- MIT और चीन के शोधकर्ताओं ने सौर ऊर्जा से चलने वाला निष्क्रिय डीसैलिनेशन डिवाइस विकसित किया है, जो समुद्री पानी को पीने योग्य पानी में बदलते समय पारंपरिक डिज़ाइनों में बार-बार होने वाली नमक जमाव की समस्या से बचने की कोशिश करता है
- नया डिवाइस समुद्र के thermohaline circulation जैसी भंवर-आधारित प्रवाह संरचना एक छोटे सिस्टम के भीतर बनाता है, और सौर ऊष्मा से पानी को वाष्पित व संघनित करके ताज़ा पानी प्राप्त करता है
- बचा हुआ नमक भीतर जमा नहीं होता, बल्कि लगातार घूमते हुए बाहर निकल जाता है, और परीक्षण में मौजूद अन्य निष्क्रिय सौर डीसैलिनेशन अवधारणाओं की तुलना में इसकी water production rate और नमक हटाने की क्षमता अधिक है
- यदि इसे छोटे सूटकेस के आकार तक बढ़ाया जाए, तो अनुमान है कि यह प्रति घंटे लगभग 4~6 लीटर पीने योग्य पानी बना सकता है और बिना किसी बदलने वाले पार्ट्स के कई वर्षों तक चल सकता है
- यह बिजली का उपयोग न करने वाला पूरी तरह निष्क्रिय सिस्टम है, इसलिए grid से बाहर के तटीय क्षेत्रों या छोटे परिवारों की दैनिक पेयजल ज़रूरतों को लक्षित कर सकता है
केवल सौर ऊर्जा से चलने वाला निष्क्रिय डीसैलिनेशन डिवाइस
- MIT और चीन के शोधकर्ताओं ने समुद्री पानी को पीने योग्य पानी में बदलने वाला पूरी तरह निष्क्रिय डिवाइस विकसित किया है
- यह डिवाइस प्राकृतिक सूर्यप्रकाश से खारे पानी को गर्म करता है, पानी को वाष्पित करता है, और फिर जलवाष्प को संघनित करके पीने योग्य पानी इकट्ठा करता है
- शोध परिणाम Joule के पेपर Extreme salt-resisting multistage solar distillation with thermohaline convection में प्रकाशित हुए हैं
- अनुमान है कि यदि इस सिस्टम को छोटे सूटकेस के आकार तक स्केल किया जाए, तो यह प्रति घंटे लगभग 4~6 लीटर पीने योग्य पानी पैदा कर सकता है
- इस आकार और प्रदर्शन पर, सौर ऊर्जा से बनाया गया पानी नल के पानी से भी सस्ता हो सकता है
छोटे बॉक्स के अंदर बनाया गया thermohaline circulation
- नया सिस्टम समुद्र के thermohaline circulation से प्रेरित है
- समुद्र में तापमान और लवणता के अंतर के कारण पानी का घनत्व बदलता है, और यही अंतर वैश्विक जल प्रवाह बनाता है
- जब समुद्री पानी हवा के संपर्क में आता है, तो सूर्यप्रकाश पानी को वाष्पित करता है, और बचा हुआ नमक लवणता बढ़ाकर पानी को भारी बनाता है, जिससे वह नीचे की ओर बहता है
- शोधकर्ताओं ने इस घटना की नकल छोटे डिवाइस के भीतर की और इसका उपयोग नमक निष्कासन के लिए किया
- सौर ऊष्मा और डिवाइस का झुकाव पानी में भंवर जैसा प्रवाह बनाते हैं, और यह प्रवाह पानी को वाष्पीकरण परत तक पहुंचाते हुए नमक को नीचे जमने नहीं देता, बल्कि उसे लगातार घुमाता रहता है
पिछली डिज़ाइन की सीमाएँ और इस बार का सुधार
- शोधकर्ताओं की पिछली डिज़ाइन में कई चरणों वाले evaporator और condenser का उपयोग किया गया था
