નવું બહેતર ઇંધણ : ઉદકજન

ડૉ. અશોક મો. દવે

વાહનો અને અન્ય યંત્રોના સંચાલન માટે પેટ્રોલિયમ આધારિત ઇંધણોના વ્યાપક વપરાશે પૃથ્વીના અસ્તિત્વ સામે જ વૈશ્ર્વિક ઉષ્માવૃદ્ધિના રૂપમાં પડકાર ઊભો કર્યો છે, ત્યારે જ પૃથ્વીને તારી શકે એવા એક ઊર્જા-સ્રોતની વાત.

આપણા બ્રહ્માંડમાં બે બાબતો વિપુલ પ્રમાણમાં ઉપલબ્ધ છે : મૂર્ખામી અને હાઈડ્રોજન ! અહીં પહેલી બાબતથી આપણે સુપરિચિત છીએ એટલે બીજી બાબત વિષે ચર્ચા કરીશું.

હાઈડ્રોજન (Hydrogen)ને હિંદીમાં ‘ઉદજન’ અને ગુજરાતીમાં ‘ઉદકજન’ કહેવામાં આવે છે. ‘પાણીમાંથી ઉત્પન્ન થયેલું’ એવો અર્થ અહીં અભિપ્રેત છે.

રસાયણશાસ્ત્રના આવર્તકોષ્ટકમાં ઉદકજનનું સ્થાન પ્રથમ છે. તત્ત્વ તરીકે તેની રાસાયણિક સંજ્ઞા ’ઇં’ છે અને વાયુ તરીકે તેનું રાસાયણિક સૂત્ર ’ઇં૨’ છે. ઉદકજનના મુખ્ય ગુણધર્મો કોષ્ટક : ૧માં દર્શાવેલા છે. અહીં આપણે જે ચર્ચા કરીએ છીએ તે મહદ્અંશે વાયુ તરીકેની છે. ઉદકજનના મુખ્ય ઉપયોગો કોષ્ટક : ૨માં દર્શાવેલ છે.

હરિત ઉદકજન

પ્રયોગશાળા અને કારખાનામાં ઉદકજનનું ઉત્પાદન પાણીની ઈલેક્ટ્રોલીસીસની પ્રક્રિયા દ્વારા કરવામાં આવે છે. આ ઉત્પાદન માટે વપરાતી વિદ્યુત ઊર્જા જો પુન:પ્રાપ્ય ઊર્જા પ્રકારની હોય તો તેને હરિત ઉદકજન (Green Hydrogen) કહે છે. સૂર્યપ્રકાશ અને પવનચક્કીની મદદથી ઉત્પન્ન થતી વિદ્યુત પર્યાવરણને કાર્બનના ઓક્સાઈડોથી પ્રદૂષિત કરતી નથી એટલે તેને હરિત ઊર્જા (Green Energy) કહે છે.

કોષ્ટક : ૧ ઉદકજનના મુખ્ય ગુણધર્મો

• સામાન્ય પરિસ્થિતિમાં રંગવિહીન, વાસવિહીન, સ્વાદવિહીન વાયુ.
• ડાયએટોમિક મોલેક્યુલ
• બ્રહ્માંડના ૯૦ ટકા સુધી અસ્તિત્વ
• સૌથી હલકું તત્ત્વ
• ખૂબ જ જ્વલનશીલ વાયુ. હવામાં ૪ થી ૭૪ ટકાની હાજરીથી સળગી ઊઠે છે.
• ગલનબિંદુ : -૨૫૯.૧૬૦ સે., ઉત્કલનબિંદુ : – ૨૫૨.૮૮૦સે. ઘનતા : ૦.૦૦૦૦૮૨ ગ્રામ પ્રતિ ઘન સે.મી.

કોષ્ટક : ૨ ઉદકજનના મુખ્ય ઉપયોગો

• એમોનિયા અને નત્રલ ફર્ટિલાઈઝર્સના ઉત્પાદનમાં.
• વનસ્પતિ ઘીના ઉત્પાદનમાં.
• મિથેનોલ અને હાઈડ્રોક્લોરિક એસિડના ઉત્પાદનમાં.
• ધાતુના ઓક્સાઈડોના રિડક્શન દ્વારા ધાતુના ઉત્પાદનમાં.
• રોકેટના ઈંધણમાં.
• આધુનિક વાહનોના ઇંધણ તરીકે.

