बुधवार, २८ सप्टेंबर, २०२२

सौरऊर्जा प्रकल्पांमुळे अन्न सुरक्षा आणि जैवविविधतेला धोका? / Threat to Food Security and Biodiversity from Solar Energy Projects

भारताच्या हवामान बदलावरील राष्ट्रीय कृती आराखड्यात सौर ऊर्जा निर्मितीला अग्रस्थान दिले गेले आहे. राज्यांच्या सक्रिय सहभागासह भारत सरकारने जानेवारी २०१० मध्ये राष्ट्रीय सौर ऊर्जा मोहीमेची सुरुवात केली. जागोजागी सौर ऊर्जा संयंत्रे बसवून २०२२ पर्यंत १०० आणि २०३० पर्यंत ३०० गीगावॅट्स सौर ऊर्जा मिळवण्याचे उद्दिष्ट आहे. आता २०२२ च्या अखेरच्या टप्प्यात आपण असताना उद्दिष्टांच्या केवळ ४० टक्के काम पूर्ण झाल्याचे आढळते (आकृती १). 

आकृती १: सौर उर्जा ३१ मार्च २०२१ ची स्थिती
स्रोत: https://mnre.gov.in/solar/current-status/

पण झाले तेही नसे थोडके म्हणावे लागेल. कारण गेल्या पाच वर्षांत सौरऊर्जेची स्थापित क्षमता पाचपटीने वाढली आहे. सुरुवात सावकाश झाली तरी उद्दिष्ट गाठण्यासाठी यापुढे वेग घेता येऊ शकतो. आतापावेतो सौर ऊर्जा मिळवण्याचे जे काम झाले आहे त्यापैकी दोन तृतियांशाहून अधिक ऊर्जा ही फोटोव्होल्टिक पद्धतीने मिळवलेली आहे. म्हणजे जमिनीवर मोठ्या आकाराच्या पसरलेल्या पत्र्यांवर 'प्रकाश घट' (सेल्स) बसवून त्यांद्वारे सूर्यप्रकाशाचे विद्युत ऊर्जेत रुपांतर करायचे. अनेक पत्रे एकत्र पसरायला लांब-रुंद भूभाग लागतो. त्यामुळे त्यांच्या समुच्चयाला 'सौर शेत'च म्हणले जाते. हे पत्रे ओसाड जमिनींवर बसवून त्यातून ऊर्जा मिळवण्याचे धोरण आहे. पण जर हे पत्रे लावण्याकरता शेतजमिनींचा, कुरणांचा किंवा वन्यजीव आणि नैसर्गिक अधिवास असलेल्या परिसंस्थेचा वापर केला तर लक्षणीय प्रमाणात विपरीत परिणामच होण्याची शक्यता. कारण त्यातून अन्न तुटवडा निर्माण होणे, जैवविविधतेत घट, वातावरणातील कार्बनच्या शोषणाचा पर्याय कमी होणे आणि परिणामी ज्या हवामान बदलाला तोंड देण्यासाठी हे प्रयत्न चालू आहेत त्यालाच शह बसू शकतो. शिवाय अशा प्रकारे केलेल्या सौर ऊर्जा विकासामुळे होणारे भू-वापरातील बदल (उदा. जैवविविधता-समृद्ध अधिवास, स्थानिक शेती आणि कुरणांवर अवलंबून असलेल्या समुदायांसाठी महत्त्वाची ठिकाणे) सामाजिक-पर्यावरणीय संघर्षांना जन्म देण्याचे कारण ठरु शकते आणि शेवटी या चांगल्या हेतूला खीळ बसून उद्दिष्ट गाठणे अवघड होऊ शकते. आतापर्यंत झालेल्या कामांसाठी कुठल्या प्रकारचा भूभाग वापरला आहे याची नेमकी माहिती उपलब्ध नाहीये. अशी माहिती गोळा करायला मनुष्यबळाचा वापर करीत जेथे सौर शेतं उभी आहेत तेथे भेट देऊन, त्याची मोजमापं काढून हे करणे हा सरधोपट मार्ग झाला. पण भारतभर पसरलेल्या सौरशेतांचे सर्वेक्षणाचे कार्य करायला लागणारा वेळ, श्रम आणि वित्ताचा विचार करता हा पर्याय अव्यवहार्यच ठरतो. इतर पर्यायांचा धांडोळा घेत 'द नेचर ऑफ कंझर्वन्सी' या संस्थेच्या दिल्लीस्थित शाखेतील संशोधकांनी भारतातील सौर ऊर्जाशेतांची माहिती मिळवायला मग कृत्रिम बुद्धिमत्तेचा वापर करता येणे शक्य होईल का याचा विचार केला. त्यांना त्यात यश तर आलेच पण 'साइंटिफिक डेटा' या संशोधन नियतकालिकात त्यांच्या सर्वेक्षणामधून प्रसिद्ध झालेले निष्कर्ष महत्वाचे आहेत त्याचा हा आढावा. 

