टिकाऊ विलवणीकरण: सौर तकनीक जल संकट से निपटने के तरीके कैसे बदल रही है

पानी ही जीवन है

निवेशक और तकनीक विशेषज्ञ अक्सर सोने, दुर्लभ मृदा तत्वों या लिथियम जैसे मूल्यवान संसाधनों पर ध्यान देते हैं। लेकिन सभ्यता को बनाए रखने के लिए हर दिन बड़ी मात्रा में एक अधिक बुनियादी संसाधन चाहिए: मीठा पानी।

दुनिया के अनेक हिस्सों में वर्षा होती है, फिर भी उद्योग, कृषि और घरेलू उपयोग की मांग तथा असमान वितरण के कारण मीठे पानी की उपलब्धता पर दबाव बढ़ रहा है।

दुनिया के लगभग 3% पानी को मीठा पानी कहा जाता है, जबकि करीब 97% खारा है। इसका मतलब यह नहीं कि पूरा 3% आसानी से उपयोग के लिए उपलब्ध है। मीठे पानी का बड़ा हिस्सा हिमनदों और बर्फ की चादरों में है, जबकि एक अन्य बड़ा हिस्सा भूजल के रूप में मिलता है।

स्रोत: USGS

कई स्थानों पर उपलब्ध जल स्रोत खारे हैं। विलवणीकरण से उनमें से नमक हटाया जा सकता है, लेकिन इसके लिए ऊर्जा और उपयुक्त बुनियादी ढांचा चाहिए। ऊर्जा की जरूरत पानी की लवणता और इस्तेमाल की गई प्रक्रिया पर निर्भर करती है।

एमआईटी के इंजीनियरों ने सौर ऊर्जा के उतार-चढ़ाव के अनुसार काम करने वाली एक प्रणाली विकसित की। शोध Nature Water में इस शीर्षक से प्रकाशित हुआ: “Direct-drive photovoltaic electrodialysis via flow-commanded current control”।

सौर ऊर्जा से विलवणीकरण

शुष्क क्षेत्रों में प्रचुर धूप सौर ऊर्जा को विलवणीकरण के लिए उपयोगी बनाती है। धूप का ईंधन खर्च नहीं होता, लेकिन पैनल, संयंत्र, रखरखाव और जरूरत पड़ने पर ऊर्जा भंडारण की लागत बनी रहती है।

सौर बिजली की घटती लागत पर हमने लेख “सौर युग: मानवता के लिए एक उज्ज्वल भविष्य” में चर्चा की है।

एक चुनौती यह है कि सौर उत्पादन रात और बादलों के कारण बदलता रहता है। लगातार संचालन के लिए कुछ प्रणालियों को बैटरी या दूसरी बिजली आपूर्ति की जरूरत पड़ सकती है, जबकि दूसरी प्रणालियां उत्पादन को उपलब्ध ऊर्जा के अनुसार बदल सकती हैं।

रिवर्स ऑस्मोसिस में झिल्लियों पर दबाव बनाए रखना जरूरी होता है। बदलती ऊर्जा आपूर्ति के साथ इसे चलाने के लिए उचित नियंत्रण या भंडारण चाहिए; हर संयंत्र के लिए बिल्कुल स्थिर बिजली अनिवार्य होने का निष्कर्ष सही नहीं है।

ऊर्जा भंडारण की लागत कुछ परियोजनाओं के लिए चुनौती बन सकती है, लेकिन इससे सभी छोटे या कम लागत वाले विलवणीकरण संयंत्र असंभव नहीं हो जाते। भंडारण की प्रगति पर हमने “ऊर्जा भंडारण का भविष्य: ग्रिड स्तर की बैटरी तकनीक” में चर्चा की है। एक अन्य रास्ता संयंत्र को धूप में आने वाले छोटे और बड़े बदलावों के अनुसार ढालना है।

लचीला बैच इलेक्ट्रोडायालिसिस

एमआईटी की टीम ने इलेक्ट्रोडायलिसिस का अध्ययन किया। इसमें आयन-विनिमय झिल्लियों के बीच से पानी गुजारते समय विद्युत क्षेत्र की मदद से नमक के आयन अलग किए जाते हैं।

स्रोत: Nature Water

पहले संस्करण में सेंसरों से जुड़े मॉडल-आधारित नियंत्रण ने पानी की प्रवाह दर और लागू विद्युत स्थितियों को समायोजित किया। उद्देश्य उपलब्ध सौर बिजली के अनुसार अधिक प्रभावी ढंग से नमक हटाना था।

इससे विलवणीकरण की गति को वास्तविक समय में उपलब्ध सौर ऊर्जा के अनुसार बदलना संभव हुआ।

