सौर ऊर्जा से संचालित जलविघटन – 2.2 अरब लोगों के लिए जल संकट का समाधान

जल संकट की समस्या हमारी कल्पना से अधिक गंभीर है। United Nations Environment Programme, लगभग 50 प्रतिशत विश्व जनसंख्या, अर्थात लगभग 4 अरब लोग, साल में कम से कम एक महीने के लिए जल की कमी का सामना करते हैं।

अगले वर्ष, 2025 तक, 1.8 अरब लोग संभवतः खाद्य और कृषि संगठन (FAO) द्वारा कहा गया “पूर्ण जल संकट” का सामना करेंगे।

ऐसे विशाल और सर्वव्यापी समस्या का समाधान करने के लिए नवाचारी समाधान आवश्यक हैं, जो अनछुए या कम उपयोग किए गए संसाधनों का उपयोग करते हैं।

उदाहरण के लिए, जल संकट से लड़ने के लिए समुद्री जल को मीठे पानी में बदलना एक अत्यधिक प्रभावी समाधान है क्योंकि समुद्री जल की आपूर्ति प्रचुर मात्रा में है। यदि यह प्रक्रिया नवीकरणीय ऊर्जा, जैसे सौर ऊर्जा, का उपयोग करके की जा सके तो यह और भी बेहतर होगा।

समुद्री जल से पेयजल उत्पादन के लिए ऊर्जा-कुशल उपकरण

समुद्री जल को ताज़ा पेयजल में बदलने के लिए जलविघटन आवश्यक है। हालांकि, वर्तमान जलविघटन प्रणालियाँ जो समुद्री जल को झिल्ली के माध्यम से पंप करती हैं ताकि नमक को पानी से अलग किया जा सके, न केवल ऊर्जा‑गहन होती हैं बल्कि उपकरण की सतह पर नमक जमा होने की समस्या भी रहती है। परिणामस्वरूप, जल प्रवाह बाधित हो जाता है, दक्षता घटती है। ये नमक जमा उपकरणों को निरंतर संचालन के लिए अनुपयुक्त बनाते हैं और रखरखाव की लागत बढ़ाते हैं।

University of Waterloo के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब एक प्राकृतिक जल चक्र से प्रेरित समाधान तैयार किया है, जो पेड़ों के जड़ों से पत्तियों तक पानी पहुँचाने के तरीके से गहराई से प्रेरित है।

डॉ. माइकल टैम, वाटरलू के रासायनिक अभियांत्रिकी विभाग के प्रोफेसर के अनुसार:

“हमारी प्रेरणा प्रकृति के स्वयं को बनाए रखने के तरीके और पर्यावरण में जल के वाष्पीकरण व संघनन को देख कर आती है।”

चूंकि यह तंत्र प्राकृतिक जल चक्र से प्रेरित है, इसलिए इसे बड़े रखरखाव की आवश्यकता नहीं होती।

यह प्रक्रिया एक इंजीनियर्ड समाधान का उपयोग करती है जो पानी को वाष्पित करती है, सतह तक ले जाती है, और बंद चक्र में संघनित करती है। परिणामस्वरूप नमक जमा से प्रभावी रोकथाम और उपकरण की आयु में वृद्धि होती है, जबकि दक्षता में कोई समझौता नहीं होता।

डिवाइस की एक और बड़ी विशेषता यह है कि यह नवीकरणीय ऊर्जा का उपयोग करता है, जिससे यह ऊर्जा‑कुशल बनता है। यह सौर ऊर्जा पर चलता है और सूर्य के लगभग 93% ऊर्जा को परिवर्तित कर सकता है।

The efficiency is five times better compared to the current desalination systems available in the market, producing close to twenty liters of fresh water per square meter.

रोचक बात यह है कि यह वही मात्रा है जो WHO प्रत्येक व्यक्ति के लिए दैनिक बुनियादी पेयजल और स्वच्छता हेतु अनुशंसा करता है।

डिवाइस को सौर ऊर्जा का कुशल उपयोग करने के लिए शोधकर्ताओं ने बेस सामग्री के रूप में निकेल (Ni) का उपयोग किया। निकेल फोम आधार को एक चालक पॉलिमर कोटिंग और थर्मो‑रेस्पॉन्सिव पराग कणों से सज्जित किया गया। इस संरचना ने सामग्री को सौर विकिरण स्पेक्ट्रम के पूरे भाग में सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करने योग्य बना दिया।