आकृती २: उपग्रह नकाशांचे
अर्थबोधन. स्रोतः संदर्भ
त्यांचे संशोधन दोन भागात विभागता येईल. याकरता त्यांनी उपलब्ध असलेल्या उपग्रहांद्वारे नकाशे मिळवले आणि त्यात आढळून येणार्‍या चित्रांतून सौरशेतांना नेमके जाणण्यासाठी कृत्रिम बुद्धिमत्तेचा वापर करीत अशी माहिती गोळा करता येण्याची शक्यता पडताळली. अशी ठिकाणे आणि त्यांच्या व्याप्तीची खात्री इतर मार्गांनी मिळवल्यानंतर या नकाशांना मग त्यांनी राष्ट्रीय सुदूर संवेदन केंद्राकडे (एनआरएससी) उपलब्ध असलेल्या पाच वर्षांपूर्वीच्या नकाशांवर अध्यारोपित केले. यामुळे गेल्या पाच वर्षात ज्या ठिकाणी अशी सौरशेतं उभी राहिली आहेत त्या जमिनींचा वापर पूर्वी कशा प्रकारे होत होता हे लक्षात यायला मदत झाली आहे (आकृती २).

उपग्रहांद्वारे मिळालेल्या नकाशांमधून कृत्रिम बुद्धिमत्तेचा वापर करीत त्यांनी अखेरीस १३६३ सौर शेतांची इतर मार्गांनी तपासून सिद्ध केलेली माहिती एकत्र केली. मोठ्या भूभागाची माहिती एकत्र करताना नेहमीच बहुभुजांचा (पॉलिगॉन - जमिनीच्या लहान तुकड्यांचा) वापर केला जातो. अशा अनेक तुकड्यांना एकत्र करीत प्रत्येक सौर शेताला एक क्रमांक दिला. मग त्या सौरशेताचा एकूण आकार, रेखांश-अक्षांशांचा वापर करीत ते कसे पसरले आहे याची माहिती आणि कुठल्या राज्यात ते आहे हे ही नमूद केले. या माहितीव्यतिरिक्त अनेक ठिकाणच्या सौरशेतांची ओळख पटली असली तरी ती वैध आहेत की नाही याची खात्री न करता आल्यामुळे त्या माहितीला निष्कर्षांमधून वगळले.

खात्रीच्या सौरशेतांची माहिती गोळा केल्यानंतर त्याचा ताळा एनआरएससीच्या नकाशांशी केला गेला. त्याचे निष्कर्ष असे: ७४% पेक्षा अधिक सौर शेतांची उभारणी अशा भूभागांवर झालेली आहे की, ज्यामुळे भविष्यात जैवविविधतेसंबंधी आणि अन्न सुरक्षेसंबंधी कलह निर्माण होण्याची शक्यता आहे. याची विभागणी अशी: ६.९९% भूभाग नैसर्गिक अधिवासाशी संलग्न आणि ६७.६% शेत जमिनीवर आहे. ३८.६% शेतजमिनीतून खरीप (पावसाच्या पाण्यावर अवलंबून असलेली), रबी (थंडीत लागवड आणि वसंत ऋतूत उपज), तर झैद (उन्हाळ्यातली शेती) पिकं घेतली जात होती, आणि २८.९५% भागात फळबागा आणि मळ्यांची लागवड होत असे. नैसर्गिक अधिवासाशी संलग्न अशा भूभागात सदाहरित, पानझडी आणि किनारी दलदलीच्या जंगलासारख्या त्यांच्या जैवविविधता मूल्यासह संवेदनशील परिसंस्थांचा समावेश होतो. अर्थात या संशोधनातून मिळालेले निष्कर्ष एकतर्फी असू शकण्याचे संशोधक मान्य करतात. कारण त्यांनी असे मूल्यांकन करताना खात्रीशीर सौर शेतं असलेली माहितीच पुढील विश्लेषणासाठी घेतली. त्यामुळे हे निष्कर्ष आजमितीस कार्यरत झालेल्या एकूण सौरशेतांच्या सुमारे २०% प्रकल्पांचा विचार करुनच काढले गेले आहेत.