स्रोत: Nature Water

पहले अध्ययन वाले संस्करण ने औसतन उपलब्ध सौर विद्युत ऊर्जा का 77% सीधे इस्तेमाल किया। शोधकर्ताओं के अनुसार, यह तुलना में शामिल पारंपरिक सौर इलेक्ट्रोडायलिसिस डिजाइन से 91% अधिक था। इस परिणाम को बाद में विकसित बैटरी-रहित संस्करण के परिणाम से अलग समझना चाहिए।

और सुधार

पहले संस्करण की ऊर्जा उपयोग दक्षता में सुधार की गुंजाइश थी, क्योंकि उसके नियंत्रण निर्णयों के बीच समय लगता था:

“हम हर तीन मिनट पर ही गणना कर सकते थे, और उस बीच कोई बादल आकर सूरज को ढक सकता था।

प्रणाली कह सकती थी कि उसे इतनी अधिक शक्ति पर चलना है, लेकिन धूप घटने से कुछ शक्ति अचानक गायब हो जाती थी। इसलिए उस कमी को अतिरिक्त बैटरी से पूरा करना पड़ता था।”

Amos Winter – एमआईटी के K. Lisa Yang Global Engineering and Research (GEAR) Center के निदेशक

बाद के डिजाइन में नियंत्रण अधिक तेजी से बदलता है और शोधकर्ताओं ने सीधे उपलब्ध सौर ऊर्जा के 94% से अधिक उपयोग की रिपोर्ट दी। इस नए संस्करण ने परीक्षणों में अतिरिक्त बैटरी के बिना संचालन दिखाया। व्यावसायीकरण की योजना को तैयार वाणिज्यिक उत्पाद या सार्वभौमिक लागत लाभ नहीं समझना चाहिए।

शोध को उपकरण या सामग्री के रूप में Veolia Water Technologies and Solutions (VIE.PA) और Xylem Goulds (XYL ).

केवल समुद्री जल नहीं

टीम ने न्यू मेक्सिको के खारे भूजल पर ध्यान दिया। समुद्र से दूर रहने वाले समुदायों के लिए ऐसा भूजल महत्वपूर्ण स्रोत हो सकता है, यदि उससे उपयुक्त लागत पर नमक और अन्य आवश्यक प्रदूषक हटाए जा सकें।

“वास्तव में अधिकांश जनसंख्या तट से इतनी दूर रहती है कि समुद्री जल का निर्मलन कभी भी उनके पास नहीं पहुँच सकता। इसलिए वे विशेष रूप से दूरस्थ, कम‑आय वाले क्षेत्रों में भूजल पर भारी निर्भर होते हैं। और दुर्भाग्यवश, जलवायु परिवर्तन के कारण यह भूजल अधिक से अधिक खारा हो रहा है।”

जोनाथन बेसेट, एमआईटी में मैकेनिकल इंजीनियरिंग के पीएचडी शोधार्थीप्रणाली का लगभग छह महीने तक परीक्षण Brackish Groundwater National Desalination Research Facility में, न्यू मेक्सिको के अलामोगोर्डो में किया गया। बताई गई जल उत्पादन क्षमता को समुदाय की पीने के पानी की जरूरतों के संदर्भ में समझना चाहिए, न कि हजारों लोगों की सभी घरेलू, कृषि और औद्योगिक जरूरतों की आपूर्ति के रूप में।

समस्या केवल रेगिस्तानों तक सीमित नहीं

पानी की कमी केवल न्यू मेक्सिको या सऊदी अरब जैसे शुष्क क्षेत्रों में नहीं होती। अपेक्षाकृत अधिक वर्षा वाले क्षेत्रों में भी सूखा, मांग और वितरण की समस्याएं हो सकती हैं। उदाहरण के लिए, ब्रिटेन में सूखे के दौरान नॉर्वे से पानी लाने के प्रस्तावों पर चर्चा हुई थी.

इसी तरह, कनाडा के कुछ फर्स्ट नेशन्स समुदायों को सुरक्षित पेयजल की लंबे समय से समस्याएं रही हैं। यह केवल पानी की मात्रा की कमी नहीं, बल्कि बुनियादी ढांचे, गुणवत्ता और सेवा उपलब्धता का भी प्रश्न है।

वहीं, ताइवान में पानी की कमी से महत्वपूर्ण सेमीकंडक्टर उद्योग प्रभावित हो सकता है.

