पर्यावरणपूरक तंत्रज्ञान

अभय यावलकर

9892739798

 

 

G 20 परिषदेने जागतिक तापमान वाढ, कार्बन उत्सर्जन या पर्यावरणाभिमुख विषयांना समोर ठेवून चांगली पावले उचलण्याचा ध्यास घेतला आहे. नैसर्गिक साधनसंपत्तीचा योग्य वापर, कार्बन उत्सर्जन कमी करण्यासाठी वस्तूंचा पुनर्वापर आणि मूल्यवर्धन महत्त्वाचे समजले गेले आहे. अर्थातच मूल्यवर्धन करताना तंत्रज्ञानाचा वापर मोठ्या प्रमाणावर करावा लागणार आहे. तसे पाहिले तर मानवाचा विकास आणि उंचावणारे राहणीमान याला तंत्रज्ञानाची उत्तम साथ मिळतच आहे; पण शाश्वत तंत्रज्ञान पर्यावरण आणि मानवी समृद्धीला पूरक ठरणार आहे. पावलागणिक होणारी दर दिवशीची प्रगती मानवी विकासातील महत्त्वाचे पाऊल असणार आहे.

 

 

पर्यावरणातील जमीन, पाणी, ऊर्जा हे विकासाच्या टप्प्यातील मूलभूत घटक आहेत. हे मूलभूत घटक आज जागतिक चर्चेचे विषय झाले आहेत. या विषयांमुळे विज्ञान आणि तंत्रज्ञानापुढे अनेक आव्हाने उभी आहेत. ही आव्हाने नेहमीच तंत्रज्ञानाला पुढे जाण्यासाठी खुणावत आली आहेत. देशाच्या विकासासाठी, अवघड कामे सोपी करण्यासाठी, महिन्याचे काम काही दिवसांत आणि दिवसाचे काम काही तासांत करण्यासाठी बुद्धिमान मानवाने तंत्रज्ञानाला गवसणी घातलेली आहे. वनस्पतींचे अन्न तयार करण्यासाठी उपयुक्त ठरणार्‍या सौर ऊर्जेपासून वीज तयार करता येईल का, या विचाराने आज प्रगतीचा उंच आलेख गाठला आहे. पारंपरिक इंधन साठे संपुष्टात येणार याची मानवाला चाहूल लागलेली आहे. त्यामुळेच सौर ऊर्जेचा वापर वाढवणे, तिचा दैनंदिन व्यवहारांमध्ये उपयोग करून घेणे, कमी क्षेत्रफळावरील सूर्यप्रकाशात अधिक वीजनिर्मिती करणे, सौर प्रणालीचे आयुष्य वाढवणे, ती निर्माण करताना कमीत कमी प्रदूषण आणि पुनर्वापर यावर आज अनेक संशोधने सुरू आहेत. पृथ्वीतलावर जमीन, पाणी आणि सूर्यप्रकाश यामुळेच सजीव सृष्टीला स्थान मिळाले. निसर्गाने आमच्यासाठी खरोखर रेड कार्पेट अंथरले होते; पण आम्हाला त्यावर चालता आले नाही आणि येतही नाही. म्हणूनच आज अनेक समस्यांना आम्ही सामोरे जात आहोत. या समस्या निसर्गातील प्रत्येक घटकाच्या समोर आलेल्या आहेत आणि म्हणूनच आज आम्ही 5 जून हा पर्यावरण दिन 1973 सालापासून साजरा करत आहोत. हवा, पाणी आणि जमिनीत होणारे प्रदूषण सजीव सृष्टीचा नाश करणार याची मानवाला जाणीव झालेली आहे. म्हणूनच सुमारे 150 देश हा वैश्विक पर्यावरण दिन साजरा करतात.