एकूण, उपग्रहांद्वारे नकाशे मिळवून त्यात आढळून येणार्‍या चित्रांतून सौरशेतांना नेमके जाणण्यासाठी कृत्रिम बुद्धिमत्तेचा वापर आणखी सुधारित मॉडेलद्वारे करणे शक्य असल्याचे ते नमूद करतात. सौरऊर्जा प्रकल्प पडिक जमिनींवरच मर्यादित ठेवावेत यासाठीही त्यांनी वापरलेली प्रणाली उपयोगी ठरु शकते याची ते नोंद करतात. नाहीतर यातून सौर ऊर्जा तर मिळेल पण त्यासाठी जैवविविधतेला आणि कृषी अन्न सुरक्षेला धोका निर्माण होईल. असे होणे कोणत्याही परिस्थितीत टाळायला हवे ही धोक्याची घंटा ते वाजवतात.

हा संशोधन लेख त्यांच्या मर्यादांसकट वाचताना भारतात नियोजनाचा अभाव असल्याने असे होऊ शकते याची जाणीव होते. अशाच प्रकारची धोक्याची घंटा 'वनीकरणाचे विचारात घेण्यासारखे पैलू' (https://muraritapaswi.blogspot.com/2022/06/facets-of-afforestation.html) या सुमारे दोन महिन्यांपूर्वी लिहिलेल्या लेखात संशोधकांनी वाजवल्याचे नमूद केले होते. त्यांनीही गवताळ प्रदेशावर वृक्षारोपण करु नये किंवा ती पडिक जमीन आहे असे समजून तेथे सौर उर्जेसाठीचे पॅनल्सही बसवू नये अशी सूचना दिली होती. विविधतेने नटलेली आपली भूमी तिचा र्‍हास न करता पुढील पिढ्यांच्या हाती सुपूर्द करणे आपली प्राथमिक जबाबदारी ठरते.  

संदर्भ:‌ Ortiz, A., et al. An Artificial Intelligence Dataset for Solar Energy Locations in India. Scientific Data. 9; 2022; Article no. 497. https://doi.org/10.1038/s41597-022-01499-9

---------------------------

हा लेख दैनिक हेराल्डच्या २८ सप्टेंबर २०२२ च्या अंकात प्रसिद्ध झाला.






शुक्रवार, २३ सप्टेंबर, २०२२

वसुंधरेला आधार बुरशीचा / Fungus for Saving Earth from Toxicity

वाढते औद्योगिकीकरण आणि विकास याची पर्यावरणातले प्रदूषण ही आनुषंगिक समस्या म्हणावी लागेल. विकासाच्या नावाखाली पर्यावरणाकडे दुर्लक्ष ही सार्वत्रिक बाब झालेली आहे. गमतीची गोष्ट म्हणजे पर्यावरणाचा सांभाळ करायला हवा हे प्रत्येकाला कळते पण शिवाजी राजा दुसर्‍याच्या घरात जन्मावा या उक्तीप्रमाणे पर्यावरणाचा सांभाळ दुसर्‍याने करावा, त्याला मी जबाबदार नाही अशी गोड समजूत प्रत्येकजण करुन घेत स्वच्छंदाने वागत असतो. प्रदूषणकारी घटकांमध्ये सर्वत्र आढळणारा असा एक महत्त्वाचा घटक म्हणजे पॉलिसायक्लिक अ‍ॅरोमॅटिक हायड्रोकार्बन्स (पीएएच). याचा उगम अगदी साध्या वाटणार्‍या मानवी कृतिंमधून होतो. जैवइंधनाचा (गोवर्‍या, लाकूड इत्यादी) मोठ्या प्रमाणात जळणासाठी केलेला वापर, शहरातला कचरा अर्धवट जाळल्यामुळे किंवा पीक घेतल्यावर शेतातली खुंटं जाळल्यामुळे ते थेट उद्योगांमध्ये विविध कारणांसाठी होत असलेला खनिज तेलांचा इंधन म्हणून केलेला वापर याला जन्म देतो.

