सौर ऊर्जा केवल स्वच्छ ऊर्जा प्रदान करने से अधिक कर सकती है – यह शुष्क क्षेत्रों में स्वच्छ पानी भी उत्पन्न कर सकती है

कनाडा और ब्राज़ील जैसे देशों में, मीठे पानी तक पहुंच आमतौर पर चिंता का विषय नहीं होती। हालांकि, वास्तविकता यह है कि दुनिया भर में कई जनसंख्या वाले शुष्क क्षेत्रों में मीठा पानी एक विलासिता है। सौभाग्य से, इस समस्या को हल करने के लिए पहले से मौजूद और विकसित हो रही समाधान हैं – जैसे कि वायुमंडलीय जल संग्रहकर्ता (AWH)।

हाल ही में एक बड़ी उपलब्धि में, शोधकर्ताओं ने सौर-शक्तिप्रयुक्त निष्क्रिय adsorption-आधारित तकनीक का उपयोग करके एक संभावित क्रांतिकारी वायुमंडलीय जल संग्रहकर्ता विकसित किया है। इस नवाचार का मूल भाग नई विकसित ‘सुपर हाइग्रोस्कोपिक पोरोस जेल्स’ के उपयोग में निहित है। ये टाइटेनियम नाइट्राइड, हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मेथिलसेल्यूलोज, और LiCl (THL) से बने हैं, और 15%–90% RH की विस्तृत आर्द्रता सीमा में असाधारण जल adsorption क्षमता प्रदर्शित की है। सामग्री का यह अनूठा संयोजन तेज़ adsorption और desorption गति (जिस गति से पहले से adsorbed पदार्थ मुक्त होता है) सक्षम करता है, जिससे वायुमंडलीय जल संग्रहकर्ताओं में उपयोग होने पर दक्षता में उल्लेखनीय वृद्धि होती है।

उपरोक्त breakthrough को विस्तार से बताने वाला अध्ययन जारी किया गया, उपकरण की उच्च जल उत्पादन क्षमता को रेखांकित करता है, यहाँ तक कि शुष्क वातावरण में भी, और इसका व्यावहारिक उपयोग विभिन्न मौसमों में बाहरी परीक्षणों द्वारा पहले ही सत्यापित हो चुका है।

This AWH technology, showcasing a sustainable and effective approach to mitigating water scarcity in arid regions, compares favorably against other solar-driven water harvesting systems and, importantly, meets WHO standards for drinking water.

वायुमंडलीय जल संग्रहकर्ता

तो, एक नया हाइग्रोस्कोपिक पोरोस जेल विकसित किया गया है जो दुनिया भर में उपयोग में आने वाले AWHs की दक्षता और प्रभावशीलता को बढ़ा देगा। यह शानदार है, लेकिन ये उपकरण वास्तव में कैसे काम करते हैं?

जैसा कि इसके नाम से स्पष्ट है, एक वायुमंडलीय जल संग्रहकर्ता (AWH) वह उपकरण है जो हवा से पानी निकालने के लिए बनाया गया है। ये उपकरण विशेष रूप से शुष्क क्षेत्रों में मूल्यवान होते हैं जहाँ पारंपरिक जल स्रोत दुर्लभ या प्रदूषित होते हैं। मौजूदा AWHs की तकनीक विविध है, लेकिन सामान्यतः यह हवा से जलवाष्प को पकड़कर उसे तरल पानी में संघनित करने पर केंद्रित होती है।

1. हवा प्रवेश: हवा को एक पंखे का उपयोग करके प्रणाली में खींचा जाता है।
2. शीतलन और संघनन: नमीयुक्त हवा को फिर उसके बिंदु से नीचे ठंडा किया जाता है, अक्सर एक रेफ्रिजरेटेड या Peltier-शीतित कंडेंसर का उपयोग करके, जिससे जलवाष्प बूंदों में संघनित हो जाता है।
3. जल संग्रह: संघनित पानी को एक जलाशय में इकट्ठा किया जाता है, फ़िल्टर किया जाता है, और कभी-कभी स्वाद के लिए खनिजीकृत किया जाता है।
4. वितरण: अंत में, पानी को या तो बाद में उपयोग के लिए संग्रहीत किया जाता है या तुरंत सेवन के लिए सीधे पाइप किया जाता है।

AWH प्रणालियाँ आकार में विविध हो सकती हैं, छोटे पोर्टेबल इकाइयों से जो व्यक्तिगत या घरेलू उपयोग के लिए उपयुक्त हैं, बड़े औद्योगिक-स्तर की स्थापितियों तक। इन प्रणालियों की दक्षता मुख्यतः परिवेशीय आर्द्रता और तापमान पर निर्भर करती है; उच्च आर्द्रता स्तर आमतौर पर अधिक जल उत्पादन देते हैं – इसलिए शुष्क वातावरण में प्रदान की गई कोई भी दक्षता वृद्धि स्वागत योग्य है, जैसे कि नए सुपर हाइग्रोस्कोपिक पोरोस जेल्स के उपयोग से प्राप्त होती है।

