समुद्राच्या खाऱ्या पाण्यापासून वीजनिर्मिती; काय आहे हा प्रकल्प? ऑस्मोटिक पॉवर म्हणजे काय?

जपानने समुद्राचे खारट पाणी आणि गोडे पाणी एकत्र करून ऊर्जा निर्माण करण्याच्या जागतिक शर्यतीत प्रवेश केला आहे. या महिन्याच्या सुरुवातीला फुकुओका येथे त्यांनी आपला पहिला ऑस्मोटिक पॉवर प्लांट सुरू केला. डेन्मार्कच्या २०१९ मधील पथदर्शी प्रकल्पानंतर जगातला हा दुसरा प्रकल्प आहे आणि याचे संचालन फुकुओका जिल्हा जलकार्य संस्थेद्वारे केले जात आहे. काय आहे हा प्रकल्प? समुद्राच्या पाण्यापासून वीज तयार करण्याची प्रक्रिया काय? त्याविषयी जाणून घेऊयात.

जपानचा पहिला ऑस्मोटिक पॉवर प्लांट

• जपानने समुद्राचे खारट पाणी आणि गोडे पाणी एकत्र करून, ऊर्जा निर्माण करण्यात यश मिळवले आहे.
• हवामानाची मर्यादा किंवा कार्बन उत्सर्जन नसलेल्या आणि सतत कार्य करू शकणाऱ्या अपारंपरिक ऊर्जास्रोतांच्या शोधातील हे एक महत्त्वाचे पाऊल असल्याचे तज्ज्ञांचे मत आहे.
• फुकुओका येथे नव्याने सुरू झालेल्या या प्रकल्पात समुद्राचे पाणी आणि गोडे पाणी यांतील खारटपणाच्या फरकाचा वापर करून वीजनिर्मिती केली जाते.
• जलकार्य संस्थेनुसार हा प्लांट वर्षाला प्रतितास सुमारे ८,८०,००० किलोवॉट वीज उत्पादन करेल.

ही वीज थेट घरांना पुरवण्यात येणार नसून, त्याचा वापर फुकुओका आणि आसपासच्या रहिवाशांना स्वच्छ पाणी पुरवणाऱ्या एका पाणी शुद्धीकरण सुविधेसाठी केला जाईल. संस्थेने ऑस्मोटिक उर्जेला पुढील पिढीसाठी महत्त्वाचा ऊर्जास्रोत म्हटले आहे. त्याचे कारण म्हणजे त्यावर हवामानाचा किंवा वेळेचा कोणताही परिणाम होत नाही आणि त्यातून कार्बन डाय-ऑक्साइडचेही उत्सर्जन होत नाही.

या तंत्रज्ञानात पाण्याचे रेणू (Molecules) नैसर्गिकरीत्या वाहून जातात. त्यामुळे सूर्यप्रकाश किंवा अनुकूल हवामानावर अवलंबून असलेल्या सौर आणि पवनऊर्जेसारख्या प्रकल्पांमधील खंडित ऊर्जापुरवठ्याची समस्या टाळता येते. टोकियो इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्सचे प्राध्यापक व या क्षेत्रातील अनुभवी संशोधक अकिहिको तानिओका यांनी याबद्दल आनंद व्यक्त केला. क्योटो वृत्तसंस्थेशी बोलताना ते म्हणाले, “आम्ही हे प्रत्यक्षात आणू शकलो, याचा मला खूप आनंद झाला आहे. मला आशा आहे की, हे तंत्रज्ञान केवळ जपानमध्येच नव्हे, तर जगभर पसरेल.”

ऑस्मोटिक पॉवरमागील विज्ञान काय?

शेकडो वर्षांपासून विज्ञानाला परिचित असलेले ऑस्मॉसिसचे तत्त्व या प्रणालीत महत्त्वपूर्ण आहे. जेव्हा गोडे पाणी आणि समुद्राचे खारट पाणी सेमीपरमीबल मेमब्रान (semipermeable membrane)च्या दोन्ही बाजूंना ठेवते. सेमीपरमीबल मेमब्रान म्हणजे पातळ जैविक किंवा कृत्रिम पडदा, जो काही विशिष्ट रेणूंना स्वतःमधून आरपार जाऊ देतो. या पडद्यातून पाण्याचे रेणू नैसर्गिकरीत्या जास्त खारट बाजूकडे वाहू लागतात. त्यामुळे दोन्हीकडील एकाग्रता संतुलित होते. ऑस्मोटिक पॉवर प्लांट याच प्रक्रियेचा वापर करतात. ते कमी आणि जास्त खारटपणा असलेल्या पाण्याच्या दोन प्रवाहांची योजना करतात, जी विशिष्ट पडद्यांनी वेगळी केलेली असते आणि त्यामुळे केवळ पाण्याचे रेणूच आरपार जाऊ शकतात.