या पीएएचचे अनेक प्रकार आहेत. त्यातले एकूण १६ प्रकारचे हायड्रोकार्बन्स पर्यावरणासाठी आणि जीवांच्या आरोग्यासाठी महाभयंकर विनाशकारी आहेत. त्यांच्या कर्करोगजनक आणि उत्प्रवर्तक गुणधर्मांमुळे त्यांच्यात अतिउच्च आणि दीर्घकाळ टिकणारा विषारीपणा असतोच पण त्यांना इतर कर्करोगजनक नसलेले पीएएचही एकत्र आल्यावर त्यांच्या गुणधर्मात भागीदारी करतात. म्हणून शक्यतो त्यांच्या निर्मितीवर पायबंद घालणे आणि निर्माण होत असलेल्या पीएएचच्या निर्मूलनाची आत्यंतिक गरज निर्माण होते. त्यासाठी विविध स्तरांवर जगभरातील प्रयोगशाळांत प्रयत्न होत आहेत. 

या पीएएचपैकी चार कड्यांनी बनलेल्या 'पायरिन' या पीएएचने त्याच्यातल्या उत्परिवर्तनशीलता, प्रतिकारशक्ती आणि अतिविषारीपणामुळे संशोधकांचे विशेष लक्ष वेधले आहे. इतर प्रदूषणकारी घटकांच्या विषारीपणाची मात्रा ठरवायलाही याचा 'मार्कर' म्हणून उपयोग केला जातो शिवाय रंग बनवण्यासाठीही ते वापरले जाते. तसे असले तरी ते चुकून तोंडावाटे पोटात गेले तर मृत्यूला कारणीभूत ठरते. त्याचा विपरीत परिणाम विशेषतः मूत्रपिंड आणि यकृतावर होतो. सर्वप्रथम याचा शोध दगडी कोळशाच्या ज्वलनातून लागला. कोळसा जाळला की त्याच्या वजनाच्या २ टक्के पायरिन हवेत सोडले जाते. अर्थात कुठल्याही पदार्थाच्या ज्वलनातून याची निर्मिती होते. अगदी स्वयंचलित वाहनेही सुमारे प्रतिकिलोमीटर प्रवासामागे १ मायक्रोग्रॅम पायरिनची निर्मिती करतात. 

श्वेत-बुरशी. छायाचित्र स्रोत:‌
https://www.flickr.com/photos/125869077@N06/39669150014/in/photostream/

निसर्गात तो विद्राव्य नसल्याने त्याच्या निर्मूलनासाठी विशेष प्रयत्न करावे लागतात. अशा प्रदूषणकारी घटकांच्या निर्मूलनासाठी भौतिक आणि रासायनिक माध्यमांचा वापर करण्याऐवजी अशा घटकांना सूक्ष्म किंवा इतर जीवांकडून त्यांचे विघटन (बायोरिमेडिएशन) करण्याची पद्धत प्रचलित आहे, कारण ती सुलभ, पर्यावरणानुकूल आणि किफायतशीर ठरते. यात पीएएचसारख्या अपारंपरिक कार्बन स्त्रोतांचे चयापचय करण्यासाठी सूक्ष्मजीवांचा वापर करीत त्यातील हायड्रोकार्बनचे पतन केले जाते. वेगवेगळ्या सूक्ष्मजीवांच्या जातींचा वापर केला जातो. पण यापेक्षा बुरशी, भूछत्रांचा वापर केला तर ते अधिक परिणामकारक ठरत असल्याचे दिसून आले आहे. कारण त्यातील बहु-विकरांकडून त्याचे चयापचय होऊ शकते. कुजवणारी श्वेत-बुरशी (व्हाईट रॉट फंगस) ही सहसा वाळलेल्या लाकडांवर वाढताना दिसते. त्या लाकडाला त्वरेने कुजवायला ती मदत करते. तसेच दूषित मातीत वसाहत करून आणि कोशिकबाह्य विकरांचा (एन्झाईम) स्राव सोडून पीएएचसारख्या दूषित घटकांचे विघटन करण्यात पटाईत असते. ही बुरशी लिग्निन पेरोक्सिडेस, मॅंगनीज पेरोक्सिडेस आणि लॅकेस या लिग्निनच्या विकरांच्या मदतीने पीएएचचे खनिजिकरण करुन त्याचे कार्बन डाय ऑक्साईडमध्ये रुपांतर करायला महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतात. मग मातीत मिसळला गेलेला हा कार्बन डाय ऑक्साईड वनस्पतींची वाढ करायला उपकारक ठरतो. एखाद्या जीवाने किती प्रथिनांची निर्मिती केली याचे प्रोटिऑमिक्स नावाचे शास्त्र विकसित झाले आहे. यामुळे एखाद्या सूक्ष्मजीवाच्या शरीरातील बदल आणि चयापचयाची माहिती मिळणे सुलभ झाले आहे. यातून हे सूक्ष्मजीव प्रदूषणकारी पदार्थांवर किती परिणामकारकरित्या क्रिया करतात याची माहिती मिळणे सहज शक्य होते. 