उनकी आकार में स्केलेबिलिटी के कारण, AWHs विभिन्न सेटिंग्स में आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं:

शुष्क और सूखा-प्रवण क्षेत्र: वे उन क्षेत्रों में स्वच्छ पेयजल का एक महत्वपूर्ण स्रोत प्रदान करते हैं जहाँ पानी दुर्लभ है।

सैन्य अनुप्रयोग: पोर्टेबल AWH इकाइयाँ दूरस्थ स्थानों में सैनिकों को पानी प्रदान करने में उपयोगी हैं।

दूरस्थ समुदाय और आपातकालीन राहत: वे दूरस्थ समुदायों या प्राकृतिक आपदाओं के दौरान जहाँ पारंपरिक जल स्रोत उपलब्ध नहीं या प्रदूषित होते हैं, तुरंत पेयजल का स्रोत प्रदान करती हैं।

कृषि: कुछ AWH प्रणालियों का उपयोग शुष्क क्षेत्रों में सिंचाई के लिए किया जाता है।

सुपर हाइग्रोस्कोपिक पोरोस जेल्स और MOFs (धातु-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क) को शामिल करने वाली AWH तकनीक में प्रगति पारंपरिक रेफ्रिजरेशन-आधारित प्रणालियों को सुधारने के लिए तैयार है, जो बहुत कम ऊर्जा लागत पर जलवाष्प को अवशोषित करने की क्षमता प्रदान करती है। ये नवाचार AWHs को अधिक कुशल और विभिन्न जलवायु परिस्थितियों में व्यावहारिक बनाना चाहिए।

मीठे पानी की आपूर्ति

विश्व के अधिकांश मीठे पानी के स्रोत हिमनदों और बर्फ़ीली चोटी पर पाए जाते हैं, जो वैश्विक मीठे पानी के संसाधनों का लगभग 69% बनाते हैं। ये मुख्यतः ध्रुवीय क्षेत्रों और उच्च पर्वतीय क्षेत्रों में स्थित हैं, जैसे अंटार्कटिका, ग्रीनलैंड, और विश्व भर के विभिन्न पर्वत श्रृंखलाएँ। अगला सबसे बड़ा मीठे पानी का भंडार भूजल स्रोत हैं, जो कुल का लगभग 30% बनाते हैं। केवल एक छोटा हिस्सा (1% से कम) विश्व के मीठे पानी का नदियों, झीलों और वायुमंडल में उपलब्ध है।

वायुमंडलीय जल संग्रहकर्ता (AWHs) की आवश्यकता वाले क्षेत्रों में, कई कारणों से स्वच्छ पानी ढूँढ़ना कठिन होता है:

शुष्क जलवायु: AWHs की आवश्यकता वाले कई क्षेत्रों में कम वर्षा के कारण जलवायु शुष्क या अर्ध-शुष्क होती है। इसमें अफ्रीका, मध्य पूर्व, दक्षिण अमेरिका के कुछ हिस्से, मध्य एशिया, और ऑस्ट्रेलिया के विस्तृत क्षेत्र शामिल हैं।

भूजल क्षय और प्रदूषण: कृषि और पेयजल के लिए भूजल का अत्यधिक उपयोग, अपर्याप्त पुनःपूर्ति के साथ मिलकर, क्षय का कारण बनता है। इसके अलावा, भूजल प्राकृतिक और मानव निर्मित प्रदूषकों से दूषित हो सकता है, जिससे यह सेवन के लिए असुरक्षित हो जाता है।

बुनियादी ढांचे की कमी: कई दूरस्थ या अविकसित क्षेत्रों में जल संग्रह, उपचार और वितरण के लिए आवश्यक बुनियादी ढांचा नहीं होता। यह अक्सर आर्थिक प्रतिबंधों से और बढ़ जाता है।

जलवायु परिवर्तन: जलवायु पैटर्न में परिवर्तन पारंपरिक जल स्रोतों को प्रभावित कर रहे हैं। कुछ क्षेत्रों में दीर्घकालिक सूखे होते हैं, जबकि अन्य में हिमनदों का पिघलना होता है, जो दीर्घकालिक जल उपलब्धता को प्रभावित करता है।

अधिक जनसंख्या और शहरीकरण: घनी आबादी वाले या तेज़ी से शहरीकरण वाले क्षेत्रों में, मौजूदा जल आपूर्ति मांग को पूरा करने के लिए अपर्याप्त हो सकती है। इसके अलावा, शहरीकरण अक्सर उपलब्ध जल स्रोतों के प्रदूषण का कारण बनता है।

राजनीतिक और आर्थिक चुनौतियां: कुछ मामलों में, जल संसाधनों का प्रबंधन और वितरण राजनीतिक और आर्थिक मुद्दों से प्रभावित होता है, जिससे जल तक असमान पहुंच होती है।