जलवायु परिवर्तन कुछ क्षेत्रों में सूखे या जल गुणवत्ता की समस्याओं को बढ़ा सकता है, हालांकि स्थानीय प्रभाव अलग-अलग होते हैं।

कई क्षेत्रों में विश्वसनीय जल आपूर्ति कृषि और जीवन स्तर को बेहतर बना सकती है। समुद्री पानी बड़ी मात्रा में उपलब्ध है, लेकिन विलवणीकरण में ऊर्जा, लागत, समुद्री पर्यावरण और बचे हुए नमकीन पानी के प्रबंधन पर भी ध्यान देना जरूरी है।

एक दूसरी संभावना वायुमंडल से पानी इकट्ठा करने वाली तकनीकों का विकास है। इनकी उपयुक्तता हवा की नमी, ऊर्जा की जरूरत और लागत पर निर्भर करती है।

पानी में निवेश

स्वच्छ पेयजल और स्वच्छता तक पहुंच को संयुक्त राष्ट्र ने 2010 में मानव अधिकार के रूप में मान्यता दी। जल और अपशिष्ट जल उपचार एक बड़ा उद्योग है; एक बाजार अनुमान ने इसे 2023 में लगभग 323 अरब डॉलर का बाजार बताया और 2032 तक 617 अरब डॉलर तक पहुंचने का अनुमान लगाया। ऐसी बाजार भविष्यवाणियां अनुमान हैं, सुनिश्चित परिणाम नहीं।

जल क्षेत्र में ऊर्जा की लागत, स्रोतों की उपलब्धता, नियम और बुनियादी ढांचा महत्वपूर्ण हैं। सौर बिजली और नई तकनीकें कुछ लागतें घटा सकती हैं, लेकिन हर स्थान की जल समस्या का एक ही समाधान नहीं है।

व्यक्तिगत कंपनियों के बजाय क्षेत्र में विविध निवेश के लिए Global X Clean Water ETF (AQWA), iShares Global Water UCITS ETF (IH2O) या  Amundi MSCI Water ESG Screened ETF (WAT) जैसे फंडों पर भी विचार किया जा सकता है। उपलब्धता, होल्डिंग, शुल्क और निवेश जोखिम की जांच जरूरी है; विविधीकरण नुकसान की संभावना समाप्त नहीं करता।

जल आपूर्ति और उपचार से जुड़ी कंपनी

Xylem Inc.

Xylem जल और अपशिष्ट जल प्रबंधन उपकरण तथा सेवाओं की एक बड़ी अंतरराष्ट्रीय कंपनी है। Veolia भी इस क्षेत्र की महत्वपूर्ण कंपनी है। कर्मचारियों, ग्राहकों और देशों की संख्या समय के साथ बदलती है।

इसके ग्राहकों में नगर निकायों के पेयजल और अपशिष्ट जल संयंत्रों के अलावा स्वास्थ्य सेवा, ऊर्जा, खाद्य और पेय, तेल और गैस तथा माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स जैसे क्षेत्र भी शामिल हैं।

स्रोत: Xylem

Xylem के उत्पादों और सेवाओं में पंप, जल उपचार उपकरण, निगरानी, सॉफ्टवेयर और रखरखाव शामिल हैं। अलग-अलग तकनीकों का उपयोग स्रोत के पानी और आवश्यक गुणवत्ता के अनुसार किया जाता है।

स्रोत: Xylem

जल प्रौद्योगिकी बाजार अनेक कंपनियों में बंटा हुआ है। Xylem ने अपने संबोधित बाजार में महत्वपूर्ण स्थिति बताई है, लेकिन बाजार हिस्सेदारी के आंकड़े उसकी परिभाषा और समय पर निर्भर करते हैं।

कंपनी अनुसंधान और विकास में निवेश करती है। PFAS (पर- और पॉलीफ्लुओरोएल्किल पदार्थ, जिन्हें अक्सर “फॉरएवर केमिकल्स” कहा जाता है) से जुड़े नियम उपचार तकनीकों की मांग बढ़ा सकते हैं। वास्तविक अवसर लागू नियमों, संयंत्रों और तकनीकी आवश्यकताओं पर निर्भर करेगा।

Xylem की 2023 रिपोर्ट में शुद्ध लाभ लगभग 609 मिलियन डॉलर और समायोजित EBITDA मार्जिन 18.9% था, जबकि 2022 में यह मार्जिन लगभग 17% था। शुद्ध लाभ और मार्जिन हर वर्ष लगातार बढ़ने की गारंटी नहीं है।

Xylem उपकरण और प्रौद्योगिकी उपलब्ध कराने वाली औद्योगिक कंपनी है, स्वयं सामान्य जल उपयोगिता कंपनी नहीं। इसकी आय पर बुनियादी ढांचे के खर्च, ग्राहक मांग, प्रतिस्पर्धा और लागत का असर पड़ता है; निवेश परिणाम सुनिश्चित नहीं हैं।