प्रोटिऑमिक्सचा वापर करुन बुरशीचा पायरिनच्या पतनावर कसा परिणाम होतो याचा आढावा भारतीय खनिजतेल संस्थेच्या संशोधकांनी नुकताच घेतला. याकरता त्यांनी ट्रॅमेट्स मॅक्सिमा नावाच्या बुरशीचा वापर केला. त्यांनी एका लिटरच्या द्रावणात अनुक्रमे १०, २५ आणि ५० मिलिग्रॅम पायरिन मिसळले आणि त्यात या बुरशीचा अंश घातल्यावर लॅकेस विकराची निर्मिती व्हायला किती दिवस लागतात याचा अभ्यास केला. लॅकेसची क्रियाशक्ती चढत्या क्रमाने ५० मिलिग्रॅमच्या द्रावणात ११व्या दिवशी सर्वाधिक तर इतर द्रावणात १५व्या दिवशी दिसून आली. त्यानंतर मात्र त्याला उतरती कळा लागली. सोळाव्या दिवशी तर ५० मिलिग्रॅमच्या द्रावणात ती झरकन खाली आल्याचे दिसले. या दरम्यान त्यांनी पायरिनची घट व्हायला किती दिवस लागतात याचीही नोंद ठेवली. त्यांच्या नजरेस असे आले की १५व्या दिवसापर्यंत तीनही द्रावणातल्या पायरिनची पातळी घटत होती. ५० मि.ग्रॅ. च्या द्रावणातले पायरिन ५०% पर्यंत खाली आले तर २५ आणि १० मि.ग्रॅ.च्या द्रावणातल्या पायरिनमध्ये अनुक्रमे ६० आणि ८०% घट झाल्याचे त्यांना दिसून आले. त्यानंतर मात्र १६व्या दिवशी काहीही घट दिसून आली नाही. दरदिवशी जसजशी घट होत गेली त्या प्रमाणात विकरांचे मूल्यवर्धन होत गेले. 

पायरिन हा एक उच्च रेणूभार असलेला पदार्थ आहे. त्याचे उच्चाटन करणे तसे सोपे नसते. सूक्ष्मजीव वापरुन उच्च रेणूभार असलेल्या पदार्थांचे विघटन करायला खूप मर्यादा येतात कारण त्यांची सुरुवातीची ऑक्सिडीकरणाची क्रियाच सुरु होत नाही. परंतु या बुरशीतल्या कोशिकबाह्य विकरांच्या स्रावामुळे याचे विघटन सहज ८० टक्क्यांपर्यंत होऊ शकले जे दुसर्‍या जीवांच्या वापराने अशक्य होते. बुरशीच्या दुसर्‍या एका प्रजातीद्वारे तर १० मि.ग्रॅ.च्या द्रावणातली विघटनाची टक्केवारी ९३ टक्क्यांपर्यंत असल्याचे आढळून आले आहे. पण पायरिनच्या विघटनाला तुलनेने जास्त दिवस लागले. म्हणून भारतीय संशोधकांनी प्रयोगाकरता वापरलेली बुरशी उजवी ठरते. या कुजवणार्‍या श्वेत-बुरशीचा वापर करुन पायरिनला पर्यावरणातून मोठ्या प्रमाणात हटवण्याची शक्यता वाढली आहे. पुराणकाळात समुद्रमंथनावेळी निघालेले हालाहल शंकराने स्वतःच्या कंठात धारण करुन पृथ्वीचा र्‍हास वाचवला. ही कुजवणारी श्वेत-बुरशी पायरिनसारखे घातक प्रदूषक पचवून आता वसुंधरेला आधारभूत ठरावी असे दिसते. 

संदर्भ:‌ Imam, A., et al. Pyrene remediation by Trametes maxima: An insight into secretome response and degradation pathway. Environmental Science and Pollution Research. 29; 2022; 44135–44147. https://doi.org/10.1007/s11356-022-18888-7

------------------------

हा लेख दैनिक हेराल्डच्या १ सप्टेंबर २०२२ च्या अंकात प्रसिद्ध झाला.