 

 

 

 

पर्यावरण म्हटले की सर्व सजीव आणि निर्जीव घटकांची साखळी समोर येते. फुलपाखरू, चिमण्या, कीटक, डोंगर, नद्या, झाडे, मनुष्य अशी यादी बघितली तर यांचा तंत्रज्ञानाशी काय संबंध, असा प्रश्न उपस्थित होतो; पण आजमितीला फक्त वाढलेल्या तापमानामुळे काय काय परिणाम झालेले आहेत ते आपण अनुभवत आहोत. बदललेले ऋतुमान, तापमानवाढीमुळे पाण्याचे नको तेवढे बाष्पीभवन, पाण्याच्या कमतरतेमुळे पक्ष्यांचे स्थलांतर, त्यामुळे पिकावर येणारी अनावश्यक कीड, अति उष्णतेने मनुष्यहानी इ. परिणाम आपण अनुभवत आहोत. याव्यतिरिक्त औष्णिक वीज केंद्र आजही मोठ्या प्रमाणावर कोळसा जाळत आहे. त्यामुळे झाडाची वाढ खुंटणे, शेतीतील मातीचा पोत, पाणी धरून ठेवण्याची क्षमता, आम्लयुक्त जमीन, पोषक घटकांचे नुकसान इ. परिणाम होत आहेत, तर मानवी जीवनावर घशात जळजळ, चक्कर येणे, श्वसनविकार, यकृत आणि मूत्रपिंडावर परिणाम होऊन आरोग्य धोक्यात येत आहे. हा फक्त समोर दिसणारा परिणाम आहे. वीज मिळते म्हणून आम्ही कोळसा जाळतो हा तसा छोटासा फायदा; पण आज न दिसणारे दूरगामी परिणाम आपल्या काही पिढ्यांना अनेक अडथळे निर्माण करणार आहेत म्हणूनच सौर ऊर्जेसारखा उत्तम पर्याय आपण निवडणे गरजेचे झालेले आहे.

 

 

 

 

 

इरस्तोस्थानस या विद्वानाने आरशांच्या मदतीने शत्रूची जहाजे जाळली होती, अशी आख्यायिका आजही ऐकावयास मिळते. फ्रान्समधील ओदिली येथे धातू वितळवण्याची भट्टी अस्तित्वात आहे. या उदाहरणांवरून सूर्याकडे काय आहे आणि तो काय करू शकतो याची कल्पना यायला हरकत नसावी. आजमितीला मात्र 50 हजार लोकांचा स्वयंपाक, लाखो भाविकांच्या स्नानासाठी गरम पाणी, मेगावॉटमध्ये वीजनिर्मिती आणि पावसासाठी अब्जावधी लिटर पाण्याची वाफ करण्याची ताकद फक्त आणि फक्त सूर्याकडे आहे. म्हणूनच सौरऊर्जा तंत्रज्ञान आज फायदेशीर ठरत आहे. एवढेच नव्हे तर संपूर्ण देशाला वीज पुरवून दुसर्‍या देशांना वीज पुरवता येईल इतकी क्षमता फक्त आपल्या देशाला मिळणार्‍या सूर्यप्रकाशाची आहे. म्हणूनच भारताला सूर्यप्रकाशाचा देश म्हटले जाते.

 

 

 