- MIT की इमारत की छत पर परीक्षण की गई डिज़ाइन सौर ऊर्जा को पानी के वाष्पीकरण में कुशलता से उपयोग करती थी
- लेकिन बचा हुआ नमक कुछ ही दिनों में क्रिस्टल के रूप में जमा होकर सिस्टम को जाम कर देता था
- वास्तविक वातावरण में उपयोगकर्ताओं को चरणों को बार-बार बदलना पड़ता, जिससे कुल लागत काफी बढ़ सकती थी
- बाद की डिज़ाइन में पानी और बचा हुआ नमक घुमाने की सुविधा जोड़ी गई, ताकि नमक का अवक्षेपण रोका जा सके
- हालांकि, पानी डीसैलिनेशन की गति अपेक्षाकृत कम थी
- नवीनतम डिज़ाइन इन दोनों तरीकों को जोड़ती है
- यह कई चरणों वाली evaporator-condenser संरचना को बनाए रखती है
- हर चरण के भीतर पानी और नमक के circulation को मजबूत करती है
- इसका लक्ष्य उच्च water production rate और उच्च नमक निष्कासन दक्षता दोनों हासिल करना है
डिवाइस की संरचना और काम करने का तरीका
- मुख्य इकाई एक पतले बॉक्स के आकार का single stage है
- ऊपरी हिस्से में एक गहरे रंग की सामग्री रखी गई है, जो सौर ऊष्मा को कुशलता से अवशोषित करती है
- भीतर का भाग ऊपरी और निचले क्षेत्र में बंटा है
- ऊपरी क्षेत्र की वाष्पीकरण परत सौर ऊष्मा से सीधे प्रभावित पानी को गर्म कर वाष्पित करती है
- निचले क्षेत्र की संघनन परत जलवाष्प को हवा से ठंडा करके नमक-मुक्त पीने योग्य पानी में बदलती है
- शोधकर्ताओं ने पूरे बॉक्स को एक बड़े खाली कंटेनर के भीतर झुकाकर रखा, बॉक्स के ऊपरी हिस्से से कंटेनर के निचले हिस्से तक जाने वाली एक ट्यूब जोड़ी, और फिर कंटेनर को खारे पानी पर तैराया
- इस संरचना में पानी स्वाभाविक रूप से ट्यूब के जरिए बॉक्स के भीतर ऊपर की ओर आता है, और झुकाव व सौर ऊष्मा मिलकर भीतर छोटा भंवर बनाते हैं
परीक्षण परिणाम और लागत का अनुमान
- शोधकर्ताओं ने 1-stage, 3-stage और 10-stage प्रोटोटाइप बनाए और अलग-अलग लवणता वाले पानी में उनका प्रदर्शन परखा
- परीक्षण में प्राकृतिक समुद्री पानी और समुद्री पानी से 7 गुना अधिक खारा पानी शामिल था
- परीक्षण परिणामों के आधार पर, उन्होंने गणना की कि यदि हर चरण को 1 वर्ग मीटर तक बढ़ाया जाए, तो सिस्टम प्रति घंटे अधिकतम 5 लीटर पीने योग्य पानी पैदा कर सकता है
- गणना के अनुसार, यह सिस्टम नमक जमा किए बिना कई वर्षों तक पानी को डीसैलिनेट कर सकता है
- क्योंकि यह बिजली का उपयोग न करने वाला पूरी तरह निष्क्रिय सिस्टम है और इसकी आयु लंबी है, इसलिए अनुमान है कि अमेरिका में नल का पानी तैयार करने की लागत से भी कम परिचालन लागत संभव हो सकती है
संभावित उपयोग और बाहरी मूल्यांकन
- स्केल-अप किया गया डिवाइस छोटे परिवार की दैनिक पेयजल ज़रूरत पूरी करने लायक मात्रा में पानी निष्क्रिय तरीके से बना सकता है
- इसे grid से बाहर के तटीय क्षेत्रों में, जहां समुद्री पानी तक पहुंच आसान है, जल आपूर्ति स्रोत के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है
