सिंगापुर में वैज्ञानिकों ने झींगा शैल अपशिष्ट को ‘कार्बन-नकारात्मक’ हाइड्रोजन ईंधन में बदलने का एक तरीका ढूंढ लिया है, जिससे बायोमास अपशिष्ट मूल्यवान जलवायु समाधान में बदल जाएगा।

फेंके गए झींगा के गोले जल्द ही रसोई के कचरे से भी अधिक बन सकते हैं। सिंगापुर में वैज्ञानिकों ने एक ऐसी प्रक्रिया विकसित की है जो जैविक कचरे को हाइड्रोजन ईंधन, जलीय कृषि फ़ीड के लिए प्रोटीन और कैल्शियम कार्बोनेट में परिवर्तित करती है, जो सीमेंट और एंटासिड जैसे उत्पादों में उपयोग की जाने वाली सामग्री है।यह तकनीक नानयांग टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी (एनटीयू) में इलेक्ट्रोकेमिकल इंजीनियर ली होंग और उनकी टीम द्वारा विकसित की गई थी। यह कार्बन-समृद्ध कचरे का उपयोग करके उत्पादन करता है जिसे शोधकर्ता ‘कार्बन-नकारात्मक’ हाइड्रोजन के रूप में वर्णित करते हैं। इस प्रक्रिया का उद्देश्य जैविक कचरे को लैंडफिल में जाने से रोककर और उससे उपयोगी उत्पाद बनाकर वातावरण से उत्पन्न कार्बन डाइऑक्साइड से अधिक कार्बन डाइऑक्साइड को निकालना है।प्रयोगशाला-स्तरीय प्रणाली अभी भी व्यावसायिक उत्पादन से दूर है, लेकिन शोधकर्ताओं का कहना है कि यह एक साथ दो प्रमुख चुनौतियों से निपटने के लिए एक नया दृष्टिकोण प्रदान करती है: अपशिष्ट को कम करना और जीवाश्म-आधारित ऊर्जा और औद्योगिक सामग्रियों के लिए स्वच्छ विकल्प खोजना।

समुद्री भोजन के कचरे को हाइड्रोजन में बदलना

आज उत्पादित अधिकांश हाइड्रोजन एक ऐसी प्रक्रिया से आता है जो प्राकृतिक गैस और भाप का उपयोग करती है, जिसे “ग्रे हाइड्रोजन” के रूप में जाना जाता है। “हरित हाइड्रोजन” सहित स्वच्छ संस्करण, पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित करने के लिए नवीकरणीय बिजली पर निर्भर करते हैं।ली की टीम ने एक अलग रास्ता अपनाया। मुख्य कच्चे माल के रूप में पानी का उपयोग करने के बजाय, शोधकर्ताओं ने छोड़े गए झींगा के गोले जैसे जैविक कचरे के साथ काम करने के लिए इलेक्ट्रोलिसिस तकनीक को अपनाया।पारंपरिक जल इलेक्ट्रोलिसिस के लिए बड़ी मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है और ऑक्सीजन का उत्पादन होता है, जिससे सिस्टम को प्रबंधित करना अधिक कठिन हो सकता है। सिंगापुर टीम का दृष्टिकोण कार्बनिक सामग्रियों का उपयोग करता है जो उत्प्रेरक की मदद से अधिक आसानी से प्रतिक्रिया करते हैं, पारंपरिक इलेक्ट्रोलिसिस की ऑक्सीजन संबंधी चुनौतियों से बचते हुए ऊर्जा आवश्यकताओं को कम करते हैं।यह प्रक्रिया झींगा के गोले को कुचलकर लाल रंग का घोल बनाने से शुरू होती है। बॉल मिलिंग उपकरण का उपयोग करके, शोधकर्ता मिश्रण से कैल्शियम कार्बोनेट को अलग करते हैं। फिर बचे हुए कार्बनिक अम्ल और अमोनिया को विश्वविद्यालय की छत पर स्थापित इलेक्ट्रोलाइज़र में डाल दिया जाता है।पांच सौर पैनलों द्वारा संचालित, इलेक्ट्रोलाइज़र एक बैटरी की तरह काम करता है, जिसमें इलेक्ट्रोड एक टैंक के विपरीत किनारों पर रखे जाते हैं और एक झिल्ली उन्हें अलग करती है। जैसे ही बिजली कार्बनिक मिश्रण से गुजरती है, हाइड्रोजन गैस निकलती है और एकत्र हो जाती है।अपने प्रयोगशाला सेटअप में, टीम ने प्रति घंटे 14 लीटर हाइड्रोजन गैस का उत्पादन किया।