सूर्याकडून आपल्याला प्रकाश आणि उष्णता या दोन्ही गोष्टी मिळतात. या उष्णतेचा उपयोग मानवाने सुरुवातीला धान्य आणि कपडे वाळवणे इतकाच केला; पण आज या उष्णतेचा उपयोग अन्न शिजवण्यासाठी होत आहे. सूर्याकडून येणारी उष्णता एकवटून सुमारे 300 डिग्री सें.पर्यंत तापमान निर्माण केले जाते. या उष्णतेवर प्रचंड दाब असलेली पाण्याची वाफ करून वाफेवर क्षमतेनुसार 25/50 हजार नागरिकांसाठी अन्न शिजवता येते. हे तंत्रज्ञान शेफलर नावाच्या तज्ज्ञाने तयार केले असून ते आज प्रसिद्ध आहे. जर हजारो लोकांचा स्वयंपाक, धातू वितळण्याची भट्टी सौर ऊर्जेवर चालत असेल, तर 4-5 व्यक्तींसाठीचा स्वयंपाक प्रत्येक घरोघरी सौरचुलीत होऊ शकतो. अर्थात यासाठी उत्तम सूर्यप्रकाशाची जागा गच्चीवर मिळणे आवश्यक आहे. या सूर्यचुलीत आवरण असलेल्या पेटीवर दोन काचांच्या मदतीने उष्णता साठवली जाते आणि सुमारे 120 अंश सें.पर्यंत तापमान वाढते. अन्न उत्तम प्रकारे शिजते. जीवनसत्त्व टिकून राहत असल्याने अन्नाची चव अप्रतिम लागते. अन्न शिजवण्याची प्रक्रिया जशी होते तसेच शेकडो-हजारो माणसांच्या स्नानासाठी पाणी गरम करण्याचेही तंत्रज्ञान उपलब्ध असून त्यासाठीही उष्णतेचा वापर केला जातो. यात तांब्याच्या/हवाबंद काचेच्या नळ्यांचा वापर केला जातो. तांब्याच्या नळ्या आवरण असलेल्या पेटीत बंद करून वरील बाजूस काचेने झाकलेले असते. तांबे उत्तम उष्णतावाहक असल्याने या नाल्यांमधून सुमारे 70 अंश सें.पर्यंत पाणी गरम मिळते. एकंदरीत सूर्याकडून मिळणार्‍या उष्णतेचा प्रवास पुढील काळात वीजनिर्मिती केंद्रातील संयंत्र फिरवण्यास निश्चित फायदेशीर ठरेल. त्याचबरोबर औद्योगिक कारखान्यांना लागणार्‍या बॉयलरसाठीही सौर तंत्रज्ञान उपयोगी ठरेल यात शंका नाही.

 

 

आता प्रश्न उरतो तो वीजनिर्मितीकरिता लागणारे सोलर पॅनलचे कार्य, त्याची कार्यक्षमता, त्यात आलेले नवीन तंत्रज्ञान याचा.

 

 

 

 

 

शालेय जीवनात प्रत्येक जण वनस्पती त्यांचे अन्न कसे तयार करतात हे शिकतो. प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया होताना सूर्यप्रकाशाचा महत्त्वाचा वाटा असतो. म्हणजेच सूर्यप्रकाश असेल तर पाने अन्न तयार करू शकतात. जर एखादे छोटे झाड मोठ्या झाडाखाली असेल, तर अपुर्‍या सूर्यप्रकाशामुळे त्याची वाढ खुंटते ती अन्न कमी मिळाल्याने. त्यामुळे शेती व्यवसायातही सूर्यप्रकाशाचे महत्त्व शेतकरी बांधवांना माहीत असते. सौर ऊर्जेचे विद्युत ऊर्जेत रूपांतर होतानाही सूर्यप्रकाश अतिमहत्त्वाचा ठरतो. तांत्रिक भाषेत त्याचा फोटोव्होल्टाइक असा उल्लेख होतो. फोटो म्हणजे प्रकाश आणि वोल्टाइक म्हणजे वीजनिर्मिती करणारा. थोडक्यात, प्रकाश ऊर्जेचे विद्युत ऊर्जेत रूपांतर करणारा फोटोव्होल्टाइक सेल.

 

 

 

फोटोव्होल्टाइक सेल यालाच pv सेल असे म्हटले जाते. pvसेलचा उपयोग कॅल्क्युलेटर, घड्याळ, खेळणी, कंदील यांना ऊर्जा पुरवण्यासाठी केला गेला. आज मात्र वीजनिर्मिती आणि त्यातही स्वस्त आणि कार्यक्षम सेलनिर्मितीची स्पर्धा सुरू झालेली दिसून येते. अर्थात ती आपली गरज आणि बाजारपेठ मिळत असल्याने उत्तमोत्तम दर्जा देण्याचा सर्वांचा प्रयत्न आहे.

