सतीश कुलकर्णी
Availability of Clean and Abundant Water : नैसर्गिक इंधनवायूवर (सीएनजी - combusted natural gas) चालणाऱ्या वाहनांची संख्या वेगाने वाढत आहे. त्याच प्रमाणे अगदी ग्रामीण भागातही सेंद्रिय अवशेषांपासून बायोगॅस (मिथेन) तयार करून त्यावर जनरेटर किंवा बॉयलर चालवून आवश्यक ऊर्जा मिळवली जाते. या प्रक्रियेतून ऊर्जेसोबतच शुद्ध पाणी अगदी सहज मिळू शकते, असे कुणी तुम्हाला सांगितले तर!
हो, हे शक्य आहे. आणि हे शक्य केले आहे पार्थसारथी के. मुखर्जी यांनी.
ते गेल्या ३० वर्षांपासून ऊर्जा आणि पर्यावरण विषयक कंपन्यांमध्ये इस्राईल, अमेरिकेसह वेगवेगळ्या सात देशांमध्ये कार्यरत होते. सायडेल सिस्टिम्स या कॅलिफोर्निया स्थित ऊर्जा आणि पर्यावरणविषयक कंपनी कंपनीमध्ये तंत्रज्ञान प्रमुखपदापर्यंत काम केल्यानंतर २००० मध्ये भारतात आले. त्यांनी भारतात ‘साय- डेल इनोव्हेशन्स ॲण्ड रिसर्च प्रा. लि.’ची स्थापना केली. या कंपनीचे मुख्य तंत्रज्ञान अधिकारी (सीटीओ) आहेत.
मूळ कंपनी सायडेल सिस्टिम्स ही तीन दशकांहून अधिक काळापासून उत्तर अमेरिकेतील रिट्झ कार्लटन होटेल्स, क्राफ्ट फूड, डेल मोन्टे, गॅलो या सारख्या मोठमोठ्या कंपन्यासोबत कार्यरत आहे. २०१५ मध्ये या कंपनीला पार्थसारथी आणि सीड अॅबमा यांनी संयुक्तपणे केलेल्या संशोधनासाठी ‘जीई - इको इमॅजिनेशन’ हा पुरस्कार मिळाला होता. तर ‘एमआयटी’च्या ‘क्लायमेट कोलॅब वॉटर एनर्जी नेक्सस चॅलेंज’च्या अंतिम फेरीपर्यंत धडक मारली होती.
जल आणि ऊर्जा पुनर्प्राप्ती उपकरण (कंडेन्सिग इकॉनॉमायझर)ः
माणसांच्या किंवा कोणत्याही सजीवाच्या जगण्यासाठी प्राणवायूनंतर सर्वाधिक महत्त्वाची गोष्ट कोणती असेल, तर ती म्हणजे पाणी. पृथ्वीवर गोडे आणि शुद्ध पाणी हे सर्वांत महत्त्वाच्या नैसर्गिक स्रोतांपैकी एक आहे. सध्या हरितऊर्जा
म्हणून बायोगॅस, सीएनजी, सीबीजी या सारख्या वायूंचे ज्वलन वाढले आहे. या वायूच्या ज्वलनाच्या प्रक्रियेतून बाहेर पडणाऱ्या वायूमधील बाष्प गोळा करण्यासाठी खास प्रकारचे कंडेन्सर बनविते. साधारणपणे एक किलो बायोगॅस ज्वलनानंतर दोन लिटर शुद्ध पाणी आपल्याला मिळू शकते. जोपर्यंत बायोगॅसचे ज्वलन सुरू आहे, तोपर्यंत एक सलग पाणी उपलब्ध होत राहते. हे एक उप उत्पादन असून, त्यासाठी वेगळा कोणताही खर्च करावा लागत नाही. परिणामी, या पाण्याची किंमत प्रति लिटर दोन पैशापेक्षाही कमी येते.
तंत्रज्ञानातील मूलभूत रसायनशास्त्र...
बायोगॅस म्हणजेच मिथेन (CH4) ज्वलनाच्या प्रक्रियेत ऑक्सिजनशी (O2) संयोग होतो. त्यातील कार्बन आणि हायड्रोजन अणूतील बंध तोडले जातात. त्यातील वेगळ्या झालेल्या हायड्रोजनच्या एका अणूसोबत ऑक्सिजनचे दोन अणू एकत्र आल्यानंतर पाण्याचा एक रेणू (H2O) तयार होते. हे सूत्र रासायनिक भाषेमध्ये असे मांडले जाते.
CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O + 890 KJ
मिथेन + ऑक्सिजन → कार्बन डाय ऑक्साइड + बाष्प (पाणी) + ऊर्जा
या प्रक्रियेमध्ये ८९० किलो ज्यूल इतकी ऊर्जा उपलब्ध होते, तर पाण्याचे २ रेणू मिळतात.
सामान्य भाषेमध्ये मांडायचे तर...
१) एक किलो मिथेनच्या ज्वलनानंतर २.२४६ किलो पाणी उपलब्ध होऊ शकते.
२) एक किलो हायड्रोजनच्या ज्वलनातून ८.९३७ किलो पाणी उपलब्ध होऊ शकते. (सूत्र - 2H2 + O2 = 2H20 + उष्णता)
३) एक किलो कोळसा (३ टक्के हायड्रोजन, १२ टक्के आर्द्रता) ज्वलनानंतर ०.३८८ किलो पाणी मिळू शकते.
४) एक किलो तेलाच्या (१३ टक्के हायड्रोजन) ज्वलनानंतर १.१६२ किलो पाणी मिळू शकते.
५) एक किलो नैसर्गिक वायू (त्यात ९० टक्के मिथेन धरला तर) ज्वलनानंतर २.०२१ किलो पाणी उपलब्ध होऊ शकते
आजवर या ज्वलनाच्या प्रक्रियेत तयार झालेले वायू आणि बाष्प वातावरणात मिसळून जात. पण आता पार्थसारथी मुखर्जी यांनी तयार केलेल्या जल आणि ऊर्जा पुनर्प्राप्ती कंडेन्सर उपकरणामुळे हे पाणी पुनर्वापरासाठी मिळवणे शक्य होते. हे उपकरण वायू बाहेर सोडणाऱ्या चिमणी किंवा पाइपला जोडायचे असते. तयार झालेले पाणी (डिस्टिल्ड वॉटर) शुद्ध स्वरूपात असते.
आकृती १ - ऊर्जा व जल पुनर्प्राप्ती कंडेन्सर
आलेख १ - उत्सर्जित वायूतून पुनर्प्राप्त करण्यायोग्य बाष्पाचे प्रमाण (टक्के).
कंडेन्सिग इकॉनॉमायझर तंत्रज्ञान कसे काम करते?
मिथेन ज्वलनानंतर उत्सर्जित होणाऱ्या वायूंचे तापमान (२०० अंश) असते. या पाणी बाष्प स्वरूपात असते. कंडेन्सिग इकॉनॉमायझरमध्ये या वायूचे तापमान ५० ते ६० अंशांपर्यंत कमी केले जाते. त्यामुळे एका बाजूला त्यातील बाष्पाचे रूपांतर पाण्याच्या थेंबात होत जाते. दुसऱ्या बाजूला उष्णता शोषून घेतली जाते. या शोषलेल्या उष्णतेचा वापर अन्य कामांसाठी करता येतो.
याचे फायदे
प्लांटच्या उष्णता कार्यक्षमतेत १० टक्क्यांपेक्षा अधिक वाढ होते.
इंधनामध्ये २० टक्क्यांपेक्षा जास्त बचत होते.
गोळा केलेली उष्णता अन्य कामांसाठी वापरणे शक्य होते.
उत्सर्जित होणाऱ्या वायूतील बाष्पाचे प्रमाण कमी होते. त्यामुळे चिमणी व अन्य लोखंडी घटकांचे गंजणे व झीज कमी होते.
उपलब्ध होणाऱ्या पाण्याचा दर्जा ः
पाण्याचा सामू उदासीन (पीएच ७) असतो.
टीडीएस नाही.
हे पाणी सरळ शेतीसाठी वापरण्यास अमेरिकन कृषी विभागाकडून प्रमाणित आहे.
कोळशाच्या ज्वलनातून पाणी तयार करत असताना या प्रक्रियेमध्ये फक्त चारकोल फिल्टरेशन ही प्रक्रिया वाढवावी लागते. त्यामुळे कोळशाचे कण पाण्यामध्ये येण्याचे टाळले जाते. असे पाणी पिण्यायोग्य होते.