बुधवार, १४ सप्टेंबर, २०२२

सागरी पाणी - भविष्यातील युरेनियमचा स्रोत / Uranium from Seawater

र्जा - एक न दिसणारी बाब पण दिसणार्‍या वस्तूंमध्ये चैतन्य आणणारी शक्ती. म्हणजे असे पाहा की आपल्याला अन्नातून ऊर्जा मिळते आणि आपले शरीर त्यावर चालते. दिवा ही तशी निर्जीव वस्तू पण त्याला ऊर्जा मिळाली की त्यातून आपल्याला प्रकाश मिळतो. स्वयंचलित वाहनांना इंधन पुरवठा केला की ती पळायला लागतात. ऊर्जा जशी उपयुक्त तशीच ती अनेक उत्पातही घडवून आणू शकते. उदाहरणार्थ, अण्वस्त्रांचा स्फोट एखाद्या ठिकाणी असणार्‍या सगळ्या जड, सचेतन वस्तूंना क्षणात नष्ट करु शकतो. ऊर्जेचे अनेक स्त्रोत आहेत. जसे रासायनिक ऊर्जा, विद्युत ऊर्जा, औष्णिक ऊर्जा, यांत्रिक ऊर्जा आणि विद्युत चुंबकीय किरणोत्सर्गाच्या रूपातील ऊर्जा. यांची विभागणी दोन मुख्य प्रकारे केली जाते - अक्षय स्रोतातून आणि अपारंपरिक स्रोतांतून मिळणारी. अक्षय स्रोतांतून मिळणार्‍या ऊर्जेचा परिणाम पर्यावरणावर होत नाही कारण तिचा उगम पर्यावरणातूनच होतो. उदा. सूर्य, वारा, पाणी, समुद्राच्या लाटांपासून मिळणारी ऊर्जा. शिवाय ती शाश्वत असते. ऊर्जेचे अपारंपरिक स्रोत निसर्गावर परिणाम करतात. शिवाय त्यांची उपलब्धताही मर्यादित प्रमाणात आहे. ते पृथ्वीवर असलेल्या साठ्यांमधून काढले जाऊ शकतात. उदा. नैसर्गिक वायू, कोळसा, पेट्रोलियम सारखे जीवाश्म इंधन किंवा आण्विक इंधनासारखे पर्याय. 

अपारंपरिक स्रोतांमध्ये आण्विक इंधन हा पर्याय जीवाश्म इंधनाच्या तुलनेत उजवा समजला जातो कारण त्यातून मिळणारी ऊर्जा पर्यावरणावर तुलनेने कमीतकमी परिणाम करते. हा पर्याय अक्षय ऊर्जेच्या तुलनेतही उजवा समजला जातो कारण त्याकरता उभ्या केलेल्या यंत्रणेच्या उत्पादन क्षमतेच्या जवळपास तितकेच उत्पादन घेता येते (कपॅसिटी फॅक्टर). म्हणजे असे की सौर किंवा पवन ऊर्जेसाठी जी यंत्रणा उभी केली जाते त्यातून अनुक्रमे अपेक्षित उत्पादनाच्या केवळ २५% आणि ३५% ऊर्जा निर्माण होते तर जलविद्युत आणि नैसर्गिक वायूद्वारे ऊर्जा निर्माण करण्याच्या यंत्रणेच्या अपेक्षित उत्पादनापैकी अनुक्रमे ४१% आणि ५७% ऊर्जा मिळते तर आण्विक ऊर्जा यंत्रणेतून तब्बल ९२% ऊर्जा निर्माण करता येते. मात्र आण्विक ऊर्जानिर्मिती आणि तिचा वापर तसा धोकादायक. आण्विक ऊर्जेचा विचार केला की प्रथम चेर्नोबीलमधील १९८६ साली झालेली दुर्घटना आठवते. तेथील निसर्ग आणि समाज अद्याप त्यातून सावरतोय. त्यानंतरची मोठी आठवण म्हणजे २०११ साली जपानमध्ये झालेल्या भूकंपाची आणि त्यातून उद्भवलेल्या फुकुशिमा येथील आण्विक वीज प्रकल्पाला निर्माण झालेल्या धोक्याची. तरीही याद्वारे मिळणार्‍या ऊर्जेचे अर्थशास्त्र पाहिले तर ते सगळ्याच देशांना भुरळ पाडते आणि मग याद्वारे ऊर्जा मिळवण्याला प्राधान्य दिले जाते. अगदी अक्षय ऊर्जेच्या फायद्यांकडे काणाडोळा करुन! 