ઇતિહાસ

ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનની વાત કરીએ તો સન ૧૯૪૦ પહેલાં ઉદકજનનું ઉત્પાદન કોલસા અથવા કોકમાંથી થતું હતું. ત્યારબાદ એકવીસમી સદીમાં તેનું ઉત્પાદન કુદરતી વાયુ અને નેચરલ ગેસમાંથી સ્ટીમ રીફોર્મિંગની પ્રક્રિયા દ્વારા કરવામાં આવે છે. સન ૨૦૨૧માં ઉદકજનનું ઉત્પાદન બજાર ૧૩૫.૯ અબજ અમેકિરન ડૉલર જેટલું હતું. જે સન ૨૦૨૩માં ૨૧૯.૨ અબજ અમેરિકન ડૉલર થવાની સંભાવના છે.

ઊર્જા

જીવાશ્મ આધારિત સ્રોતમાં કરવામાં આવતું ઉદકજનનું ઉત્પાદન પર્યાવરણને હાનિકારક છે. વૈકલ્પિક રીતે પાણીમાંથી થતું ઉત્પાદન અનુકૂળ છે. પાણીમાંથી વિદ્યુત-વિભાજન દ્વારા ઉદકજન નીચે મુજબ મેળવી શકાય છે.

પાણી  +  વિદ્યુત ઊર્જા  —->     ઉદકજન  + પ્રાણવાયુ

૯ કિલો    ૫૦ KWH  <—-       ૧ કિલો    ૮ કિલો

આ પ્રક્રિયામાં વધુ પ્રમાણમાં ઊર્જાની જરૂર પડે છે. આ પ્રક્રિયા ઊલટા ક્રમમાં પણ થઈ શકે છે.

ઉદકજનમાં વજનની દૃષ્ટિએ પેટ્રોલ કરતાં લગભગ ત્રણ ગણી વધુ ઊર્જા સંગ્રહિત થયેલી હોય છે. એટલે તે આદર્શ ઈંધણ બની શકે છે. પરંતુ કદની દૃષ્ટિએ તેની ઊર્જા-ઘનતા ઓછી હોય છે. આ ઘનતા વધારવા માટે તેને ઊંચા દબાણે અથવા અત્યંત નીચા તાપમાને સંગ્રહિત કરવો જરૂરી છે.

નવો અભિગમ

ઉદકજનના વ્યાવસાયિક, સસ્તા અને બિનપ્રદૂષિત ઉત્પાદન માટે નવો અભિગમ અત્રે રજૂ કરીએ છીએ.

(૧) સસ્તો કાચો માલ

ઉદકજનના ઉત્પાદન માટે કાચો માલ પાણી છે. શુદ્ધ કરેલું પાણી મોંઘું હોય છે. પરંતુ અહીં સસ્તા પાણીનો વિકલ્પ રજૂ કર્યો છે. બાથરૂમ અને રસોડામાંથી નીકળતા પાણીને ગ્રે વૉટર અને લેટ્રીનમાંથી નીકળતા પાણીને બ્લેક વૉટર કહે છે. હવે પછીના બંધાનારા ફ્લેટ, ઔદ્યોગિક સંકુલ, મોલ વગેરેની પાઈપલાઈનમાં થોડો ફેરફાર કરીને ગ્રે અને બ્લેક વોટરની લાઈનો અલગ કરવી જોઈએ. ગ્રે વોટર એક જગ્યાએ ભેગું કરીને તેને જરૂર મુજબ પ્રાયમરી, સેક્ધડરી વગેરે ટ્રીટમેન્ટ આપવી જોઈએ.

(૨) સસ્તી બાયોટેક્નોલોજી

ઉપર મુજબ સાદી ટ્રીટમેન્ટથી શુદ્ધ કરેલું પાણી એક પ્રતિક્રિયા-કારક યાને રિએક્ટરમાં એકઠું કરીને તેમાં ખાસ પ્રકારના જીવાણુ યાને બેક્ટેરિયાનો નિશ્ર્ચિત ડોઝ ઉમેરીને હલાવવામાં આવે તો જીવાણુની જૈવિક પ્રક્રિયાને કારણે પાણીમાંથી ઉદકજન અને પ્રાણવાયુ છૂટા પડે છે. ત્યારબાદ આ વાયુઓના મિશ્રણને ગેસ સેપરેશન ટૅક્નોલોજીની મદદ વડે છૂટા પાડીને સંગ્રહિત કરી શકાય છે. અહીંથી બંને પ્રકારના વાયુઓના વેચાણ અને ઉપયોગનું નેટવર્ક ગોઠવી શકાય.

