उत्सर्जनाला पर्याय काय?

भविष्यवेधी कार्बन डाय ऑक्साइड रिफायनरीजचा आढावा घेणाऱ्या लेखाचा उत्तरार्ध

वाढत्या लोकसंख्येच्या ऊर्जेची मागणी पूर्ण करताना वातावरणातील कार्बन डाय ऑक्साइडची सांद्रता कमी करणे हे भारतासारख्या देशांसाठी एक प्रचंड काम आहे. त्यासाठी कार्बन डाय ऑक्साइडचे उत्सर्जन कमी करण्यासाठी धोरणे, दीर्घकालीन नियोजन आणि अंमलबजावणीची आवश्यकता आहे. जीवाश्म इंधनापासून अक्षय ऊर्जेकडे वळून कार्बन डाय ऑक्साइडची निर्मितीच कमी करणे, कार्बन डाय ऑक्साइड मिळवणे आणि साठवणे (कार्बन कॅप्चर अ‍ॅण्ड स्टोअर – सीसीएस), कार्बन डाय ऑक्साइड मिळवणे आणि वापरणे (कार्बन कॅप्चर अ‍ॅण्ड युटिलाइज- सीसीयू) ही वातावरणीय कार्बन डाय ऑक्साइडवर नियंत्रण मिळवणे आणि तो कमी करणे यासाठीची संभाव्य क्षेत्रे आहेत. ती कार्बन डाय ऑक्साइडचे उत्सर्जन कमी करण्याचे उद्दिष्ट साध्य करण्यासाठी महत्त्वाची आहेत. वाढत्या मागणीनुसार ऊर्जा, इंधन आणि रसायने यांचे उत्पादन करतानाही हे उद्दिष्ट साध्य करता येऊ शकेल. सीसीयू या संकल्पनेत, कार्बन डाय ऑक्साइड मिळवून तो उत्सर्जित वायूंपासून वेगळा केला जातो आणि नंतर त्याचे मौल्यवान उत्पादनांमध्ये रूपांतर केले जाते. अशा प्रकारे, कार्बन डाय ऑक्साइड आणि हायड्रोजनच्या मिश्रणापासून विशिष्ट रासायनिक प्रक्रिया करून कृत्रिम इंधन विकसित केले जाऊ शकते. त्यामुळे भविष्यात तेलाच्या निर्मितीसाठी कार्बन डाय ऑक्साइड महत्त्वाचा घटक ठरू शकते. अशा पद्धतीने कार्बन डाय ऑक्साइडमध्ये उच्चस्तरीय ऊर्जा साठवणुकीची, अक्षय ऊर्जा नियंत्रित करण्याची शक्यता असू शकते. परंतु हा उद्योग विकसित करण्यासाठी नवीन उत्प्रेरक प्रक्रिया आणि रासायनिक प्रकल्पांची आवश्यकता आहे.

जीवाश्म इंधनावर आधारित वीजनिर्मिती केंद्रामधील फ्लू गॅस हे भारतातील कार्बन डाय ऑक्साइडचा मुख्य स्रोत आहे. कार्बन डाय ऑक्साइड वेगळा करायचा असेल तर आजच्या अल्कनोलामाइन्स या रासायनिक घटक शोषून घेण्याच्या तंत्रज्ञानावर आधारित १०० ते ५०० मेगाव्ॉट क्षमतेच्या कोळशावर आधारित ऊर्जा केंद्राची गरज लागेल. म्हणून, कार्बन डाय ऑक्साइडच्या रूपांतरणासाठी त्याचे पूर्व-पृथक्करण न करता फ्ल्यू गॅसचे मिश्रण वापरणे योग्य ठरेल. म्हणून, औद्योगिक रसायने बनवण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या कार्बन डाय ऑक्साइडची मात्रा फ्ल्यू गॅसच्या तुलनेत कमी असली तरी कार्बन डाय ऑक्साइड रूपांतरण आणि वापर हा त्याच्या व्यवस्थापनाचा अविभाज्य भाग असावा.