पानी के ऊपर की ओर गति के लिए, एक पतली परत नमक वाले पानी को गर्म किया गया और ले जाया गया। यह प्राकृतिक पेड़ की कैपिलरी प्रणाली के समान है। पानी के वाष्पीकरण से शेष नमक उपकरण के नीचे की ओर चला जाता है।

समाधान की सरलता इसे व्यापक अपनाने के लिए तैयार बनाती है। इसकी पोर्टेबिलिटी सुनिश्चित करती है कि इसे दूरस्थ क्षेत्रों में, विशेषकर तटीय और द्वीपीय देशों में उपयोग किया जा सके।

समाधान के समग्र लाभों का सारांश देते हुए, वाटरलू के रासायनिक अभियांत्रिकी विभाग की प्रोफेसर डॉ. युनिंग ली ने कहा:

“यह नया उपकरण न केवल कुशल है बल्कि पोर्टेबल भी है, जिससे यह उन दूरस्थ क्षेत्रों में उपयोग के लिए आदर्श बनता है जहाँ ताज़ा पानी की पहुँच सीमित है।”

संभावित लाभों को और विस्तार से बताने के लिए, डॉ. माइकल टैम ने कहा:

“यदि परीक्षण सफल सिद्ध होता है, तो यह तकनीक सतत रूप से तटीय समुदायों को ताज़ा पानी प्रदान कर सकती है और UN के सतत विकास लक्ष्य 3, 6, 10 और 12 को आगे बढ़ा सकती है।”

जबकि उपरोक्त शोध ने वैज्ञानिक समुदाय और सतत मीठे पानी समाधान के लिए काम करने वाले लोगों में बहुत आशा जगाई है, अन्य शोधकर्ता भी इस दिशा में कार्यरत हैं।

आने वाले भाग में, हम 2022 में MIT के शोधकर्ताओं द्वारा प्रस्तावित एक पोर्टेबल जलविघटन इकाई के विकास पर चर्चा करेंगे।

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स्पष्ट, स्वच्छ पेयजल उत्पन्न करने के लिए पोर्टेबल जलविघटन इकाई

अप्रैल 2022 में, MIT के शोधकर्ताओं ने एक पोर्टेबल जलविघटन इकाई विकसित की जिसका वजन 10 किलोग्राम से कम था, आकार में एक सूटकेस के बराबर। यह एक सेल फोन चार्जर को चलाने से कम शक्ति पर काम कर सकती थी। US$50 में उपलब्ध, हमारे पिछले भाग में चर्चा किए गए उपकरण की तरह, यह भी फ़िल्टर के माध्यम से पानी पास करने की आवश्यकता नहीं रखती थी। इसके बजाय, यह पीने योग्य पानी से कण हटाने के लिए विद्युत शक्ति का उपयोग करती थी।

आयन सांद्रता ध्रुवीकरण तकनीक जो इकाई को फ़िल्टर‑फ्री बनाती है

शोधकर्ताओं के दशक‑लंबे कार्य का परिणाम यह प्रक्रिया थी, जिसमें जल चैनल के ऊपर और नीचे स्थित झिल्ली पर विद्युत क्षेत्र लागू किया गया। झिल्ली सकारात्मक या नकारात्मक रूप से आवेशित कणों, जिसमें नमक अणु, बैक्टीरिया और वायरस शामिल हैं, को पानी के गुजरने पर प्रतिकर्षित कर सकती थी। यह प्रक्रिया घुले हुए और निलंबित ठोस दोनों को हटाने में मदद कर सकती थी।

शोधकर्ताओं ने अपने समाधान को विकसित करते समय सबसे बेहतर उपलब्ध तकनीकों, जिसमें मशीन लर्निंग भी शामिल है, का समझदारी से उपयोग किया। मशीन लर्निंग ने ICP और इलेक्ट्रोडायलेसिस मॉड्यूल के आदर्श संयोजन को खोजने में प्रभावी साबित हुआ क्योंकि इस प्रक्रिया में कुल छह मॉड्यूल शामिल थे।

शोधकर्ताओं ने यह भी ध्यान में रखा कि ऐसी इकाइयाँ, जो बहुत सारे अपनाने वालों को आकर्षित करने पर ही प्रभावी होंगी, उपयोग में आसान और सरल होनी चाहिए। इसलिए इसे केवल एक बटन के साथ स्वचालित जलविघटन और शुद्धिकरण के लिए लॉन्च किया जा सकता है।

