कदम है क्योंकि वैश्विक तापमान वृद्धि स्वयं ही मरुस्थलीकरण और जल की कमी का कारण है, जिससे जलविघटन की आवश्यकता और बढ़ जाती है।

बीजिंग एकेडमी ऑफ साइंस के चीनी शोधकर्ताओं ने एक नया पॉलिमर विकसित किया है जिसमें नई त्रि-आयामी (3D) फोटोथर्मल संरचना है जो वाष्पीकरण को तेज करती है, जिससे सौर-शक्तिप्राप्त जलविघटन बहुत अधिक कुशल हो जाता है, और वाष्पीकरण की ऊर्जा खपत को 45.7% तक घटा देती है। उन्होंने अपने निष्कर्ष Advanced Materials¹ में प्रकाशित किए, शीर्षक “Interlocking Stabilized 3D Photothermal Nano-Architectures Enables Distributed Solar Desalination” के तहत।

सौर-शक्तिप्राप्त जलविघटन

समुद्र के पानी से नमक हटाकर उसे पीने योग्य मीठे पानी में बदलने के कई तरीके हैं। वर्तमान में, सबसे सामान्य बड़े पैमाने पर जलविघटन विधि रिवर्स ऑस्मोसिस है, जिसमें उच्च-दबाव पंप पानी को माइक्रोस्कोपिक छिद्रों वाले विशेष झिल्ली के माध्यम से धकेलते हैं, जिससे शुद्ध पानी घुले हुए नमकों से अलग हो जाता है।

समस्या यह है कि यह प्रक्रिया काफी ऊर्जा-गहन है और काम के लिए महंगी कृत्रिम झिल्लियों की आवश्यकता होती है।

एक विकल्प थर्मल विधियां हैं, जो इस तथ्य का उपयोग करती हैं कि जब पानी वाष्पित होता है, तो नमक पीछे रह जाता है, और वाष्प शुद्ध मीठा पानी बन जाता है। हालांकि, यह भी एक ऊर्जा-गहन प्रक्रिया है।

अधिकांश शुष्क क्षेत्रों में रेगिस्तान होते हैं और तीव्र सूर्यप्रकाश की विशेषता होती है, जिससे जलविघटन के लिए सूर्यप्रकाश एक तर्कसंगत स्रोत बन जाता है।

इसी कारण से, कोई भी सामग्री जो कम ऊर्जा में वाष्पीकरण को संभव बनाती है, जलविघटन की आर्थिकता को मूल रूप से बदल सकती है। उदाहरण के लिए, हमने पहले बताया था कि hydrogel can help photons create evaporation irrespective of heat या कैसे एक ion concentration process का उपयोग करके 10 किलोग्राम से कम वजन वाला पोर्टेबल जलविघटन इकाई बनाई जा सकती है।

जहाँ चीनी शोधकर्ताओं द्वारा विकसित नया पॉलिमर अलग दिखता है, वह है इसकी टिकाऊपन, आसान निर्माण, और वास्तविक परीक्षण जो यह दर्शाते हैं कि यह बोतलबंद पानी से सस्ता ताज़ा पानी उत्पादन करने और फसलों की खेती करने में आर्थिक रूप से व्यवहार्य है।

पॉलिमरों के माध्यम से सौर-शक्तिप्राप्त जलविघटन

सूर्यप्रकाश के संपर्क को अधिकतम करना

सिद्धांत में, जलविघटन के लिए सूर्यप्रकाश का उपयोग सबसे सरल प्रक्रिया है, क्योंकि यह सूर्य की गर्मी का उपयोग करके पानी को वाष्पित करता है। व्यावहारिक रूप में, वाष्पीकरण की दर कई चर पर निर्भर कर सकती है जैसे पर्यावरणीय गर्मी, सतह क्षेत्र, वायु में सापेक्षिक आर्द्रता, हवा की गति, दबाव, और पानी का तापमान।

“सौर-चालित वाष्पीकरण एक आशाजनक दृष्टिकोण है, लेकिन इसका व्यावहारिक कार्यान्वयन अक्सर प्रदर्शन, मजबूती, और आर्थिक व्यवहार्यता को सामंजस्यपूर्ण रूप से एकीकृत करने की कठिनाई से बाधित होता है।”

पानी को हवा और सूर्य की किरणों के संपर्क में लाने का तरीका वाष्पीकरण की गति और आवश्यक ऊर्जा को मूल रूप से बदल सकता है। इसे ध्यान में रखते हुए, शोधकर्ताओं ने एक पॉलिमर विकसित किया जिसमें अनोखी खोखली संरचनाएँ जुड़ी हुई हैं जो वाष्पीकरण को अधिकतम करती हैं।

स्रोत: Advanced Materials

“संरचना में कसकर जुड़े पॉलिमर चेन और खोखले खोल वाली संरचनाएँ होती हैं जो पहले रिपोर्ट की गई तकनीक की तुलना में 8.5 गुना अधिक रिकॉर्ड वाष्पीकरण प्रदान करती हैं।”