 

 

सौर pvसेलनिर्मिती - pvसेल सिलिकॉनपासून तयार केले जातात. सिलिकॉन हे मेटॅलॉईड्स म्हणजे धातूही नाही आणि अधातूही नाही. दोघांच्या मधील असलेली अवस्था. मात्र याचे गुणधर्म या दोघांमध्ये सापडतात. सेमिकंडक्टर (अर्धवाहक) असलेल्या सिलिकॉनवर बोरॉन या रसायनाचा लेप देतात आणि त्याची अत्यंत बारीक फिल्म तयार केली जाते. ही फिल्म ट़फंड काचेवर अंथरली जाते. हे सेल वीजनिर्मिती करीत घरावर, औद्योगिक कारखान्यावर, सरकारी कार्यालये आणि पडीक जमिनीवर वीजनिर्मितीकरिता लावले जात आहेत. दिवसा पडणार्‍या किमान पाच तासांच्या सूर्यप्रकाशामुळे जास्तीत जास्त वीजनिर्मिती होत असते. 1 किलोवॅट सौर पॅनल दिवसभराच्या काळात 4 ते 5 युनिट वीजनिर्मिती करतात. या सौर pv सेलचे आयुर्मान 25 वर्षे इतके आहे; पण संपूर्ण 25 वर्षे तेवढीच वीज मिळेल असे नाही, तर जसजसे आयुष्य कमी होईल त्याप्रमाणे त्याच्या कार्यक्षमतेत फरक पडत जाईल. याचा अर्थ असाही नव्हे की, 25 वर्षे पूर्ण झाली की लगेच सर्व यंत्रणा बंद पडेल. त्यातील काही सेल पूर्ण निकामी होतील, तर काही अजून काही काळ चालू राहतील. आता प्रश्न असा आहे की, सेलचे आयुष्य संपले की, हे सेल काय करायचे? हेदेखील एक प्रकारचे प्रदूषण मोठ्या प्रमाणावर होणार आहे, कारण आज मोठ्या प्रमाणावर लावलेले सेल 25 वर्षांनी एकदमच बदलावे लागतील; पण तंत्रज्ञानाने याबाबतीत महत्त्वाची पावले उचलली आहेत. या सेलचा पुनर्वापर करून मूल्यवर्धनासोबत प्रदूषण टाळता येणार आहे. पूर्वी 25 वर्षे असलेले आयुष्य आता 30 वर्षांपर्यंत पुढे नेता आलेले आहे. कार्यक्षमतेच्या बाबतीत पूर्वीच्या तुलनेतही बर्‍याच सुधारणा पाहावयास मिळतात. पूर्वी एक सेल धूळ, पक्ष्यांची विष्ठा अथवा अन्य कारणाने झाकला गेल्यास सर्व सेल बंद होत असे. त्यामुळे सेल गरम होऊन बंद होत असे. आता मात्र एक सेल बंद झाला तरी बाकी सर्व सेल चालू राहतात. सिलिकॉननंतर कॅडमियम आणि कॉपर यांचाही अर्धवाहक म्हणून उपयोग सुरू झाला आहे. याची अत्यंत पातळ फिल्म असून कॉपर इंडियम गॅलियम डिसेलेनाइडसारख्या सेमिकंडक्टर सामग्रीच्या अत्यंत पातळ थरांपासून बनवले जातात. या पेशीच्या थरांची जाडी फक्त काही मायक्रोमीटर आहे, म्हणजे मीटरच्या काही दशलक्षांश इतकी. हे थिन-फिल्म सोलर सेल लवचीक आणि हलके असतात. कोणत्याही छोट्यात छोट्या यंत्रणेसाठी, पाठीवरील बॅगवर लावण्यासाठी किंवा घरातील खिडक्यांवर लावण्यासाठी या सेलचा उपयोग केला जातो. अर्थात ज्यांना कमी ऊर्जा लागते अशा उपकरणांसाठी या फिल्म वापरल्या जातात.