आण्विक ऊर्जा हीच भविष्यात सगळ्यांच्या गरजा भागवणारी ठरेल असा विश्वास आंतरराष्ट्रीय स्तरावर आहे. पण याला लागणार्‍या युरेनियमसारख्या इंधनाचा साठा मात्र भूगर्भात मर्यादित प्रमाणात आहेच शिवाय त्याची उत्खनन प्रक्रिया खर्चिक व जटील आहे. युरेनियमने समृद्ध असलेल्या देशांमध्ये पहिला क्रमांक लागतो ऑस्ट्रेलियाचा (जगातील २८ टक्के युरेनियम साठा), त्याखालोखाल कझाकस्तान (१५%), कॅनडा (९%) रशिया (८%) आणि नामीबिया (७%) येतात. हे देश जगाची गरज कशी भागवू शकतील यावर प्रश्नचिन्ह आहे. भारत या यादीच्या तळाच्या भागात आहे. सध्या सर्वाधिक उत्खनन (सुमारे ४६%) कझाकस्तानातून होते. गरज सगळ्यांचीच. मग आता या इंधनाचे वेगवेगळे स्रोत शोधण्याचा प्रयत्न चालू आहे. या प्रयत्नात समुद्राच्या पाण्याचा पर्याय तपासला जात आहे कारण त्यातून मोठ्या प्रमाणात पुरवठा होऊ शकतो. समुद्राच्या पाण्यात भूगर्भातील अनुमानीत साठ्याच्या एक हजार पट अधिक साठा (४.५ दशलक्ष मेट्रीक टन) आहे. पण पाण्यातून त्याला ऊर्जावापरासाठी वेगळे कसे करायचे हाच मोठा प्रश्न आहे. कारण पाण्यातल्या प्रति-अब्ज भागात (पीपीबी) त्याचे प्रमाण केवळ ३.३ आहे. गेल्या काही दशकांत भौतिक-रासायनिक पदार्थांद्वारे त्याचे विभाजन करण्याचे प्रयत्न चालू आहेत. याकरता प्रयोगशाळेत विविध प्रकारचे तंतू, रबडी (मिश्रण), मिश्र-सच्छिद्र घन पदार्थ, चिकणमाती आणि झिओलाइट्स यासारख्या अनेक शोषक पदार्थांचा वापर करुन त्यांच्या गतिकी (म्हणजे किती वेळात ते युरेनियमला वेगळे करु शकतात याचा अभ्यास) आणि शोषण क्षमतांच्या चाचण्या केल्या जात आहेत. मात्र आतापर्यंतच्या प्रयोगातून मिळालेले निष्कर्ष व्यावसायिक स्तरावर आर्थिक व्यवहार्यतेच्या निकषावर फार दूरचे आहेत. म्हणून कमीतकमी वेळात अधिकाधिक शोषण आणि विभाजन करुन देईल अशा नव्या शोषकांचा शोध चालूच आहे. यादृष्टीने सेंद्रीय-धातूमिश्रित शोषकांचा उपयोग त्याच्या गुणधर्मांमुळे जास्त फायदेशीर होऊ शकतो असे अनुमान संशोधकांनी काढले आहे आणि यापुढचे संशोधन त्याच दिशेने होत असल्याचे दिसते.

रेखाचित्र: कार्यकारी आयनिक सच्छिद्र सेंद्रीय-धातूमिश्रित
 शोषकाद्वारे इतर ऋणायनच्या मिश्रणातून युरेनिल आयनचे संग्रहण.
स्रोतः संदर्भ १.