बॉयलर, कुलिंग टॉवर किंवा अन्य औद्योगिक प्रक्रियांसाठी हे पाणी वापरता येते.
ग्रामीण भागासाठी तंत्रज्ञानाची उपयुक्तता
याबाबत माहिती देताना पार्थसारथी मुखर्जी म्हणाले, की आजही ग्रामीण भागामध्ये शेतकरी, मोठे गोठे, पोल्ट्री फार्म हे आपल्याकडे उपलब्ध असलेल्या सेंद्रिय पदार्थांपासून बायोगॅस तयार करत असतात. या बायोगॅसवर जनरेटर, बॉयलर चालवून ऊर्जा मिळवली जाते. पण या प्रक्रियेतून शुद्ध पाणी मिळू शकते, हेच अनेकांना माहिती नाही.
कुटुंबाच्या संख्येनुसार २० ते ६० टन क्षमतेचा एकत्रित मोठा बायोगॅस प्रकल्प कार्यान्वित केला तर त्यातून त्या गावाच्या विजेची समस्या सुटेल. त्याच प्रमाणे त्यातून प्रति दिन ४० हजार ते १.२० लाख लिटर इतके पाणी उपलब्ध होऊ शकेल.
असा प्रकल्प केवळ दोन महिन्यामध्ये सुरू करणे शक्य असून, त्यानंतर त्वरित आणि कायमस्वरूपी पाण्याची उपलब्धता होऊ शकते.
हे तंत्रज्ञान ऊर्जा क्षेत्र, बॉयलर, जनरेटर, फर्नेस, रिफायनरीज, साखर उद्योग, पेपर उद्योग, डिस्टिलरीज, प्रक्रिया उद्योग, रासायनिक औद्योगिक क्षेत्र यामध्ये उपयोगी आहे. त्याच प्रमाणे हॉस्पिटल्स आणि हॉटेल उद्योगामध्येही त्याचा वापर करणे शक्य आहे.
या प्रक्रियेतून तयार होणाऱ्या पाण्याचे तापमान साधारणतः ५० ते ६० अंश सेल्सिअस इतके असते. त्यामुळे गरम पाणी आवश्यक असलेल्या सर्व क्षेत्रामध्ये पाणी तापविण्याच्या खर्चात बचत होणार आहे. म्हणजे पाणी उपलब्धतेसोबत ऊर्जेच्या वापरातही बचत होईल.
बायोगॅसवर चालणाऱ्या एका १२५ केव्हीए जनरेटरपासून १.२ टन पाणी प्रति दिन मिळू शकते. उपकरणासाठी केलेली भांडवली गुंतवणूक* माघारी मिळण्यासाठी जास्तीत जास्त १८ महिने पुरेसे होते.
तक्ता १ ः राष्ट्रीय बायोगॅस आणि खत व्यवस्थापन कार्यक्रम (NBMMP)
बायोगॅस रिएक्टर आकार (घनमीटर प्रति दिन) --- अनुदान (रु) --- जलपुनर्प्राप्ती उपकरणाची किंमत (रु) --- प्रति दिन उपलब्ध होणारे पाणी (लिटर)
१ घनमीटर --- १५ हजार --- ५० हजार --- २४००
६ घनमीटर --- १७ हजार --- १ लाख --- १४४००
२० घनमीटर --- २० हजार --- २ लाख --- ४८ हजार
खूपच स्वस्त शुद्ध पाणी...
मिथेन ज्वलनातून ऊर्जेसोबत उपपदार्थ म्हणून मिळणारे पाणी हे अन्य कोणत्याही स्रोतांतून मिळणाऱ्या पाण्यापेक्षा स्वस्त पडते.
याची तुलना पावसाचे पाणी गोळा करून वापरण्याच्या प्रणालीशी करून पाहू.
एक हजार रहिवाशांच्या सोसायटीसाठी ही प्रणाली उभारायची असल्यास त्यात वापरल्या जाणाऱ्या वस्तूंच्या दर्जानुसार कमी अधिक धरला तरी सामान्यतः ७० हजारांपासून ४.५ लाख रु. पर्यंत खर्च येतो. त्यातून प्रति वर्ष १७० दशलक्ष लिटर पाणी गोळा होते. त्यात पावसाच्या कमी अधिक प्रमाणानुसार साठलेले पाणी कमी अधिक असू शकते.