यह संरचना सूर्यप्रकाश को अधिकतम पकड़ती है, जिससे वाष्पीकरण के लिए आवश्यक ऊर्जा कम हो जाती है। कुल मिलाकर, जब सूर्यप्रकाश अवशोषण सैद्धांतिक अधिकतम के करीब था, तो वाष्पीकरण की ऊर्जा खपत में नाटकीय कमी आई।

“यह संरचना 90.2 प्रतिशत बैंडविड्थ सूर्यप्रकाश अवशोषण दर्शाती है और वाष्पीकरण की ऊर्जा खपत को 45.7 प्रतिशत तक कम करती है।”

सर्वोत्तम पॉलिमर सन्सकैचर

उपयोग किया गया पदार्थ Ta₂O₅/C (टैंटालम पेंटऑक्साइड-कार्बन) था, जो सूर्यप्रकाश को अवशोषित करने और मजबूत पॉलिमर आणविक बंध बनाने में सक्षम है। इसका कार्य सिद्धांत यह है कि पॉलीएस्टर पॉलिमर चेन नैनोस्फीयर की छिद्रयुक्त संरचना में सटीक रूप से प्रवेश करती हैं, जिससे “नैनोफॉरेस्ट रूपरेखा” बनती है।

स्रोत: Advanced Materials

शोधकर्ता ने कई कैपिलरी ट्यूब लंबाइयों का परीक्षण किया ताकि यह देखा जा सके कि वाष्पीकरण को उत्तेजित करने के लिए कौन सी सबसे बेहतर है। उन्होंने पाया कि खोखली संरचना जोड़ने पर, PET कैपिलरी केवल 15 सेंटीमीटर लंबाई में लगभग अधिकतम दक्षता तक पहुँच गई।

स्रोत: Advanced Materials

टिकाऊपन एवं व्यावसायिक अनुप्रयोग

समुद्री जल में 30 दिनों के बाद, सामग्री पर न तो नमक का असर पड़ा और न ही सूर्यप्रकाश का, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी से भी कोई क्षति नहीं देखी गई। इसके अलावा, जब सामग्री को प्रकाश के संपर्क में लाया गया तो कोई सक्रिय मुक्त कण नहीं पाए गए, जो दीर्घकालिक उपयोग में संभावित अच्छी टिकाऊपन और विश्वसनीयता का संकेत देता है, क्योंकि मुक्त कण प्लास्टिक के सूर्यप्रकाश से क्षय के मुख्य कारण होते हैं।

शोधकर्ता अनुमान लगाते हैं कि यह सामग्री वास्तविक परिस्थितियों में वर्षों तक टिक सकती है और अपनी कार्यक्षमता बनाए रख सकती है, जो किसी भी बड़े पैमाने के अनुप्रयोगों के लिए पूर्वशर्त है।

उन्होंने बड़े पैमाने पर उत्पादन की संभावना का भी परीक्षण किया, जिसमें 20 लीटर के प्रयोगशाला हाइड्रोथर्मल रिएक्टर और बहु-क्षेत्र टनल फर्नेस से 100 ग्राम सामग्री बनाई गई, और यह विधि कम से कम दहियों किलोग्राम की बड़ी मात्रा में लागू करना आसान है।

एक पूर्ण जीवन-चक्र लागत विश्लेषण दर्शाता है कि दो वर्षों के संचालन के बाद, पानी उत्पादन की लागत व्यावसायिक रूप से उपलब्ध बोतलबंद पानी से नीचे गिर जाएगी, जो महत्वपूर्ण आर्थिक प्रतिस्पर्धा को दर्शाता है, कम से कम समुद्र तक पहुंच वाले किसी भी क्षेत्र में पीने के पानी के लिए।

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प्रोटोटाइप परीक्षण

शोधकर्ताओं ने अपने पदार्थ को 0.75 वर्ग मीटर सक्रिय-संघनन सौर जलविघटन उपकरण में उपयोग किया। इसने प्राकृतिक सूर्यप्रकाश के तहत 20 लीटर (5.2 गैलन) से अधिक ताज़ा पानी उत्पन्न किया, जिसकी गुणवत्ता WHO के पेयजल मानकों को पूरा करती है।

यह उत्पादन लगभग दस लोगों की बुनियादी दैनिक पेयजल आवश्यकताओं को केवल सूर्यप्रकाश और समुद्री जल का उपयोग करके पूरा करने के लिए पर्याप्त है।

स्रोत: Advanced Materials

इसी पानी का परीक्षण विभिन्न फसलों की पूरी मौसम की वृद्धि के लिए भी किया गया, 5 वर्ग मीटर प्रदर्शन प्लॉट का उपयोग करके। उन्होंने पालक, मक्का और चीनी पत्ता गोभी उगाई, जिससे यह दर्शाया गया कि यह प्रणाली शुष्क क्षेत्रों में फसलों की खेती में कैसे मदद कर सकती है।

