हवा की नमी से पानी जुटाने में सौर ऊर्जा की भूमिका

कनाडा और ब्राज़ील जैसे देशों में कुल जल संसाधन प्रचुर हैं, फिर भी हर समुदाय को सुरक्षित पानी की समान पहुँच नहीं मिलती। दुनिया के अनेक शुष्क और आबादी वाले क्षेत्रों में मीठे पानी की कमी गंभीर समस्या है। इससे निपटने के विकल्पों में वायुमंडलीय जल संग्रहकर्ता, यानी AWH, भी शामिल हैं।

2023 के शोध में शंघाई जियाओ तोंग विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने सौर ऊष्मा और नमी सोखने वाले छिद्रयुक्त जेल पर आधारित एक प्रायोगिक प्रणाली विकसित की। जेल में टाइटेनियम नाइट्राइड, हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेल्यूलोज़ और लिथियम क्लोराइड (LiCl) थे; इस मिश्रण को THL कहा गया। 25°C पर 15%–90% सापेक्ष आर्द्रता में पदार्थ की जल ग्रहण क्षमता जाँची गई। अधिशोषण में पदार्थ जलवाष्प को बाँधता है और विशोषण में उसे छोड़ता है। यह तैयार तकनीक के हर जलवायु में सफल उपयोग का प्रमाण नहीं है।

इस विकास का विवरण 2023 के शोधपत्र में दिया गया है। गर्मी और सर्दी के बाहरी परीक्षणों में क्रमशः लगभग 60% और 30% सापेक्ष आर्द्रता पर पानी एकत्र किया गया। 15% आर्द्रता पर पदार्थ की प्रयोगशाला क्षमता और बाहरी परीक्षण की जल उपज अलग माप हैं; इन्हें एक ही परिणाम नहीं मानना चाहिए।

प्रकाशक के विवरण के अनुसार नमूना प्रणाली में जल छोड़ने और संघनन के अलग कक्ष तथा पानी की पुनर्प्राप्ति बढ़ाने के लिए पंखा भी था। इसलिए सौर-आधारित होने का अर्थ हर घटक का बिजली के बिना चलना नहीं है। मूल लेख में WHO मानकों का उल्लेख था, लेकिन इसे WHO का उपकरण-प्रमाणन या हर परिस्थिति में पानी सीधे पीने योग्य होने का प्रमाण नहीं मानना चाहिए। पानी की सुरक्षा के लिए रासायनिक और सूक्ष्मजीवी गुणवत्ता, रखरखाव तथा सुरक्षित भंडारण की जाँच आवश्यक है।

वायुमंडलीय जल संग्रहकर्ता

नया नमी-संग्राही छिद्रयुक्त जेल AWH के प्रदर्शन में सुधार की एक शोध दिशा है। इससे यह सिद्ध नहीं होता कि दुनिया भर के मौजूदा उपकरणों में इसका उपयोग हो रहा है या सभी जगह उनकी दक्षता बढ़ गई है। पहले इन प्रणालियों के अलग-अलग तरीकों को समझना उपयोगी है।

वायुमंडलीय जल संग्रहकर्ता हवा से पानी एकत्र करता है। कुछ प्रणालियाँ हवा को ठंडा करके जलवाष्प का संघनन करती हैं; दूसरी प्रणालियाँ पहले नमी को किसी पदार्थ में बाँधकर बाद में गर्मी से निकालती हैं। उपयोगिता स्थानीय तापमान, आर्द्रता, ऊर्जा, पानी की गुणवत्ता और आवश्यक मात्रा पर निर्भर करती है। नीचे शीतलन-आधारित प्रणाली का एक सामान्य क्रम दिया गया है; यह हर AWH का अनिवार्य ढाँचा नहीं है।

1. हवा का प्रवेश: शीतलन-आधारित कुछ प्रणालियों में पंखा हवा को उपकरण के भीतर खींचता है।
2. शीतलन और संघनन: नमी वाली हवा को उसके ओसांक से नीचे ठंडा किया जाता है। इसके लिए प्रशीतन या पेल्टियर प्रभाव पर आधारित शीतलन इस्तेमाल हो सकता है, जिससे जलवाष्प तरल बूँदों में बदलती है।
3. जल संग्रह: संघनित पानी पात्र में एकत्र किया जाता है। उपयोग के अनुसार छानना, कीटाणुशोधन या खनिज मिलाना आवश्यक हो सकता है; केवल संघनन से सुरक्षा सुनिश्चित नहीं होती।
4. वितरण: गुणवत्ता जाँच और उपयुक्त उपचार के बाद पानी सुरक्षित भंडारण में रखा जा सकता है या वितरण प्रणाली से भेजा जा सकता है।