आर्थिक आणि पर्यावरणीय पातळीवर फ्लू वायूंपासून पूर्व-विभक्त आणि शुद्ध कार्बन डाय ऑक्साइड वापरण्याऐवजी थेट फ्लू वायूंचा वापर करणे फायद्याचे असल्याचे दिसून येते. नैसर्गिक वायू ऊर्जा केंद्रामधील विशिष्ट फ्लू गॅसमध्ये खालीलप्रमाणे प्रमाण/प्रमाणाची टक्केवारी असू शकते. ८-१० कार्बन डाय ऑक्साइड, १८-२० पाणी, २-३ ऑक्सिजन आणि ६७-७२ नायट्रोजन. तर कोळशावर चालणाऱ्या बॉयलरच्या फ्ल्यू गॅसमध्ये १२-१४ कार्बन डाय ऑक्साइड, ८-१० पाणी, ३-५ ऑक्सिजन आणि ७२-७७ नायट्रोजन असू शकतात. फ्लू गॅसच्या भट्टीचे बाहेरचे तापमान साधारणपणे १२०० अंश सेल्सिअसच्या आसपास असते. ते उष्णता हस्तांतरणाच्या मार्गावर हळूहळू कमी होते, तर बाहेर पडणाऱ्या फ्लू गॅसचे तापमान सुमारे १५० अंश सेल्सिअस असते. प्रदूषण नियंत्रण करणारे तंत्रज्ञान SOx, NOx आणि कण द्रव्य काढून टाकू शकते, परंतु कार्बन डाय ऑक्साइड, पाणी ऑक्सिजन अपरिवर्तित राहतात.

रसायनांच्या निर्मितीसाठी कच्चा माल म्हणून कार्बन डाय ऑक्साइडचा वापर केल्यामुळे जागतिक हवामान बदलाचे परिणामच कमी होत नाहीत तर उत्प्रेरक तसेच औद्योगिक विकासाच्या नव्या संकल्पना आणि नव्या संधी शोधता येतात. कार्बन डाय ऑक्साइडचे मिथेन, मिथेनॉल, डायमिथाइल इथर, लिक्विड हायड्रोकार्बन, फॉर्मिक अ‍ॅसिड, वायूयुक्त हायड्रोकार्बन, युरिया, सेंद्रिय काबरेनेट्स इत्यादीमध्ये रूपांतर केले जाऊ शकते. मिथेनपासून एक तर स्टीम रिफॉर्मिगच्या (एसआर) माध्यमातून किंवा थेट पार्शल ऑक्सिडेशनमधून (डीपीओएम) किंवा ड्राय रिफॉर्मिगमधून (डीआर) मिथेनॉल मिळवले जाऊ शकते. एसआर आणि डीपीओएम तुलनात्मकदृष्टय़ा किफायतशीर आहेत, तर एसआर तांत्रिक परिपक्वतेच्या विकसित टप्प्यावर आहे. त्याच्याकडे डीपीओएमच्या तुलनेत जास्त थर्मोडायनामिक आणि कार्बन कार्यक्षमता आहे. मिथेनॉलचे उत्पादन करण्यासाठी कच्चा माल म्हणून मिथेनचा उपयोग भविष्यातील मिथेनॉलवर आधारित अर्थव्यवस्थेचा पाया घालतो. मिथेनॉल आधारित अर्थव्यवस्था ही निती आयोगाची संकल्पना आहे. या तथाकथित  अर्थव्यवस्थेला प्रोत्साहन देण्यासाठी मेथनॉलचे ओलेफिनसह अनेक महत्त्वाच्या रसायनांमध्ये रूपांतर होऊ शकते. डायमिथाइल ईथर (डीएमई) मध्ये इंधन म्हणून अनेक आकर्षक गुणधर्म आहेत. ते नावीन्यपूर्ण उत्प्रेरक, अणुभट्टय़ा आणि विभाजक वापरून कार्बन डाय ऑक्साइडपासून तयार केले जाऊ शकतात. ३०००-७५०० टीपीडी क्षमतेचा डीएमई सिंथेसिस प्लान्ट असेल तरच सीसीएस प्लान्टची अर्थव्यवस्था उभी राहू शकते आणि टिकू शकते. डीएमई हे उच्च दर्जाची कार्यक्षमता असलेले, स्वच्छ असे डिझेलला पर्यायी असे कॉम्प्रेशन इग्निशन इंधन आहे. त्याची ऑटोइग्निशन प्रॉपर्टी आणि उच्च -ऑक्टेन क्रमांक (५५ ते ६०) फायदेशीर आहेत आणि डीएमईला स्वयंपाक इंधन म्हणून एलपीजीमध्ये प्रोपेन आणि ब्यूटेन पर्याय म्हणून वापरण्याची परवानगी दिली जावी. डीएमईसाठी सुस्थापित एलपीजी उद्योगातील पायाभूत सुविधा वापरल्या जाऊ शकतात. कार्बन डाय ऑक्साइडचे वायू किंवा द्रवरूप हायड्रोकार्बनमध्ये रूपांतर करण्यासाठी उच्च तापमान (२५०-४५० अंश सेल्सिअस) आणि दाब (२०-४० बार) आवश्यक आहे, परंतु कार्बन डाय ऑक्साइडच्या रासायनिक सक्रियतेमध्ये असलेल्या अडचणींमुळे रूपांतरणाचे प्रमाण कमी आहे. त्यामुळे उपलब्ध तंत्रज्ञान आर्थिकदृष्टय़ा परवडणारे नाही.