- University of Texas at Austin के Guihua Yu ने कहा कि यह दृष्टिकोण डीसैलिनेशन क्षेत्र की प्रमुख चुनौतियों को कम करता है और विशेष रूप से उन क्षेत्रों के लिए फायदेमंद है जो अत्यधिक लवणता वाले पानी की समस्या झेलते हैं
- modular डिज़ाइन घरेलू जल उत्पादन के लिए उपयुक्त है और व्यक्तिगत मांग के अनुसार scalability और adaptability दे सकती है
1 टिप्पणियां
Hacker News की राय
मैं इस नवाचार को कमतर नहीं आंकना चाहता, लेकिन मेरी समझ में desalination में अब भी बड़ी चुनौतियों में से एक यह है कि अपशिष्ट जल, जो आम तौर पर उच्च-लवणता वाला concentrate होता है, उसका निपटान कैसे किया जाए
अगर इसे वापस समुद्र में छोड़ दिया जाए, तो यह स्थानीय पारिस्थितिकी तंत्र को बाधित कर सकता है। इस विषय पर Scientific American का एक लेख भी है: https://www.scientificamerican.com/article/slaking-the-world...
“अत्यधिक नमक पानी में घुली ऑक्सीजन को कम कर देता है, जिससे समुद्र-तल के जीव घुट सकते हैं”, “यह न केवल समुद्री जीवन को नुकसान पहुंचाता है, बल्कि अत्यधिक लवणता पानी को desalinate करना और भी कठिन और महंगा बना देती है”
मैं इसे अनिवार्य रूप से अनसुलझी समस्या नहीं कहूंगा। पार्किंग लॉट बनाते समय पारिस्थितिकी तंत्र में इससे अधिक व्यवधान डाला जा सकता है
उदाहरण के लिए California का तट ऐसा स्थान है जहां स्वच्छ solar/wind energy भी प्रचुर है और desalination के लिए पूरे Pacific Ocean तक पहुंच भी है, इसलिए वहां पानी की कमी नहीं होनी चाहिए। तट से कुछ मील दूर जाते ही गहराई तेजी से बढ़ जाती है। वहां चाहें तो भी समुद्री पानी की लवणता को मापने योग्य स्तर पर बदलना मुश्किल होगा
इसलिए समाधान है पाइपलाइन और पंप। लागत बढ़ेगी, लेकिन उसके अलावा यह पूरी तरह हल की जा सकने वाली समस्या है। भूजल और aquifer जैसे प्राकृतिक जलस्रोतों को खत्म करना भी बड़े प्रभाव डालता है। सही desalination तनावग्रस्त पारिस्थितिकी तंत्र के कुछ हिस्सों को पुनर्प्राप्ति का मौका दे सकता है
भले ही इस प्रक्रिया से बना पानी पीने के लिए जरूरी minerals से रहित distilled water के करीब हो, अगर यह पर्याप्त सस्ता और scalable हो, तो India, अरब देशों और उत्तर अफ्रीका के देश इस स्वच्छ पानी को जमीन के भीतर inject करके वहां बची हुई थोड़ी-सी freshwater के साथ मिला सकते हैं
अगर सिस्टम को प्रतिदिन 10 करोड़ लीटर उत्पादन क्षमता पर बनाया जाए और इसे inland underground पंप किया जाए, तो धरती खुद आवश्यक minerals जोड़ते हुए groundwater level को पर्याप्त रूप से recharge कर सकती है
ऐसे पानी से वहां भी पेड़ लगाए जा सकते हैं जहां पहले यह संभव नहीं था
क्या passive desalination शुष्क वातावरण में स्थानीय पारिस्थितिकी तंत्र को आत्मनिर्भर स्तर तक bootstrap करने का तरीका बन सकता है?