AWH छोटे पोर्टेबल उपकरणों से बड़े संयंत्रों तक अलग आकार के हो सकते हैं। उपज तापमान, आर्द्रता और उपकरण की बनावट से बदलती है। अधिक नमी अक्सर लाभदायक होती है, जबकि बहुत शुष्क हवा में आवश्यक ऊर्जा या पदार्थ की मात्रा बढ़ सकती है। नए जेल के परिणामों से हर पैमाने पर कम लागत की गारंटी नहीं मिलती।

इन उपकरणों के संभावित उपयोगों में निम्न क्षेत्र शामिल हैं। हर स्थान पर उपयुक्तता अलग जाँची जाती है:

शुष्क और सूखा-प्रवण क्षेत्र: पानी की कमी वाले कुछ स्थानों में ये पूरक स्रोत हो सकते हैं। बहुत कम आर्द्रता और बड़ी माँग होने पर पर्याप्त आपूर्ति कठिन हो सकती है।

सैन्य अनुप्रयोग: पोर्टेबल प्रणालियाँ दूरस्थ स्थानों में सैनिकों को पूरक पानी दे सकती हैं, यदि ऊर्जा, रखरखाव और मौसम अनुकूल हों।

दूरस्थ समुदाय और आपातकालीन राहत: आपदा राहत या दूरस्थ समुदायों में इनका उपयोग संभव है, लेकिन तत्काल पर्याप्त और सुरक्षित पेयजल मिलना उपकरण, उपचार और संचालन पर निर्भर करता है।

कृषि: सिंचाई एक संभावित उपयोग है, पर खेतों की बड़ी जल माँग के लिए लागत और उपज का अलग मूल्यांकन चाहिए। छोटा नमूना उपकरण अपने आप व्यापक सिंचाई क्षमता सिद्ध नहीं करता।

नमी-संग्राही जेल और धातु-कार्बनिक ढाँचों, यानी MOF, पर शोध से कम आर्द्रता में जलवाष्प एकत्र करने के विकल्प मिलते हैं। सौर ऊष्मा कुछ ऊर्जा माँग पूरी कर सकती है। फिर भी नमी पकड़ना, उसे छोड़ना, वाष्प संघनित करना और पानी सुरक्षित रखना पूरे तंत्र के हिस्से हैं; हर जगह प्रशीतन से कम लागत सिद्ध नहीं हुई है।

मीठे पानी की आपूर्ति

दुनिया के मीठे पानी का लगभग 68.7% हिमचादरों और हिमनदों में तथा लगभग 30.1% भूजल के रूप में है। ये मीठे पानी के भंडार के अनुपात हैं, पृथ्वी के कुल पानी के नहीं। झीलों, नदियों और वायुमंडल में छोटा हिस्सा है। पानी का मौजूद होना और उसका सुरक्षित, सुलभ तथा आर्थिक रूप से उपयोग योग्य होना अलग बातें हैं।

जल की कमी वाले क्षेत्रों में सुरक्षित पानी तक पहुँच कई कारणों से कठिन हो सकती है:

शुष्क जलवायु: कम वर्षा वाले शुष्क और अर्ध-शुष्क क्षेत्र अफ्रीका, मध्य पूर्व, दक्षिण अमेरिका, मध्य एशिया और ऑस्ट्रेलिया के कुछ हिस्सों में हैं। कम वर्षा अपने आप यह नहीं बताती कि हवा में कितना पानी उपलब्ध है या AWH उपयुक्त होगा।

भूजल स्तर में गिरावट और प्रदूषण: सिंचाई और पेयजल के लिए भूजल निकालने की दर प्राकृतिक या प्रबंधित पुनर्भरण से अधिक हो तो भंडार घट सकता है। प्राकृतिक तथा मानवजनित प्रदूषक उसकी गुणवत्ता भी बिगाड़ सकते हैं।

बुनियादी ढांचे की कमी: कई दूरस्थ या संसाधन-सीमित समुदायों में जल संग्रह, शोधन और वितरण का पर्याप्त ढाँचा नहीं होता। निर्माण और संचालन का खर्च भी बाधा बन सकता है।

जलवायु परिवर्तन: जलवायु में बदलाव वर्षा, सूखे और हिमनदों से मिलने वाले पानी को प्रभावित करते हैं। इसका असर स्थान और मौसम के अनुसार अलग होता है तथा लंबे समय की उपलब्धता बदल सकती है।