AWHs हवा से जल निकालकर एक वैकल्पिक समाधान प्रदान करते हैं, जो उन क्षेत्रों में एक व्यवहार्य विकल्प हो सकता है जहाँ अन्य स्रोत अनुपलब्ध, अपर्याप्त या असुरक्षित हैं। यह तकनीक विशेष रूप से उन क्षेत्रों में मूल्यवान है जहाँ हवा में नमी अधिक है, लेकिन वर्षा कम है, जिससे पारंपरिक जल स्रोत अविश्वसनीय हो जाते हैं।

वर्तमान समाधान

वर्तमान में, कई तकनीकें हैं जो वायुमंडलीय जल संग्रहकर्ता (AWHs) के साथ प्रतिस्पर्धा करती हैं या उन्हें पूरक करती हैं, विशेष रूप से उन क्षेत्रों में जहाँ जल कमी एक महत्वपूर्ण समस्या है। हालांकि, प्रत्येक के अपने लाभ और चुनौतियाँ हैं। कुछ उल्लेखनीय वैकल्पिक समाधान इस प्रकार हैं,

विसर्जन: यह समुद्र के पानी या खारे पानी से मीठा पानी बनाने की सबसे प्रमुख विधियों में से एक है। विसर्जन मुख्यतः दो तकनीकों का उपयोग करता है: रिवर्स ऑस्मोसिस, जो पानी को अर्ध-परमीय झिल्ली के माध्यम से फ़िल्टर करता है, और थर्मल विसर्जन, जिसमें पानी को गर्म करके वाष्पित किया जाता है और फिर भाप को संघनित किया जाता है। विसर्जन संयंत्र विशेष रूप से मध्य पूर्व जैसे शुष्क क्षेत्रों में सामान्य हैं। प्रभावी होने के बावजूद, विसर्जन प्रयास आमतौर पर महंगे होते हैं, जिसके लिए बड़ी मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

जल पुनर्चक्रण और पुन: उपयोग: उन्नत जल उपचार तकनीकें अपशिष्ट जल को पीने योग्य पानी में पुनर्चक्रित करने में सक्षम बनाती हैं। इसमें सीवेज, औद्योगिक और कृषि अपशिष्ट जल का उपचार शामिल है। पुनर्चक्रित जल का उपयोग विभिन्न उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है, जैसे सिंचाई, औद्योगिक प्रक्रियाएँ, और मीठे पानी की आपूर्ति को पुनः भरना। यह दृष्टिकोण आमतौर पर बड़े सुविधाओं और उच्च संचालन लागत की आवश्यकता रखता है।

वर्षा जल संग्रह: यह बाद में उपयोग के लिए वर्षा जल को एकत्रित करने और संग्रहित करने की एक सरल और अधिक पारंपरिक विधि है। वर्षा जल संग्रह प्रणाली छतों या अन्य सतहों से जल को पकड़ती है और टैंकों में संग्रहित करती है। AWHs की तुलना में तकनीकी रूप से कम उन्नत होने के बावजूद, यह जल आपूर्ति को पूरक करने का एक स्थायी तरीका है, विशेष रूप से मौसमी वर्षा वाले क्षेत्रों में। क्योंकि यह विधि वर्षा पर निर्भर करती है, यह कुछ अन्य तरीकों जितनी विश्वसनीय नहीं है। यह भी कोई गारंटी नहीं है कि संग्रहित जल को सुरक्षित रूप से सेवन करने के लिए आगे उपचार की आवश्यकता नहीं होगी।

कोहरा संग्रह: AWHs के समान, कोहरा संग्रहकर्ता वायुमंडल से जल एकत्र करते हैं। वे बड़े जाली जाल का उपयोग करके कोहरे में मौजूद जल बूँदों को पकड़ते हैं, जो फिर इकट्ठा होकर संग्रह टैंकों में गिरती हैं। यह विधि तटीय या पहाड़ी क्षेत्रों में उपयुक्त है जहाँ कोहरा अक्सर होता है।

भूजल पुनःभरण: यह बारिश के पानी या पुनः प्राप्त जल को जमीन में निर्देशित करके जलभरण को पुनः भरने से संबंधित है। तकनीकों में पुनःभरण बेसिन, प्रवेश तालाब, और पारगम्य फुटपाथ का उपयोग शामिल है। यह कई क्षेत्रों में मीठे पानी के प्रमुख स्रोत भूजल की स्थायी आपूर्ति सुनिश्चित करने की एक विधि है।

सौर जल स्टिल: एक सरल तकनीक जहाँ सौर ऊर्जा का उपयोग करके दूषित या खारे पानी को वाष्पित किया जाता है, और संघनित जल को शुद्ध जल के रूप में संग्रहित किया जाता है। यह विधि छोटे पैमाने के अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त है और विशेष रूप से धूप से भरपूर दूरस्थ क्षेत्रों में उपयोगी है।

इन प्रत्येक तकनीकों के अपने-अपने अनुप्रयोग क्षेत्र होते हैं जो भौगोलिक, जलवायु और आर्थिक विचारों पर निर्भर करते हैं। कई मामलों में, इन तकनीकों का संयोजन एक विश्वसनीय और स्थायी जल आपूर्ति सुनिश्चित करने के लिए उपयोग किया जाता है।