यह उपयोगकर्ताओं को तब सूचित भी कर सकती है जब लवणता स्तर और कण संख्या एक विशिष्ट सहनशील सीमा से नीचे आ जाए। डेटा पढ़ने को सरल और सहज बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक स्मार्टफ़ोन ऐप प्रदान किया जो इकाई को वायरलेस रूप से नियंत्रित कर सकता है और शक्ति खपत तथा जल लवणता के सभी उपलब्ध डेटा को वास्तविक‑समय में रिपोर्ट करता है।

आंशिक रूप से, DEVCOM Soldier Center, Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab (J‑WAFS), Northeastern University के Experimental AI Postdoc Fellowship Program, और Roux AI Institute द्वारा वित्तपोषित, इस शोध ने संतोषजनक परिणाम प्रदान किए।

शोधकर्ताओं ने समाधान को प्रयोगशाला से बाहर निकालकर बोस्टन के कार्सन बीच में परीक्षण किया। परिणामस्वरूप पानी ने विश्व स्वास्थ्य संगठन की गुणवत्ता दिशानिर्देशों को पार कर दिया, निलंबित ठोस की संख्या को कम से कम 10 गुना घटाया, जबकि प्रोटोटाइप ने प्रति घंटे 0.3 लीटर पेयजल उत्पन्न किया, जिसके लिए केवल 20 वाट‑घंटा प्रति लीटर की आवश्यकता थी।

प्रयोग के परिवर्तनकारी स्वरूप को समझाते हुए, वरिष्ठ लेखक जॉन्ग्यून हान, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर साइंस तथा बायोलॉजिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर और रिसर्च लैबोरेटरी ऑफ इलेक्ट्रॉनिक्स (RLE) के सदस्य, ने कहा:

“यह वास्तव में एक 10‑वर्षीय यात्रा का परिणाम है जिस पर मैं और मेरी टीम ने काम किया है। हमने व्यक्तिगत जलविघटन प्रक्रियाओं के पीछे के भौतिक विज्ञान पर वर्षों तक काम किया, लेकिन इन सभी प्रगति को एक बॉक्स में डालना, एक प्रणाली बनाना, और इसे समुद्र में प्रदर्शित करना मेरे लिए बहुत सार्थक और संतोषजनक अनुभव था।”

जबकि विश्वविद्यालय के शोधकर्ता इस पवित्र लक्ष्य में गहराई से लगे हुए हैं, कई कंपनियां भी जलविघटन का काम ले चुकी हैं। उनका योगदान भी उतना ही महत्वपूर्ण है क्योंकि बड़े‑पैमाने पर अपनाने के लिए वाणिज्यिक स्तर पर काम करने वाले स्केल‑अप समाधान आवश्यक हैं। अगले भागों में हम ऐसी कुछ कंपनियों पर नज़र डालेंगे।

#1. Consolidated Water Co. Ltd. (NASDAQ: CWCO)

कंपनी के पास अपने ग्राहकों को समुद्री जल रिवर्स ओस्मोसिस जलविघटन प्रणाली के पूर्ण डिजाइन‑बिल्ड के लिए इंजीनियरिंग सेवाएँ उपलब्ध हैं। कंपनी स्थापना, विस्तार या रीट्रोफ़िट सहित पूरी सेवा चक्र को संभालती है।

कंपनी, जो Nasdaq पर सूचीबद्ध और ट्रेडेड है, जलविघटन के लिए DesalCo के माध्यम से प्रबंधन, अभियांत्रिकी और निर्माण सेवाएँ प्रदान करती है, जिसे आपूर्तिकर्ता रिवर्स ओस्मोसिस समुद्री जल जलविघटन प्लांट के मूल उपकरण निर्माता (OEM) के रूप में मानते हैं।

तकनीकी रूप से, कंपनी दो प्रमुख जलविघटन विधियों को पहचानती है:

(i) थर्मल डिस्टिलेशन
(ii) मेम्ब्रेन विभाजन.