ઉદકજન યાને હાઈડ્રોજનનો મુખ્ય ઉપયોગ પરિવહનના ઈંધણ અને ખાસ કરીને કાર માટે થવા જઈ રહ્યો છે. ત્યારે પર્યાવરણને અનુકૂળ હોવા ઉપરાંત તેના અન્ય ફાયદા પણ છે, જે નીચે મુજબ છે :

(૧)       કારની ટાંકીમાં પેટ્રોલ જેટલી ઝડપે જ ઉદકજન પણ ભરી શકાય છે. જ્યારે ફક્ત બેટરી આધારિત કારને રિચાર્જ કરવામાં વધુ સમય લાગે છે.

(૨)       ઉદકજનવાળી કારની ડ્રાઈવિંગ રેન્જ પ્રમાણમાં લાંબી હોય છે એટલે વારે વારે કાર થોભાવીને રિચાર્જ કરવાની જરૂર પડતી નથી.

(૩)       ઉદકજનવાળી કાર વધારે કાર્યક્ષમ, હળવી અને તેજ રફતાર હોય છે. તેનો ટોર્ક પણ બેટરી સંચાલિત કાર જેટલો જ ત્વરિત હોય છે. પરિણામે પિક-અપ જળવાઈ રહે છે.

(૪)       સામાન્ય કારમાં વપરાતા ઇન્ટર્નલ કમ્બચ્ચન એન્જિનની રચનામાં જ અમુક ફેરફાર કરીને પેટ્રોલની જગ્યાએ ઉદકજનને ઈંધણ તરીકે વાપરી શકાય તેવું પેટન્ટ ફોર્ડ મોટર કંપનીએ લીધેલું છે.

(૬)       ઉદકજન ધરાવતી કાર માટે રેટ્રોફીટ પાર્કીંગ સ્પેસ ઊભી કરવાની જરૂર નથી.

કેટલાક મુદ્દા

(૨.૧)    વાયુમિશ્રણને અલગ કરવા માટે પ્રેસર સ્વીંગ ટૅક્નોલોજી તથા ગેસ મેમ્બ્રન ટૅક્નોલોજી અખત્યાર કરી શકાય છે. આ બંને ટૅક્નોલોજીમાં પ્રમાણમાં ઓછી ઊર્જાની જરૂર પડે છે અને તેની ઊર્જા હરિત વિદ્યુતના સોર્સમાંથી પૂરી પાડવી જોઈએ.

(૨.૨)    પાણીનું વિઘટન કરનારા જીવાણુઓનું વ્યવસ્થિત સંશોધન કરવું જોઈએ. ભારત સરકારના વિજ્ઞાન અને ટૅક્નોલોજી મંત્રાલય અંતર્ગત અનેક રાષ્ટ્રીય સંશોધન પ્રયોગશાળાઓ સરકારી અને ખાનગી ક્ષેત્રોમાં આવેલી છે. જીવાણુઓના યોગ્ય સ્ટ્રેઈનની શોધ કરવામાં આપણા વિજ્ઞાનીઓ સક્ષમ છે અથવા ખૂબ ઝડપથી શોધી શકવા માટે સમર્થ છે.

(૨.૩)    એક વખત જીવાણુનું યોગ્ય સ્ટ્રેઈન નક્કી થયા પછી તેનું પારંપરિત ઉત્પાદન આપણા રસોડાની દહીં બનાવવાની મેળવણ પદ્ધતિની જેમ કરવાની સંભાવના હોય છે, જે સરળ અને સસ્તી પદ્ધતિ બને છે.