बायोगॅस जलपुनर्प्राप्ती या नव्या तंत्रज्ञानासाठी निम्म्याहून कमी खर्च येतो, तर त्यापासून प्रति वर्ष २५० दशलक्ष लिटर पाणी मिळू शकते. पुन्हा ही प्रक्रिया पावसावर अवलंबून नाही. जितका मिथेन वायू जाळाल, तितकी अधिक ऊर्जा आणि पाणी मिळत जाईल.
एकदा उपकरण बसविल्यानंतर ३० पेक्षा अधिक वर्षे कार्यरत राहून पाणी देत राहील. या पाण्याची किंमत ५ पैसे प्रति घनमीटर इतकी राहू शकते.
याची तुलना फक्त धरण किंवा कॅनॉलमार्फत मिळणाऱ्या पाण्याशी करता येईल. (तेही वाहतूक आणि कॅनॉल बांधणीचा खर्च सरकारने केलेला असल्यामुळे) या पाण्याचा दर साधारणतः ३३ पैसे प्रति घनमीटर इतका राहतो, असे पार्थसारथी मुखर्जी यांनी सांगितले.
अन्य काही संशोधने
१) आर्द्रता कमी करणारी (डिफॉगिंग) प्रणाली :
वातावरणातील अधिक आर्द्रता किंवा बाष्प कमी करणाऱ्या या उपकरणामध्ये इलेक्ट्रोस्टॅटीक जाळी (मेश) मध्ये इलेक्ट्रोड्स वापरले जाते. ते हवेतील वायूचे आयोनायझेशन करतात, त्यामुळे थेंबांवर भार निर्माण होतो. ते त्या जाळीमध्ये गोळा केले जातात. या प्रक्रियेमध्ये ६० टक्क्यांपर्यंत पाण्याचा पुनर्वापर करणे शक्य आहे. (आकृती २)
विशेषतः किनारावर्ती भागांमध्ये संरक्षित शेतीमध्ये पिकांची वाढ करताना अधिक आर्द्रतेमुळे अनेक समस्या निर्माण होतात. आर्द्रता कमी करण्यासोबतच या तंत्रज्ञानातून पाण्याची उपलब्धता होते.
२) रोटरी पार्टिक्युलेट कलेक्टर :
कोळसा व घन पदार्थांच्या ज्वलनातून ऊर्जा मिळवताना त्यातून परिसरातील वातावरणामध्ये राखेच्या छोट्या छोट्या कणांचे (Particulate) प्रदूषण पसरते. राखेचे कण सजीवांच्या श्‍वसनातून शरिरात जात असल्यामुळे आरोग्यावर परिणाम होतो. तसेच त्याचे कण पानांवर पडून प्रकाश संश्लेषणाची क्रिया मंदावते. भारतीय नियमानुसार, या उत्सर्जनाची मर्यादा ३० मिलिग्रॅम प्रति घनमीटर यापेक्षा कमी असली पाहिजे. पण हा नियमाची पूर्तता बहुधा होत नाही. ही समस्या लक्षात घेऊन पार्थसारथी मुखर्जी यांनी ‘रोटरी व्हॅक्युम फिल्टर’ या तत्त्वावर आधारित असा ‘रोटरी पार्टिक्युलेट कलेक्टर’ विकसित केला आहे.
३) हिमोग्लोबिन आधारित कर्बवायू शोषक यंत्रणा :
निसर्गातील विविध बाबींचे निरीक्षण करून त्याची नक्कल करणे शक्य झाल्यास मानवाला भेडसावणाऱ्या कोणत्याही समस्येचे समाधानकारक, पर्यावरणपूरक आणि त्याच वेळी कार्यक्षम असे उत्तर शोधता येते. याला आधुनिक भाषेमध्ये बायोमिमिक्री असे म्हणतात. मानवी शरीरातील रक्तात असलेले हिमोग्लोबिन हे शरीराच्या प्रत्येक कोपऱ्यापर्यंत ऑक्सिजन पुरवण्याचे आणि त्याचे वेळी कर्बवायू शोषून श्‍वसन यंत्रणेपर्यंत आणण्याचे काम करते. वातावरणातील जास्तीत जास्त कर्बवायू शोषण्याची यंत्रणा बनविण्यासाठी पार्थसारथी मुखर्जी यांनी मगरीच्या हिमोग्लोबिनचा आधार घेऊन अत्यंत कार्यक्षम अशी सिंथेटिक हिमोग्लोबिन विकसित केले आहे. केवळ हिमोग्लोबिनच्या या पेशींचे क्लोनिंग करण्यासाठी बेंगलोर येथील अॅन्थेम या जैवतंत्रज्ञान संस्थेची मदत घेतली आहे. १ किलो हिमोग्लोबिन हे ०.७८ किलो इतका कर्बवायू शोषते. या यंत्रणेमध्ये केवळ कार्बन डायऑक्साइड, किंवा कार्बन मोनॉक्साइड असे कर्बवायूच शोषले जातात असे नव्हे, तर शिसे, पारा या सारखे जडधातूही शोषले जातात. कर्बवायू शोषल्यानंतर पुन्हा वेगळ्या ठिकाणी कर्बवायू वापरायचा असेल, तर तो वेगळा करून वापरता येतो. किंवा कर्बवायूयुक्त हिमोग्लोबिन मध्ये नत्राचेही प्रमाण अधिक असल्याने हे पिकांसाठी उत्तम खत ठरते.
