Aerogel: खाऱ्या पाण्याचे गोड्या पाण्यात रूपांतर करणारा एअरोजेल विकसित

Future Technology: भविष्यामध्ये गोड्या पाण्याची उपलब्धता ही सर्वांत मोठी समस्या असणार आहे. कारण केवळ पिण्यासाठीच नव्हे, तर शेती सिंचनासाठीही गोड्या पाण्याची मोठ्या प्रमाणात आवश्यकता भासणार आहे. पृथ्वीवर उपलब्ध पाण्यातील बहुतांश पाणी हे खारे असून, महासागरांमध्ये आढळते. अशा खाऱ्या पाण्याचे रूपांतर गोड्या पाण्यामध्ये करण्यासाठी जगभरातील शास्त्रज्ञ सातत्याने प्रयत्न करत आहे. पृथ्वीवरील बहुतेक पाणी महासागरांमध्ये आढळते, परंतु ते पिण्यासाठी खूप खारट आहे.

सध्या उपलब्ध असलेले डिसॅलिनेशन प्लांट हे मीठ काढून टाकू शकत असले तरी त्यासाठी वापरली जाणाऱ्या ऊर्जेचे प्रमाण प्रचंड असते. मात्र चीनमधील क्षियोमेंग झावो, युनफेई यांग, क्षुईमिन यिन, झुयो लुओ, कीट यांग चान आणि क्षी शेन या शास्त्रज्ञांच्या गटाने एक अभूतपूर्व स्पंजसारखे एअरोजेल विकसित केले आहे. ते केवळ सूर्यप्रकाशाच्या ऊर्जेवर समुद्राचे पाणी पिण्याच्या पाण्यात बदलू शकते.

एअरोजेल ही लांब, उभ्या अशा हवेच्या सूक्ष्म चॅनेलने भरलेली स्पंजसारखी रचना आहे. त्यातील बहुतांश भाग हे प्लॅस्टिकचे असून, त्यांची निर्मिती त्रिमितीय प्रिटिंगने (३D-प्रिंट) तयार करता येते. या यंत्रणेमध्ये सूर्याच्या ऊर्जेवर पाण्याचे वाफेमध्ये कार्यक्षमपणे रूपांतर होते. नुकत्याच या तंत्रज्ञानाच्या घेतलेल्या चाचणीमध्ये कोणत्याही गुंतागुंतींच्या पायाभूत सुविधा आणि विजेशिवाय अवघ्या काही तासांत पिण्यायोग्य पाणी तयार केले. सूर्यप्रकाशाच्या साह्याने अत्यंत कमी ऊर्जेमध्ये पिण्यायोग्य पाण्याची उपलब्धता होऊ शकते. हे संशोधन अमेरिकन केमिकल सोसायटीच्या ‘एसीएस एनर्जी लेटर्स’ मध्ये प्रकाशित करण्यात आले आहे.

सूक्ष्म चॅनेलसह ३D-प्रिंटेड स्पंज एअरोजेल

संशोधकांनी कार्बन नॅनोट्यूब आणि सेल्युलोज नॅनोफायबर असलेले मलम (पेस्ट) बनवली. नंतर ती गोठलेल्या पृष्ठभागावर ३D-प्रिंट केली. त्यामुळे प्रत्येक थर पुढील थर जोडण्यापूर्वी घट्ट होऊ लागला. या प्रक्रियेमुळे स्पंजसारखी अतिसूक्ष्म आकाराची उभी आणि सुमारे २० मायक्रोमीटर रुंद छिद्रे असलेली संरचना तयार झाली. या संरचनेच्या ०.४ इंच रुंद (१ सेंटीमीटर) ते सुमारे ३ इंच रुंद (८ सेंटीमीटर) आकाराच्या चौकोनी तुकड्यांची चाचणी करण्यात आली. लहान आणि मोठे दोन्ही तुकडे तितक्याच कार्यक्षमतेने पाण्याचे बाष्पीभवन करत असल्याचे स्पष्ट झाले.

सौर स्पंजची उत्क्रांती : लूफाहपासून एअरोजेल्सपर्यंत

काही काळापासून पाणी शुद्धीकरणासाठी सूर्यप्रकाशित पदार्थांवर शास्त्रज्ञ प्रयोग करत आहेत. पूर्वी अशा प्रयोगांमध्ये विशेष पॉलिमरने भरलेले लूफाह-प्रेरित हायड्रोजेल वापरले गेले होते. ते सूर्यप्रकाशाच्या संपर्कात आल्यावर गरम होत. त्यातील खाऱ्या किंवा प्रदूषित पाण्याचे वाफेमध्ये रूपांतर होते. ही वाफ थंड केल्यानंतर त्यातून स्वच्छ पाणी उपलब्ध होते. मात्र यात वापरलेले हायड्रोजेल मऊ आणि द्रवाने भरलेले असतात. त्याऐवजी नव्या संशोधनामध्ये एअरोजेल्स नावाचे अधिक कठीण पदार्थ वापरले आहेत.

यामध्ये सूक्ष्म छिद्रे असतात. या सच्छिद्र अशा संरचनेतून पाणी किंवा वाफ पुढे जाऊ शकते. ते सूर्यप्रकाशात राहिल्यानंतर वेगाने गरम होते. त्यांच्या सूक्ष्म छिद्रातील पाण्याचे सूक्ष्म थेंबांचे रूपांतर वाफेमध्ये होते. ही वाफ वेगळी करणे शक्य होते. पाण्यातील क्षार कमी करण्यासाठी एअरोजेल्स ही संरचना कार्यक्षम असली तरी त्यांचा मोठ्या प्रमाणात वापर करताना कार्यक्षमता कमी होऊ शकते. या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी संशोधक शी शेन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी एक नवीन प्रकारचे एअरोजेल तयार केले आहे. ते लहान असो वा मोठ्या आकाराचे तितकेच प्रभावीपणे काम करत असल्याचा दावा शास्त्रज्ञांनी केला आहे.

चाचणीसाठी केलेली यंत्रणा

संशोधकांनी साध्या समुद्राच्या पाण्याने भरलेल्या कपामध्ये वरील एअरोजेल संरचना ठेवली. ती वक्र, पारदर्शक प्लॅस्टिक आवरणाने झाकली. सूर्यप्रकाशाने त्या स्पंजी सामग्रीचा वरील भाग गरम होत गेला. पाण्याचे बाष्पीभवन झाले, मात्र त्यातील क्षार (मीठ) खाली राहिले. हे बाष्पीभवनाद्वारे तयार झालेली वाफ प्लॅस्टिकच्या आवरणावर जमा होऊन उताराने एका बाजूला थेंब थेंब पडत राहिली. ते सर्व थेंब जमा करण्यासाठी तिथे एक नरसाळे बसवले होते. सहा तासाच्या नैसर्गिक सूर्यप्रकाशात या छोट्या संरचनेने सुमारे ३ चमचे पिण्यायोग्य पाणी तयार केले.