फुकुओका येथील प्रकल्पात गोड्या पाण्याचा प्रवाह सांडपाणी प्रक्रिया केंद्रातून (sewage plant) मिळवलेल्या शुद्ध केलेल्या सांडपाण्यापासून येतो. गोडे पाणी अडथळा ओलांडून जाताना, खारट पाण्याच्या बाजूला दाब तयार होतो. या दाबाचा उपयोग जनरेटरला जोडलेले टर्बाइन फिरविण्यासाठी होतो आणि त्यामुळे वीज निर्माण होते. ही संकल्पना सोपी वाटत असली तरी तांत्रिकदृष्ट्या आव्हानात्मक आहे. या प्रणालीमध्ये मोठ्या प्रमाणात पाणी पंपाद्वारे आत घ्यावे लागते आणि पडद्यांना उच्च दाब सहन करावा लागतो. तसेच, अशुद्ध घटक आरपार जाणार नाहीत याची काळजी घ्यावी लागते.

हे तंत्रज्ञान प्रत्यक्षात यायला एवढा वेळ का लागला?

ऑस्मोटिक ऊर्जा नुकतीच व्यावसायिक स्तरावर (commercial-scale) वापरात आली आहे; मात्र ही कल्पना नवीन नाही. १९५४ मध्ये संशोधक आर. ई. पॅटल (R. E. Pattle) यांनी सर्वप्रथम असे सुचवले होते की, गोडे पाणी आणि समुद्राचे खारट पाणी मिसळले असता, वीज निर्माण केली जाऊ शकते. १९७० च्या दशकात, रिव्हर्स ऑस्मॉसिस पाणी शुद्धीकरणाचे सह-आविष्कारक म्हणून प्रसिद्ध असलेले प्राध्यापक सिडनी लोब यांनी जॉर्डन नदीचे (Jordan River) पाणी आणि डेड समुद्रातील पाणी यांच्या मिश्रणातून ‘प्रेशर-रिटार्डेड ऑस्मॉसिस’ नावाची पद्धत विकसित केली.

तेव्हापासून प्रयोगशाळेतील नमुन्यांमधून व्यवहार्य ऊर्जा केंद्रांमध्ये हे तंत्रज्ञान आणण्यासाठी अनेक प्रयत्न केले गेले आहेत. नॉर्वे, दक्षिण कोरिया, स्पेन, कतार व ऑस्ट्रेलियामध्ये प्रायोगिक प्रकल्प तपासले गेले आणि त्यात ऑस्मोटिक प्रक्रियेचे विविध प्रकार शोधले. परंतु, बहुतेक प्रकल्पांना तांत्रिक मर्यादा आणि खर्चामुळे अडचणी आल्या.

या प्रक्रियेतील अडचणी कोणत्या?

तज्ज्ञ सांगतात की, प्लांटमध्ये गोडे आणि खारट पाणी दोन्ही पंपांनी आत घेण्यासाठी ऊर्जा खर्च करावी लागते आणि पडद्यांच्या आत घर्षणामुळे (Frictional resistance) अतिरिक्त ऊर्जा वाया जाते. युनिव्हर्सिटी ऑफ मेलबर्नच्या प्राध्यापिका सँड्रा केंटिश यांनी ‘द गार्डियन’ला सांगितले, “जेव्हा खारट पाणी गोड्या पाण्यात मिसळते, तेव्हा ऊर्जा बाहेर पडते. परंतु, दोन्ही प्रवाह पॉवर प्लांटमध्ये पंप करण्यासाठी आणि पडद्यांमधून होणाऱ्या घर्षणाच्या नुकसानीमुळे बरीच ऊर्जा वाया जाते.

ही पद्धत टिकाऊ का आहे?

सौर आणि पवनऊर्जेच्या तुलनेत ऑस्मोटिक पॉवर प्लांट गोडे पाणी आणि समुद्राचे पाणी उपलब्ध असेपर्यंत सातत्याने चालू ठेवता येतात. जपानमध्ये मर्यादित जीवाश्म इंधनाचा साठा आहे आणि जपान आयातीवर जास्त अवलंबून आहे. त्यामुळे या तंत्रज्ञानाचा विकास त्यांच्याकरिता धोरणात्मकदृष्ट्या महत्त्वाचा आहे. जागतिक स्तरावर संशोधक ऑस्मोटिक प्रणालींमध्ये सुधारणा करीत आहेत. फ्रान्समधील स्विच एनर्जीसारख्या स्टार्टअप्स ‘आयोनिक नॅनो ऑस्मोटिक डिफ्यूजन’ नावाच्या प्रक्रियेवर प्रयोग करीत आहेत. त्यात कार्यक्षमता वाढविण्यासाठी जैव-आधारित कच्चा माल आणि नॅनो-स्केल तत्त्वांचा वापर केला जातो.