कंपनी ऊर्जा लागत कम होने के कारण बाद वाली विधि को प्राथमिकता देती है। कंपनी खारे और समुद्री जल जलविघटन के लिए रिवर्स ओस्मोसिस मेम्ब्रेन विभाजन लागू करती है। यह एक द्रव विभाजन प्रक्रिया है जिसमें खारे पानी को दबाव दिया जाता है, और मीठा पानी अर्द्ध‑परगम्य झिल्ली के माध्यम से खारे पानी से अलग हो जाता है, जो नमक को अस्वीकार करती है।

Consolidated Water की समुद्री जल रिवर्स ओस्मोसिस प्लांट नासाउ, न्यू प्रोविंस, बहामास के कॉमनवेल्थ में स्थित है। जुलाई 2006 में कमिशन किया गया, इस प्लांट की संचालन क्षमता 12 मिलियन यूएस गैलन पानी प्रतिदिन है।

2023 में, कंपनी ने PERC Water Corporation (“PERC”) के शेष 39% स्वामित्व का अधिग्रहण पूरा किया, जिससे यह इस सहायक कंपनी का 100% मालिक बन गया, जो दक्षिण‑पश्चिमी यूएस में जल बुनियादी ढांचा सुविधाओं को डिजाइन, निर्माण, संचालन और प्रबंधन करती है।

उसी वर्ष, PERC को हवाई, होनोलूलू में एक नई जलविघटन सुविधा के डिजाइन, निर्माण और संचालन के लिए $204 मिलियन का अनुबंध मिला।

कंपनी की कयमान द्वीपसमूह में रिटेल संचालन ग्रैंड कयमान में स्थित एबेल कास्टिलो वाटर वर्क्स (“ACWW”) और वेस्ट बे साइटों पर तीन समुद्री जल रिवर्स ओस्मोसिस जलविघटन प्लांटों के माध्यम से पेयजल उत्पादन करती है।

ACWW में स्थित दो प्लांटों की कुल उत्पादन क्षमता 3.0 मिलियन गैलन पानी प्रतिदिन है। वेस्ट बे प्लांट की उत्पादन क्षमता 1,000,000 गैलन पानी प्रतिदिन है।

2023 में, कंपनी ने US$180.2 मिलियन का राजस्व अर्जित किया, जो 2022 के US$94.1 मिलियन से काफी अधिक है। 2023 में कंपनी ने निरंतर संचालन से शुद्ध आय $30.7 मिलियन और प्रति शेयर आय $1.93 दर्ज की। कंपनी के सामान्य स्टॉक की कीमत नवंबर 2023 में US$38.29 के सर्वकालिक उच्च स्तर पर पहुंच गई।

#2. Veolia 

कंपनी जलविघटन को जल संकट से लड़ने के लिए एक प्रमुख समाधान के रूप में देखती है। यह दावा करती है कि उसने विश्व भर में सैकड़ों जलविघटन प्लांट और सिस्टम बनाए हैं, जो नगरपालिका और औद्योगिक दोनों आवश्यकताओं के लिए मीठा पानी उत्पादन करते हैं। कंपनी के सबसे हालिया प्रमुख प्रोजेक्ट में बहरीन में Al Dur 2 प्लांट, सऊदी अरब में Rabigh 3 प्लांट, और यूएई में Umm Al Quwain IWP प्लांट शामिल हैं।

2007 से, कंपनी ने ओमान पावर एंड वाटर प्रोक्योरमेंट कंपनी (OPWP) के साथ मिलकर सूर के समुद्री जल रिवर्स ओस्मोसिस प्लांट का निर्माण और संचालन किया है। यह सुविधा 600,000 से अधिक लोगों को पेयजल प्रदान करती है। Veolia औद्योगिक आवश्यकताओं के लिए भी जलविघटन सुविधाएँ बनाती है।

Veolia की स्वामित्व वाली Barrel तकनीक एक सुरक्षित, कॉम्पैक्ट और डिजिटल RO जलविघटन प्रणाली है, जिसकी प्लग‑एंड‑प्ले पद्धति तेज़ शेड्यूल सुनिश्चित करती है, जबकि इसके एम्बेडेड डिजिटल सेंसर प्रभावी रिमोट मॉनिटरिंग को सक्षम बनाते हैं।

Veolia, अपने सीधे जलविघटन समाधान के अलावा, अपने ग्राहकों को डिजिटल टूल्स और विशेषज्ञता के संयोजन से मदद करती है, जिससे प्रक्रियाएँ अधिक स्मार्ट, सुरक्षित और सतत बनती हैं।