स्रोत: Advanced Materials

जलविघटन का भविष्य

इस नई सामग्री के साथ आगे के परीक्षण किए जा सकते हैं ताकि उत्पादन को और अनुकूलित किया जा सके। उदाहरण के लिए, सरल दर्पण सेट पानी को गर्म करने और वाष्पीकरण को और अधिक दर तक बढ़ाने में मदद कर सकते हैं, जबकि अतिरिक्त सामग्री या स्थापना जटिलता में बहुत कम लागत आती है।

इसी प्रकार, पंखे जैसी अतिरिक्त मशीनरी या अन्य सहायक प्रणालियां जैसे दबाव जोड़ना या आर्द्रता कम करना, सभी फोटोवोल्टाइक पैनलों द्वारा संचालित, उत्पादन को और अधिक बढ़ाने में मदद कर सकती हैं।

समग्र रूप से, यह संभावना है कि दक्षता बढ़ाने वाले उन्नत सामग्री और आर्थिक रूप से स्केलेबल सरल डिज़ाइन का मिश्रण जलविघटन समाधान में प्रमुख भूमिका निभाएगा।

और ताज़ा पानी और जलविघटन संयंत्रों को संभालने में विशेषज्ञता रखने वाली कंपनियां क्रमशः इन नई डिज़ाइनों को अपनाएंगी और अपनी बुनियादी ढांचों को उसी अनुसार अपग्रेड करेंगी।

जल बुनियादी ढांचे में निवेश

कंसॉलिडेटेड वाटर

Consolidated Water (CWCO ) कैरिबियन और USA को ताज़ा पानी प्रदान करने वाला एक महत्वपूर्ण प्रदाता है। इसका विशेषता जलविघटन जल संयंत्र हैं, जो सीमित ताज़ा पानी की आपूर्ति वाले क्षेत्रों पर केंद्रित हैं।

इसके पास संचालन में कुल 11 संयंत्र हैं, जो दैनिक 27.3 मिलियन गैलन ताज़ा पानी उत्पन्न करते हैं, साथ ही 97 जल उपचार संयंत्र भी हैं। कंपनी का एक प्रमुख अनुबंध केमैन द्वीपसमूह में है, जहाँ इसे 6 मिलियन गैलन प्रति दिन प्रदान करने का विशेष जल उपयोगिता लाइसेंस प्राप्त है।

स्रोत: Consolidated Water

कंपनी ने हाल ही में हवाई में एक प्रमुख संयंत्र परियोजना के लिए अनुबंध जीता है, जिसमें ओ’आहू में एक नया समुद्री जल रिवर्स ऑस्मोसिस जलविघटन संयंत्र डिजाइन, निर्माण, संचालन और रखरखाव करना शामिल है। यह दैनिक 1.7 मिलियन गैलन पेयजल उत्पन्न करेगा। यह कंसॉलिडेटेड वाटर द्वारा निर्मित 24^th समुद्री जल रिवर्स ऑस्मोसिस जलविघटन संयंत्र होगा, और USA में पहला। यह पहले दो वर्षों में $148M राजस्व प्रदान करेगा, उसके बाद अगले 24 वर्षों में स्थिर राजस्व, कुल $204M।

जल संयंत्रों के संचालन के अलावा, कंपनी AEREX के माध्यम से जल उपचार उपकरण की निर्माता भी है। AEREX का अधिग्रहण 2020 में हुआ और यह कई अधिग्रहणों में से एक है, जिसने कंपनी को अपने विशेष क्षेत्र में और अधिक पैमाना और विशेषज्ञता प्रदान की (अन्य अधिग्रहणों में Ramey Environmental Compliance -REC, और कैलिफ़ोर्निया में PERC Water Corporation शामिल हैं)।

कंपनी के पास जल उत्पादन से स्थिर राजस्व है, और कभी-कभी बड़े निर्माण परियोजनाओं से अधिक परिवर्तनशील राजस्व है।

स्रोत: Consolidated Water

कंपनी ने जलविघटन और कठिन जल आवश्यकताओं को हल करने में अपनी विशेषज्ञता बनाई है जहाँ आसान समाधान नहीं थे। नई जलविघटन तकनीकों का उदय और बढ़ती जल कमी कंसॉलिडेटेड वाटर को नए बाजारों में प्रवेश करने और भविष्य में अपने राजस्व को बढ़ाने में मदद करनी चाहिए। इसके अलावा, एक मजबूत बैलेंस शीट रणनीतिक अधिग्रहणों में मदद करेगी और नई जल संयंत्र परियोजनाओं के लिए पूंजी और अनुसंधान एवं विकास खर्च को कवर करेगी।

अमेरिकन वाटर वर्क्स (AWK) स्टॉक समाचार और विकास

संदर्भित अध्ययन

^{1. Dan Yu et al., Interlocking Stabilized 3D Photothermal Nano-Architectures Enables Distributed Solar Desalination. Advanced Materials. 21 जून 2026. https://doi.org/10.1002/adma.73756}