पुण्याच्या भारतीय विज्ञान शिक्षण आणि संशोधन संस्‍थेतील संशोधकांनी यावर नुकतेच त्यांचे संशोधन निष्कर्ष रॉयल सोसायटी ऑफ केमिस्ट्रीच्या शोधनियतकालिकात प्रकाशित केले आहेत आणि ते नक्कीच महत्त्वाचा टप्पा ठरतील असे आहेत, त्याचा हा आढावा. त्यांनी एक अनुपमेय असा सेंद्रीय-धातूमिश्रित स्पंजासारखा शोषण करणारा पदार्थ निर्माण केला. आयनांची अदलाबदली करुन पाण्यातून निवडकपणे युरेनियम वेगळे करण्याच्या संकल्पनेचा त्यांनी यात वापर केला आहे. सुरुवातीच्या प्रयोगादरम्यान त्यांनी अर्थात प्रयोगशाळेतच समुद्राच्या पाण्याचे गुणधर्म असलेले ३५ मिलिलिटर पाणी तयार केले आणि त्यांनी निर्माण केलेल्या १० मिलिग्रॅम वजनाच्या शोषकाचा उपयोग करुन त्यातील युरेनियम वेगळे केले. त्यांनी निर्माण केलेल्या शोषकाचा उपयोग करुन केवळ दोन तासात पाण्यातले ९६.३% युरेनियम वेगळे करता येऊ शकते असे त्यांना दिसून आले. पाण्यातले एवढे युरेनियम वेगळे करायला उपलब्ध तंत्रज्ञानाच्या मदतीने आतापावेतो काही दिवस ते महिन्यांचा कालावधी लागत असे. या आशादायक निष्कर्षांनंतर मग त्यांनी मुंबईतल्या जुहू किनार्‍यावरुन पुढील प्रयोगासाठी समुद्राचे पाणी आणले. त्यातल्या ६० लिटर पाण्यासाठी केवळ ४.८ मिलिग्रॅम वजनाचा शोषक वापरला. या दरम्यान त्यांना असे दिसून आले की या शोषकाची युरेनियम शोषून घेण्याची क्षमता दर हजार लिटर पाण्यातून पहिल्या २ दिवसात ६ मिलिग्रॅम आणि २५ दिवसात २८.६ मिलिग्रॅम आहे. जसा वेळ जातो तसे शोषणाचे प्रमाण कमी होत जाते. याला कारणं दोन. एक तर शोषकाची क्षमता कमी होत जाते कारण त्याची काही छिद्रं शोषलेल्या युरेनियमने बुजतात आणि दुसरे म्हणजे पाण्यातल्या युरेनियमचे प्रमाणही कमी-कमी होत जाते. सध्या बाजारात उपलब्ध असलेल्या शोषकांच्या क्षमतेपेक्षा संशोधकांना त्यांनी निर्माण केलेल्या शोषकाचा वापर करुन थोड्या काळात कितीतरी मोठ्या प्रमाणात युरेनियम वेगळे करता आले आहे. एवढेच नाही तर या शोषकाचा अनेक आवर्तनादरम्यान पुनर्वापर करणेही शक्य असल्याचे ते नमूद करतात. 

अफलातून असलेला शोषकाचा निवडक्षमतेचा गुणधर्म, अतिशय कमी वेळात अधिकाधिक मात्रेने युरेनियम वेगळे करण्याची त्याची क्षमता आणि अनेकदा पुनर्वापर करता येणे शक्य असल्याने त्यांनी तयार केलेला सेंद्रीय-धातूमिश्रित शोषक, यापुढे समुद्राच्या पाण्यातून युरेनियम वेगळे करण्यासाठी योग्य पदार्थ म्हणून त्याला उज्वल भवितव्य आहे असा संशोधकांचा दावा आहे. आयनांची अदलाबदली करुन, समुद्राच्या पाण्यातून आर्थिकदृष्ट्या परवडणाऱ्या खर्चात, युरेनियमचा अमर्याद पुरवठा यामुळे होऊ शकतो. हे नाविन्यपूर्ण तंत्रज्ञान महासागरातून युरेनियम आणि इतर खनिजांच्या उत्खननाच्या नव्या संधी निर्माण करणारे ठरावे.  

संदर्भ:‌ 

  1. Mollick, S. et al. Benchmark uranium extraction from seawater using an ionic macroporous metal–organic framework. Energy and Environmental Science. 8; 2022. https://doi.org/10.1039/D2EE01199A
  2. Nuclear Power is the Most Reliable Energy Source and It's Not Even Close. https://www.energy.gov/ne/articles/nuclear-power-most-reliable-energy-source-and-its-not-even-close
  3. Uranium Production by Country 2022. https://worldpopulationreview.com/country-rankings/uranium-production-by-country
  4. Uranium Reserves: Top 5 Countries (Updated 2022) https://investingnews.com/daily/resource-investing/energy-investing/uranium-investing/top-uranium-countries-by-reserves/

हा लेख दैनिक हेराल्डच्या १४ सप्टेंबर २०२२ च्या अंकात प्रसिद्ध झाला.