“नल के पानी से सस्ता” वाली बात उलझन पैदा करती है। मैं एक ऐसे द्वीप पर बड़ा हुआ जहां desalination ही हमारा tap water था
पहला शीर्षक clickbait हो सकता है। मैं बेहतर clickbait भी चाहता हूं, लेकिन यह भी जानना चाहता हूं कि आखिर बात क्या है। “हम असीमित मुफ्त पीने का पानी बनाते हैं!” => “solar distillation unit में नमक के अवशेष हटाना”
हर 3~4 साल में कोई नई और सस्ती desalination invention खबरों में क्यों आ जाती है?
ज्यादातर देश गंभीर जल-दबाव की समस्याओं से जूझना शुरू कर चुके हैं। खासकर अब, जब मौसम पहले जैसे पैटर्न का ठीक-ठीक पालन नहीं करता। अचानक आने वाला सूखा लगभग किसी भी जल-आपूर्ति को ठप कर सकता है, और भूजल का अत्यधिक pumping जमीन धंसा देता है। China में land subsidence के कारण अनियमित sinkhole बनने की समस्या देख लें
आधुनिक water desalination काफी नई चीज है, इसलिए तकनीकी रूप से इसमें बढ़ने की बहुत गुंजाइश है। बेहतर सिस्टम पर patent के लिहाज से भी यह आकर्षक है, और इसके लिए बाजार हमेशा मौजूद है
Nestle Strawman Inc. ने अभी-अभी वह patent खरीद लिया। काश intellectual property infringement की अनुमति देने वाले और ज्यादा देश होते, ताकि तकनीकी प्रगति फल-फूल सके
जमा हुए नमक को धोकर हटाओगे? sea salt लगभग 3 डॉलर प्रति पाउंड बिकता है
उस मांग की सीमा काफी कम है। अगर यह 1.50 डॉलर प्रति पाउंड में भी मिल जाए, तो लोग कितना ज्यादा नमक इस्तेमाल करेंगे?
दूसरी ओर, यह उपकरण जो बनाता है वह “concentrated seawater” है। इसमें मूल समुद्री पानी की algae, मछलियों का मल, plastic pollution आदि सब कुछ जस का तस रहता है
अगर इसे एक ‘black box’ की तरह देखें, तो सूर्य रूपी heat source पूरे पानी को गर्म करेगा। मान लें कि पानी का 10% evaporate होकर storage section में condense हो जाता है, तो बाकी पानी मौजूदा 3.5% salinity पर सिर्फ 0.35% और खारा हो जाएगा और ऊष्मा बनी रहेगी
अगर 10% को discharge करके उसकी जगह ठंडा 3.5% salinity वाला समुद्री पानी लाया जाए, और discharge counterflow heat exchanger से गुजरे, तो संचित ऊष्मा बनी रहेगी और अतिरिक्त 0.35% नमक मामूली अपशिष्ट के रूप में फैल जाएगा
सबसे बड़ी समस्या यह होगी कि algae और तैरते समुद्री जीव जल्दी बढ़कर सारी सतहों को जाम कर देंगे। जिसने भी saltwater या freshwater aquarium रखा है, वह जानता होगा कि यह समस्या बनती है। यह सिस्टम algae की समस्या आने तक, और उससे भी बढ़कर समुद्री पानी में आम shellfish, mussel और barnacle larvae की समस्या आने तक काम करेगा
क्या किसी को पता है कि मूल paper या design कहां मिल सकता है?
शायद यही paper है: https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(23)00360-4
मैं पहले यह देखूंगा कि क्या इस सिस्टम के लिए patent application दायर किया गया है। अभी तुरंत खोज नहीं सकता, लेकिन अगर मुझे जरा भी विश्वास करना है कि इसकी वास्तविक दुनिया में सफलता की संभावना है, तो patent और संबंधित startup को licensing कम-से-कम शुरुआती शर्तें हैं