 

 

सेलचा तिसरा प्रकार म्हणजे गॅलियम आणि इंडियम तसेचआर्सेनिक आणि अँटिमनी हे अर्धवाहक पदार्थ. यापासूनही सेल तयार केले जात असून या सेलचे तंत्रज्ञान महागडे असले तरी सेल अति कार्यक्षम असतात. हे सेल अनेकदा उपग्रह, मानवरहित हवाई वाहने आणि इतर महत्त्वाच्या उपकरणांमध्ये वापरले जातात.

 

 

 

वरील अर्धवाहक पदार्थापासून सेल तयार करताना अल्पसे प्रदूषण होत असे. मात्र आता ते पूर्णपणे नाहीसे करण्याकडे वाटचाल सुरू झालेली आहे. तंत्रज्ञ नवीन संशोधनाकडे वाटचाल करत असून उपलब्ध सेलच्या पलीकडे जाऊन आता सेंद्रिय आणि कार्बोनिक पदार्थ वापरून सेल तयार करण्याच्या प्रयत्नात आहेत त्यालाही काहीसे यश मिळाले आहे. या तंत्रज्ञानाला पेरोव्स्काईट्स म्हणूनही ओळखले जाते. अर्थात हे तंत्रज्ञान स्वस्त, अधिक कार्यक्षम आणि जास्तीत जास्त उत्पादित कसे करता येईल यावर पुढील संशोधनाचे लक्ष आहे.

 

 

 

आजमितीला ऑन ग्रिड आणि ऑफ ग्रिड असा दोन प्रकारे वीजवापर सुरू आहे. ऑन ग्रिड म्हणजे आपण सौर ऊर्जेमार्फत तयार केलेली वीज, वीज कंपनीला देणे आणि महिनाअखेरीस त्याचा ताळेबंद करून बिल घेणे. अर्थात हे बिल शून्य अथवा वापर जास्त असल्यास त्याप्रमाणे बिल येऊ शकते, तर ऑफ ग्रिडमध्ये तुम्ही स्वतः निर्माण केलेली वीज स्वतःच वापरायची असते. त्यात कोणतेही वीज बिल अथवा वीज कंपनीचा संबंध आपल्याशी राहत नाही. यासाठी आज मोनोक्रिस्टलाईन सेल आपण वापरत आहोत. भारतीय तापमानाला आणि उत्तम सूर्यप्रकाशात या सेलची कार्यक्षमता (22-25%) उत्तम मिळत आहे. मोनोक्रिस्टलाईन सेलसोबतच पॉलीक्रिस्टलाईन आणि एमोरफस सेल उपलब्ध आहेत. पॉलीक्रिस्टलाईन सेल स्वस्त असले तरी कार्यक्षमता (12-17%) कमी असल्याने थोडे महाग, परंतु दीर्घकाळ चालणारे आणि उत्तम कार्यक्षमता देणारे सेल वापरणे ग्राहकाच्या हिताचे आहे. पूर्वी रु. 365 प्रति वॅट असलेला सेल आज 35 ते 40 रुपये प्रति वॅट मिळत आहे.

 

 

 

 

हे भारतीय तंत्रज्ञांच्या श्रेयाचे एक उत्तम उदाहरण आहे. आज सर्वत्र समृद्धी आहे; पण आम्ही अनुदानाची वाट बघत बसतो आणि मूल्यवान वेळ वाया घालवतो. आपली पत दाखवण्यासाठी कार, बाइक, मोबाइल अशा अनेक वस्तूंचा आम्ही उपयोग करतो; पण कारच्या तुलनेत सोलर सेल किती स्वस्त आहेत याचा विचारही आमच्या मनाला शिवत नाही. म्हणूनच कितीही समृद्धी आली तरी मानसिकता बदलणे आवश्यक आहे. तंत्रज्ञान आपल्यासाठी आहे. त्याचा सुयोग्य वापर करणे आपल्या हातात आहे. जर हा वापर उत्तमरीत्या करता आला, तर तंत्रज्ञानाचा उपयोग निश्चितच पर्यावरण समृद्ध करण्यासाठी होऊ शकेल.