कार्बन डाय ऑक्साइडचे रूपांतरण वाढवण्यासाठी आणि विशिष्ट उत्पादने नियंत्रित करण्यासाठी विविध उत्प्रेरकांची सक्रिय तपासणी आवश्यक आहे. हायड्रोजन या संदर्भात महत्त्वाची भूमिका बजावू शकेल. हायड्रोजनला ऊर्जावाहक म्हणून ओळखले जाते आणि तो इतर स्रोतांमधून ऊर्जा वापरून तयार केला जातो. इंडियन केमिकल टेक्नॉलॉजीने ओबीसीच्या समन्वयाने थर्मोकेमिकल हायड्रोजन उत्पादनासाठी अभिनव असे सीयू- सीएल (Cu-Cl) वर्तुळ (सायकल) विकसित केले आहे. त्याच्यामार्फत मोठय़ा प्रमाणावर हायड्रोजननिर्मिती करता येईल. त्याचा कार्बन डाय ऑक्साइडच्या इंधन आणि रसायनांच्या हायड्रोजनीकरणात वापर केला जाऊ शकतो.

पोलादाच्या निर्मितीमध्ये दरवर्षी तीन अब्ज मेट्रिक टनांहून अधिक कार्बन डाय ऑक्साइडचे उत्सर्जन केले जाते. जागतिक तापमानवाढ कमी करण्यासाठी, पोलाद उद्योगाला कार्बन उत्सर्जनाचे प्रमाण लक्षणीय पातळीवर कमी करावे लागेल. अशा वेळी पोलाद, रासायनिक आणि त्यावर आधारित काही संबंधित कार्बन-केंद्रित औद्योगिक प्रक्रियांमध्ये हायड्रोजन जीवाश्म इंधनाची जागा घेऊ शकते.   अनेरोबिक (anerobic) किण्वनातून सर्व प्रकारचे ओले बायोमास (जे इतर बहुतेक जैवइंधनांसाठी वापरता येत नाही) तसेच भाजीपाला आणि पशुधन कचरा, खत, कापणी अधिशेष, तेलाचे अवशेष इ. वापरून तयार केल्या जाणाऱ्या बायोगॅसमध्ये साधारणपणे ५०-७५ टक्के मिथेन आणि २५-५० टक्के कार्बन डाय ऑक्साइड असतो. ज्याला अक्षय नैसर्गिक वायू (RNG) किंवा शाश्वत नैसर्गिक वायू (SNG) म्हटले जात असे, जे बायोगॅसपासून वेगळे केले जाते ते बायोमिथेन, आज उपलब्ध असलेले सर्वात कार्यक्षम आणि कार्बन डाय ऑक्साइडची निर्मिती न करता जळणारे जैवइंधन आहे. बायोमिथेनमध्ये मिथेनचे प्रमाण ९० टक्के किंवा त्याहून अधिक असते, त्यामुळे विद्यमान उपकरणांमध्ये विद्यमान गॅस ग्रिडद्वारे ग्राहकांना गॅस वितरित करणे शक्य होते. बायोमिथेनमध्ये