कृत्रिम बुद्धिमत्ता तंत्रज्ञानाच्या साह्याने जनुकीय सुधारित कृत्रिम हिमोग्लोबिनच्या साह्याने कार्बन शोषण्याच्या तंत्रज्ञानाचे परीक्षण करून घेण्यात आले आहे. त्यात ते संभाव्य कार्यक्षम तंत्रज्ञान असल्याचे मान्य करण्यात आले.
या सर्व संशोधनाचे अमेरिकेमध्ये पेटंट घेतले असून, भारतातील पेटंटसाठी अर्ज केलेला आहे.
त्याच प्रमाणे त्यांनी एलपीजी गॅस सेव्हर उपकरण (पेटंट, भारत, १९९८); शेती अवशेष इंधनाच्या वाळवणीसाठी मायक्रोवेव्ह आधारित ड्रायर आणि बॉयलरचे पृष्ठभाग स्वयंचलित पणे स्वच्छ करणारा सूट बोट (USA, Pending) अशी अन्य काही यंत्रे, उपकरणे विकसित केलेली आहेत.
मुखर्जी कुटुंबातच संशोधनाची परंपरा
पार्थसारथी यांचे आजोबा ज्योतिप्रसाद पी. मुखर्जी हे १९४० मध्ये महाराष्ट्रात वालचंदनगर येथे आले. त्यांनी महाराष्ट्रातील साखर उद्योगात भारतीय बनावटीच्या तंत्रज्ञानाला प्रारंभ केला. त्यामुळे भारतीय आणि महाराष्ट्रातील साखर उद्योगामध्ये त्यांचे नाव आदराने घेतले जाते.
वडील कमलेंदू मुखर्जी यांनी यांत्रिकी अभियंता होते. त्यांनीही अमेरिकी कंपनीमध्ये संशोधन प्रमुखपदापर्यंत झेप घेतली. त्यांनी १९७० मध्ये औद्योगिक बॉयलरची निर्मिती केली.
पुरस्कार
अन्वेशन पुरस्कार, २००३ ः नावीन्यपूर्ण संशोधनासाठीचे रजत पदक - (IIM, अहमदाबाद , Center for Indigenous Innovation and Entrepreneurship, टोरॅंटो आणि शास्त्र आणि तंत्रज्ञान विभाग, नवी दिल्ली)
पहिला क्रमांक ः भविष्याला आकार देणारे नावीन्यपूर्ण संशोधन स्पर्धा - (आयआयटी, यामाहा आणि शास्त्र आणि तंत्रज्ञान विभाग, नवी दिल्ली)
संपर्क : पार्थसारथी के. मुखर्जी, ९९२२०२६९३०
mukherjiparthosarothy@gmail.com
ॲग्रोवनचे सदस्य व्हा
Read the Latest Agriculture News in Marathi & Watch Agriculture videos on Agrowon. Get the Latest Farming Updates on Market Intelligence, Market updates, Bazar Bhav, Animal Care, Weather Updates and Farmer Success Stories in Marathi.
ताज्या कृषी घडामोडींसाठी फेसबुक, ट्विटर, इन्स्टाग्राम , टेलिग्रामवर आणि व्हॉट्सॲप आम्हाला फॉलो करा. तसेच, ॲग्रोवनच्या यूट्यूब चॅनेलला आजच सबस्क्राइब करा.