इसके स्थापित बेस सर्विसेज पोर्टफोलियो में ग्राहक की विशिष्ट आवश्यकताओं के अनुसार अनुकूलित जल उपचार सेवाएँ शामिल हैं। Veolia की मोबाइल जल सेवाएँ किराए पर उपलब्ध संपत्तियों के माध्यम से ग्राहक साइट संचालन को अस्थायी और दीर्घकालिक जल उपचार आवश्यकताओं के लिए समर्थन और सहायता प्रदान करती हैं। अंत में, इसके जल उपचार रसायन कार्यक्रम शाखा के तहत, कंपनी जल स्वच्छता और HYDREX रासायनिक समाधान प्रदान करती है, जो उपयोगिता और जल उपचार उपकरणों के प्रदर्शन को बढ़ाते हैं।

Veolia (OTC: VEOVY) के शेयर ओवर‑द‑काउंटर (OTC) बाजार में ट्रेड होते हैं। 2024 की पहली छमाही में, कंपनी ने 22.141 बिलियन यूरो का राजस्व दर्ज किया, जो 2023 की पहली छमाही के 22.755 बिलियन यूरो से थोड़ा घटा। इस 22.141 बिलियन में से लगभग 8.8 बिलियन यूरो जल आवश्यकताओं को पूरा करने वाले व्यापार विभाजन से आया, जबकि शेष दो विभाजन कचरा और ऊर्जा से संबंधित हैं।

जलविघटन का बढ़ता महत्व

पहले से ही बड़ी मात्रा में जल जलविघटन से प्राप्त हो रहा है। अंतर्राष्ट्रीय जलविघटन संघ द्वारा प्रस्तुत डेटा के अनुसार, संचित अनुबंधित जलविघटन क्षमता अब 100 मिलियन m³/दिन से अधिक हो गई है और लगभग 60% जलविघटन मानव उपभोग के लिए समर्पित है। अनुमान के अनुसार, लगभग 300 मिलियन लोग इस प्रक्रिया पर अपने दैनिक जल उपयोग के लिए निर्भर हैं। कुवैत जैसे देश लगभग 100% अपने मीठे जल उपयोग को जलविघटन के माध्यम से प्राप्त करते हैं।

हालाँकि, जलविघटन परियोजनाएँ अभी तक विश्व स्तर पर समान रूप से वितरित नहीं हुई हैं। मध्य पूर्व और उत्तरी अमेरिकी क्षेत्रों का संयुक्त हिस्सा विश्व जलविघटन क्षमता का 70% से अधिक है। इस 70% में से, केवल मध्य पूर्व अकेले 53% से अधिक का योगदान देता है।

डेटा यह भी दर्शाता है कि 2022 में 21,000 से अधिक समुद्री जल जलविघटन प्लांट थे, जिनका दैनिक वैश्विक उत्पादन 99 मिलियन m³/दिन था। हालांकि, इस उत्पादन मात्रा के साथ 150 मिलियन m³/दिन से अधिक ब्राइन उप‑उत्पाद भी उत्पन्न होता है। ब्राइन वह थोड़ा सांद्रित समुद्री जल है जो जलविघटन प्लांटों द्वारा समुद्र में वापस छोड़ा जाता है। ब्राइन में नमक की मात्रा लगभग 60g/l होती है, जबकि समुद्री जल में 40g/l, और ब्राइन का तापमान समुद्री जल से कुछ डिग्री सेल्सियस अधिक होता है।

भविष्य के शोध को अधिक पर्यावरण‑अनुकूल तरीकों की खोज में समय और संसाधन निवेश करने होंगे। इन प्लांटों को चलाने में सौर ऊर्जा का उपयोग करने से इन सुविधाओं के कार्बन फुटप्रिंट को काफी हद तक कम किया जा सकता है। हालांकि, भविष्य के शोध को यह सुनिश्चित करना चाहिए कि लगभग सभी समुद्री जल इनपुट को ताज़ा पेयजल में परिवर्तित किया जाए। इससे यह सुनिश्चित होगा कि कोई हानिकारक अपशिष्ट बाय‑प्रोडक्ट के रूप में बाहर नहीं निकले।

सफल परिवहन और वितरण तंत्र यह सुनिश्चित करेंगे कि यह पानी तटीय देशों से परे जाकर उन शुष्क, जल‑स्रोत‑रहित क्षेत्रों तक पहुँचे जहाँ पेयजल की कोई महत्वपूर्ण आपूर्ति नहीं है।

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