(૨.૪)    સદરહુ પ્રોજેક્ટને વ્યાવહારિક સ્વરૂપ આપવા માટે ક્ષેત્ર મુજબ મનપા (મહાનગરપાલિકા) અને આઈઓસી (ઇન્ડિયન ઓઈલ કોર્પોરેશન) વચ્ચે સંકલન અને સમજૂતી સાથે કરાર થવા જોઈએ. મનપા પ્રાયમરી અથવા સેક્ધડરી ટ્રીટમેન્ટવાળું પાણી પૂરું પાડે, જેના તેને પૈસા મળે અને આઈઓસી એ પાણીમાંથી હરિત ઉદકજનનું નિર્માણ કરે અને જાહેર હિતો માટે વેચાણ કરે. આઈઓસી પાસે પોતાના પેટ્રોલપંપોનું વિશાળ અને વ્યવસ્થિત નેટવર્ક છે, એટલે આ ટૅક્નોલોજી સરળતાથી સુચારુ થઈ શકે. બંને સંસ્થાને આવક મળી શકે છે.

(૨.૫)    ઉદકજન એક જ્વલનશીલ વાયુ છે અને તેની સુરક્ષા, સ્વાસ્થ્ય અને પર્યાવરણની કાળજીપૂર્વકની માવજત જરૂરી બને છે. મહદ્અંશે આ વાયુની સારંસભાળ અત્યારે વાહનોમાં ઈંધણ તરીકે વપરાતા સીએનજી વાયુ જેવી હોવાથી તેનું વ્યવસ્થાપન સરળ બનશે.

(૨.૬)    ઉદકજનના ઉત્પાદનમાં પ્રાણવાયુ એક આડપેદાશ તરીકે ઉત્પન્ન થાય છે. સન ૨૦૨૦-૨૨ દરમિયાન થયેલા કોરોના નામક ઘાતક રોગની સારવારમાં પ્રાણવાયુનો ઉપયોગ વધ્યો છે. એ સિવાય શ્ર્વાસના અન્ય રોગોમાં પણ તેની જરૂર પડે છે. આમ, પ્રાણવાયુ મેડિકલ અને બિન-મેડિકલ ક્ષેત્રોમાં ઉપયોગી હોવાને કારણે તેનું પણ જાહેર વેચાણ શક્ય છે, જેનાથી પણ ઉત્પાદકને આવક ઊભી થઈ શકે છે.

પાયલોટ પ્રોજેક્ટ

આ નવા અભિગમને સુચારુ રીતે અમલમાં મૂકવા માટે એક પાયલોટ પ્રોજેક્ટનું આયોજન પણ કરી શકાય છે. આ ક્ષેત્રના તજ્જ્ઞનોની સલાહ અનુસાર યોગ્ય માપનો એક પ્રોજેક્ટ ઊભો કરી શકાય. અજમાયશી ધોરણે આ પ્રોજેક્ટ દ્વારા ઉદકજનના ઉત્પાદનની ચકાસણી કરી શકાય. નાનામોટા ફેરફારો આ તબક્કામાં પણ થઈ શકે. સુધારા-વધારા સાથેની અંતિમ આવૃત્તિ વ્યાવસાયિક ધોરણે અમલમાં મૂકી શકાય.

ગઠન

આ પ્રોજક્ટના શક્ય તેટલા વિભાગો ભૂમિગત હોય તેવી ડિઝાઈનનું ગઠન કરી શકાય. ઉદાહરણ તરીકે ઉદકજન અને પ્રાણવાયુને સંગ્રહવામાં ટાંકા ભૂમિગત રાખ્યા હોય તો ભૂમિ ઉપર ભવિષ્યમાં થનારી કુદરતી કે બિનકુદરતી આપદાઓ સામે તેનું રક્ષણ થઈ શકે. વળી ભૂમિ ઉપરની ફાજલ જગ્યામાં સોલર પેનલો કે પવનચક્કી ગોઠવીને પ્લાન્ટ માટે હરિત ઊર્જાનું ઉત્પાદન પણ કરી શકાય છે.

ભારતના આંગણે સ્વચ્છ ઊર્જા, સ્વાવલંબિત ઊર્જા અને સરળ ઊર્જાનું ઉત્પાદન કરવા માટેની આ યોજના કેન્દ્ર અને રાજ્ય સરકારે અમલમાં મૂકવા માટે અગ્રેસરતા દાખવવી ઘટે.

ડૉ. અશોક મો. દવે : ૨૬, સુવાસ પાર્ક, એમજીએમ સ્કૂલ પાસે, ન્યૂ સમા રોડ, વડોદરા-૩૯૦ ૦૨૪. મો.: + ૯૧ ૯૪૨૭૩૧૫૪૫૭

સાભાર – નવચેતન