एक अपशिष्ट प्रणाली जिसे ईंधन से अधिक उत्पादन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है

हाइड्रोजन इस प्रक्रिया का केवल एक हिस्सा है। इलेक्ट्रोलिसिस के बाद, शेष बायोमास को बायोरिएक्टर में स्थानांतरित किया जाता है जहां फोटोट्रॉफिक बैंगनी बैक्टीरिया जोड़े जाते हैं।ये बैक्टीरिया बचे हुए पदार्थ को प्रोटीन युक्त उत्पाद में किण्वित करते हैं जिसका उपयोग संभावित रूप से झींगा सहित खेती वाले समुद्री भोजन के लिए फ़ीड के रूप में किया जा सकता है।शोधकर्ताओं का कहना है कि इससे जलीय कृषि कार्यों के लिए पकड़ी गई जंगली मछलियों पर निर्भरता कम करने में मदद मिल सकती है। अपशिष्ट से फ़ीड बनाकर, सिस्टम का लक्ष्य एक गोलाकार प्रक्रिया बनाना है जहां समुद्री खाद्य अपशिष्ट अंततः समुद्री खाद्य उत्पादन को फिर से समर्थन दे सके।ली कहते हैं, “यह प्रक्रिया ‘अपशिष्ट से भोजन तक के चक्र को बंद कर देती है,’ और यह अपशिष्ट से धन की मानसिकता को नियोजित करती है।”तीसरा प्रमुख उत्पाद कैल्शियम कार्बोनेट है, जो सीमेंट उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले कुछ उत्खनित चूना पत्थर की जगह ले सकता है। वैश्विक सीमेंट उद्योग हर साल लगभग 4.2 बिलियन मीट्रिक टन सीमेंट का उत्पादन करता है, और खनन किए गए चूना पत्थर की मांग कम करने से पर्यावरणीय प्रभावों को कम करने में मदद मिल सकती है।स्पेन में यूनिवर्सिडैड लोयोला के एक रसायनज्ञ और इंजीनियर जुआन कार्लोस सेरानो रुइज़, जो शोध में शामिल नहीं थे, ने इस दृष्टिकोण को हाइड्रोजन उत्पादन में एक कठिन समस्या के लिए “बहुत चतुर” समाधान के रूप में वर्णित किया।“मैं वास्तव में एकीकरण की डिग्री से आश्चर्यचकित था,” वे कहते हैं।