जीवाश्म नैसर्गिक वायूसारखेच सगळे गुणधर्म आहेत. शिवाय, तथाकथित ड्राय रिफॉर्मिग प्रक्रियेमध्ये मिथेन रूपांतरणासाठी को रिअ‍ॅक्टंट म्हणून कार्बन डाय ऑक्साइड असलेला बायोगॅस वापरणे खूप आश्वासक आहे, कारण कार्बन डाय ऑक्साइड मिथेन रूपांतरणासाठी अतिरिक्त कार्बन अणू प्रदान करू शकतो, तर कार्बन डाय ऑक्साइडदेखील ऑक्सिजन किंवा हवेच्या तुलनेत एक चांगला ऑक्सिडेंट म्हणून काम करते. कार्बन डाय ऑक्साइडमुळे मिथेन रूपांतरण आणि संबंधित उत्पादनदेखील वाढेल. तथापि, फीडमध्ये कार्बन डाय ऑक्साइडचा वापर केल्यामुळे उत्पादनामधली गुंतागुंत वाढू शकते. सिन्गस या द्रवयुक्त गॅसव्यतिरिक्त, वायूयुक्त हायड्रोकार्बन (सी२ ते सी४), द्रव हायड्रोकार्बन (सी ५ ते सी ११+) आणि ऑक्सिजनयुक्त पदार्थ कार्बन डाय ऑक्साइडच्या सह-फीडसह मिथेन रूपांतरणात तयार केले जाऊ शकतात. द्रवरूप हायड्रोकार्बन उच्च-ऑक्टेन संख्येचे प्रतिनिधित्व करतात, तर ऑक्सिजनेटमध्ये प्रामुख्याने अल्कोहोल आणि अ‍ॅसिडच्या मालिका असतात. मिथेन आणि कार्बन डाय ऑक्साइडचे उच्च हायड्रोकार्बन आणि ऑक्सिजनेट्मध्ये थेट रूपांतर करण्यासाठी उत्पादन तंत्रज्ञान विकसित करण्यासाठी नवीन उत्पादन उत्प्रेरक प्रणालीचा वापर करणे कदाचित आर्थिकदृष्टय़ा अधिक फायद्याचे असेल. कार्बन इंधनाचा स्रोत म्हणून वापरला जाऊ नये, हे लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे. परंतु आणि सौरऊर्जा, पवनऊर्जा, भू-औष्णिक, समुद्राच्या भरती-ओहोटीवर आधारित, तसेच आण्विकऊर्जा असे सर्व कार्बनविरहित ऊर्जा स्रोत, रसायने आणि साहित्य आणि पाण्याच्या विभाजनापासून तयार होणारा हायड्रोजन हे सर्व घटक पॅरिस कराराच्या अटी पूर्ण करतात. तर, सारांश असा की कार्बन डाय  ऑक्साइड रिफायनरीज अस्तित्वात येणे फार दूर नाही. हा लेख वाचणाऱ्या अनेक वाचकांच्या हयातीतच म्हणजे २०५० च्या आधीच नेट झिरो अस्तित्वात येईल.