अधिक जनसंख्या और शहरीकरण: तेज़ जनसंख्या वृद्धि और शहरीकरण जल आपूर्ति पर दबाव डाल सकते हैं। पर्याप्त सीवेज व्यवस्था और प्रदूषण नियंत्रण न होने पर जल की गुणवत्ता भी बिगड़ सकती है।

राजनीतिक और आर्थिक चुनौतियां: प्रबंधन, वित्त और वितरण की समस्याएँ पानी तक असमान पहुँच का कारण बन सकती हैं। केवल नया उपकरण इन सभी समस्याओं का समाधान नहीं करता।

जहाँ अन्य स्रोत अपर्याप्त हैं, वहाँ हवा से पानी निकालना एक पूरक विकल्प हो सकता है। कम बारिश लेकिन अपेक्षाकृत नम हवा वाले कुछ स्थान विशेष रूप से उपयुक्त हो सकते हैं। निर्णय स्थानीय आँकड़ों और दूसरे विकल्पों की लागत से तुलना पर आधारित होना चाहिए।

वर्तमान समाधान

जल की कमी से निपटने के कई तरीके AWH के विकल्प या पूरक हैं। प्रत्येक की उपयोगिता भूगोल, स्रोत, ऊर्जा, लागत और रखरखाव पर निर्भर करती है। प्रमुख उदाहरण हैं:

अलवणीकरण: समुद्री या अन्य खारे पानी से लवण हटाकर मीठा पानी तैयार किया जाता है। अलवणीकरण की दो प्रमुख विधियाँ हैं: रिवर्स ऑस्मोसिस में पानी को अर्धपारगम्य झिल्ली से गुजारा जाता है; तापीय अलवणीकरण में वाष्पीकरण और संघनन किया जाता है। ऊर्जा, खारे अवशेष के प्रबंधन और अन्य पर्यावरणीय प्रभावों पर ध्यान देना जरूरी है। लागत और ऊर्जा की माँग तकनीक तथा स्थान से बदलती है।

जल पुनर्चक्रण और पुन: उपयोग: अपशिष्ट जल का उपचार करके उसे सिंचाई, उद्योग या अन्य उपयोगों के योग्य बनाया जा सकता है। पेयजल पुनः उपयोग के लिए अधिक विशिष्ट उपचार, निगरानी और स्वीकृत मानक चाहिए। हर पुनर्चक्रित जल पीने योग्य नहीं होता। उपयुक्त प्रणाली का आकार और खर्च स्थानीय परिस्थिति पर निर्भर करता है।

वर्षा जल संग्रह: छतों या अन्य सतहों से वर्षा जल एकत्र कर टैंक में रखा जाता है। मौसमी वर्षा वाले क्षेत्रों में यह पूरक स्रोत हो सकता है। उपलब्ध मात्रा वर्षा और भंडारण क्षमता से सीमित होती है। पीने के उपयोग में सतहों के प्रदूषण, उपचार और सुरक्षित भंडारण की जाँच आवश्यक है।

कोहरा संग्रह: जालियाँ कोहरे में पहले से मौजूद तरल बूँदों को पकड़ती हैं, जो एकत्र होकर टैंक तक पहुँचती हैं। यह जलवाष्प को ठंडा करके संघनित करने से अलग है। नियमित कोहरे वाले कुछ तटीय या पहाड़ी स्थान इसके लिए उपयुक्त हो सकते हैं।

भूजल पुनःभरण: वर्षा जल या उपयुक्त रूप से उपचारित पानी को जमीन में पहुँचाकर जलभृत का पुनर्भरण किया जा सकता है। पुनर्भरण तालाब, रिसाव क्षेत्र और पारगम्य सतहें इसके तरीके हैं। परिणाम मिट्टी, भूविज्ञान और जल गुणवत्ता पर निर्भर करते हैं; यह असीमित भूजल का आश्वासन नहीं है।

सौर जल आसवन: सूर्य की गर्मी से खारे या दूषित पानी को वाष्पित कर उसकी भाप का संघनन किया जाता है। इससे उसी पानी का शोधन होता है, नए जल अणु पैदा नहीं होते। छोटे और धूप वाले स्थानों में यह उपयोगी हो सकता है; उत्पादन दर और संभावित वाष्पशील प्रदूषकों का ध्यान रखना पड़ता है।

कई क्षेत्रों में विभिन्न तरीकों का संयोजन अधिक उपयुक्त होता है। विश्वसनीय आपूर्ति के लिए स्रोत संरक्षण, गुणवत्ता नियंत्रण और संचालन की व्यवस्था भी चाहिए।