प्रयोगशाला की सफलता से व्यावसायिक वास्तविकता की ओर बढ़ना

प्रौद्योगिकी ने ध्यान आकर्षित किया है, लेकिन शोधकर्ता स्वीकार करते हैं कि इसे बढ़ाना मुश्किल होगा। वर्तमान प्रणाली वाणिज्यिक हरित हाइड्रोजन प्रौद्योगिकियों की तुलना में लगभग आधी कुशल है। यदि प्रक्रिया को मौजूदा हाइड्रोजन विधियों के साथ आर्थिक रूप से प्रतिस्पर्धा करना है तो उत्पादन दरों में सुधार करना आवश्यक होगा।ग्रीन हाइड्रोजन की कीमत वर्तमान में प्राकृतिक गैस से बने हाइड्रोजन से अधिक है, कीमतें बिजली की लागत और सरकारी समर्थन से काफी प्रभावित हैं। ली की टीम का अनुमान है कि 200 मीट्रिक टन झींगा शेल को संसाधित करने में सक्षम एक पायलट संयंत्र अपनी परिचालन लागत का आधे से अधिक बिजली पर खर्च करेगा।कई उत्पाद बेचने से अर्थव्यवस्था को बेहतर बनाने में मदद मिल सकती है। केवल हाइड्रोजन राजस्व पर निर्भर रहने के बजाय, कंपनियां कैल्शियम कार्बोनेट और प्रोटीन उत्पादों से भी आय अर्जित कर सकती हैं।वाशिंगटन राज्य में मॉडर्न हाइड्रोजन के सामग्री वैज्ञानिक एलेक्स पियर्स कहते हैं, “अपनी प्रक्रिया के अन्य उत्पादों, चाहे कैल्शियम कार्बोनेट या प्रोटीन, के साथ हाइड्रोजन बेचना, अर्थशास्त्र को संतुलित कर सकता है।” “यह दोनों शक्तिशाली है, क्योंकि आपको इससे राजस्व मिलता है, लेकिन यह थोड़ा अधिक जटिल भी है, क्योंकि आप दो बाजारों को एक साथ जोड़ रहे हैं।”

प्रौद्योगिकी झींगा के गोले से आगे बढ़ सकती है

हालाँकि पहले प्रदर्शन में समुद्री भोजन के कचरे का उपयोग किया गया था, ली का कहना है कि इस प्रक्रिया को कई प्रकार के बायोमास के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।वह कहते हैं, ”यह एक बहुत ही बहुमुखी तकनीक है, जो विभिन्न प्रकार के कचरे के लिए उपयुक्त है, जिसमें कार्डबोर्ड, सब्जियां, घास, मक्का और ताड़ के तेल, वानिकी, चीनी और शराब बनाने जैसे उद्योगों के अवशेष शामिल हैं।सेरानो रुइज़ के लिए, प्रौद्योगिकी का मूल्य जैविक कचरे को उपयोगी सामग्रियों में पुनर्चक्रित करने की क्षमता में निहित है।वह कहते हैं, “मैं इस तकनीक को बायोमास के पुनर्चक्रण के तरीके के रूप में बेचूंगा, ताकि बायोमास को किसी उपयोगी चीज़ में परिवर्तित किया जा सके।”दो कंपनियां पहले से ही व्यावसायिक अनुप्रयोगों की खोज कर रही हैं। 2022 में स्थापित लंदन स्थित की हाइड्रोजन, वानिकी, कृषि और ब्रुअरीज से बायोमास कचरे को संसाधित करने के लिए प्रौद्योगिकी के एक संशोधित संस्करण का उपयोग कर रही है। कंपनी का लक्ष्य हाइड्रोजन और शुद्ध कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन करना है, जिसे टिकाऊ ईंधन बनाने के लिए एक उद्योग भागीदार को बेचा जाता है।एक अन्य कंपनी यह जांच कर रही है कि क्या इस प्रक्रिया का उपयोग सीवेज कीचड़ से कार्बन को रीसाइक्लिंग करने के लिए किया जा सकता है।

आगे बढ़ने की चुनौती

इससे पहले कि प्रौद्योगिकी बड़े पर्यावरणीय लाभ पहुंचा सके, शोधकर्ताओं का कहना है कि कई बाधाओं को दूर किया जाना चाहिए। कंपनियों को बायोमास कचरे की विश्वसनीय आपूर्ति, प्रदर्शन संयंत्रों और बाजारों की आवश्यकता होगी जो परिणामी उत्पादों की बिक्री का समर्थन करते हैं।कार्बन-नकारात्मक दावे के लिए औद्योगिक पैमाने पर स्वतंत्र सत्यापन की भी आवश्यकता होगी। प्रयोगशाला के परिणाम हमेशा सीधे वाणिज्यिक संचालन में अनुवादित नहीं होते हैं, विशेष रूप से जटिल जैविक और रासायनिक प्रणालियों के लिए।सेरानो रुइज़ कहते हैं, “बायोमास के साथ, आपके सामने इस चीज़ को एक ही समय में बड़ा और लाभदायक बनाने में हमेशा बाधा आती है।”