साधारण शैवाल जीव जैव द्रव्यमान विकसित करते हैं जिसे काटा जा सकता है और फिर ईंधन और अन्य उत्पाद बनाने के लिए परिवर्तित किया जा सकता है। हाल ही में एक पोस्ट में, अरामको ने खुलासा किया कि उन्होंने शैवाल से बायोक्रूड का पहला बैच तैयार किया है। वे अन्य शोधकर्ताओं और कंपनियों के साथ मिलकर अपशिष्ट जल और समुद्री जल में पाए जाने वाले सूक्ष्म शैवाल से कम कार्बन वाले ईंधन के उत्पादन और उपयोग के तरीकों की खोज कर रहे हैं।
अपशिष्ट जल और समुद्री जल सूक्ष्म शैवाल से कम कार्बन ईंधन बनाना: अध्ययन का उद्देश्य
पर्यावरण के अनुकूल और टिकाऊ ऊर्जा उत्पादन में उपयोग किए जा सकने वाले वैकल्पिक तरल ईंधनों के बारे में अधिक जानने के लिए । साथ ही, ऊर्जा उत्पादन के लिए सूक्ष्म शैवाल की आवश्यकताओं और जैव ईंधन के प्रकारों का निर्धारण करने के लिए ।
- के अनुसार क्लेनोवा एट अल द्वारा अध्ययन.बायोडीजल की उत्पत्ति तेलीय सूक्ष्मजीवों से हुई है। इनका उपयोग डीजल और पेट्रोलियम उत्पादन के लिए एक महत्वपूर्ण नवीकरणीय विकल्प के रूप में किया जा रहा है।
- अन्य डेमिरबास द्वारा किया गया अध्ययन यह सुझाव देता है कि केवल सूक्ष्म शैवाल में ही नवीकरणीय बायोडीजल की क्षमता है जो वैश्विक परिवहन मांगों को पूरा कर सकता है।
सूक्ष्मशैवाल क्या हैं?
वे दुनिया के सबसे छोटे जड़हीन और पत्तीहीन पौधे हैं जो हमारे द्वारा साँस में ली जाने वाली ऑक्सीजन के आधे से ज़्यादा हिस्से का उत्पादन कर सकते हैं। इसके अलावा, वे बायोएक्टिव यौगिकों के मेजबान भी हैं।
सूक्ष्मशैवाल की विशेषताएँ
- सामान्यतः शैवाल 2 समूहों में वर्गीकृत अर्थात् यूकेरियोटिक और प्रोकैरियोटिक। सूक्ष्म शैवाल सबसे पुरानी जीवित प्रजातियाँ हैं।
- वे प्रकाश संश्लेषण तंत्र है क्लोरोफिल से बने अन्य पौधों के समान।
- सूक्ष्म शैवाल की खेती जलीय निलंबन के रूप में की जाती है और इसमें पानी, पोषक तत्वों और कार्बन डाइऑक्साइड की अधिक उपलब्धता होती है।
- उनके वर्गीकरण को परिभाषित करने वाले कारक उनके वर्णक प्रकार, रासायनिक संरचना, कोशिका भित्ति घटक और रूपात्मक विशेषताएं हैं।
- उनके पास है कई स्रोतों के लिए CO2 को ठीक करने की क्षमता जैसे घुलनशील कार्बोनेट लवण, वायुमंडल और फैक्ट्री अपशिष्ट गैसें।
सूक्ष्मशैवाल के प्रकार
- वे जा सकते हैं परपोषी यदि वे विकास के लिए कार्बनिक यौगिकों का उपयोग करते हैं।
- स्वपोषीयदि वे अकार्बनिक यौगिकों से कार्बन प्राप्त कर रहे हैं।
- वे इस प्रकार से वर्णित हैं प्रकाशस्वपोषी जब वे प्रकाश को ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग करते हैं।
- इसी प्रकार, मिक्सोट्रोफिक सूक्ष्म शैवाल हैं संश्लेषक क्योंकि वे प्रकाश संश्लेषण पर स्वपोषी और विषमपोषी को सम्मिलित करते हैं।
जैव ईंधन उत्पादन के लिए सूक्ष्म शैवाल के उपयोग की चुनौतियाँ
हालांकि जैव ईंधन उत्पादन के लिए शैवाल का उपयोग करना लाभदायक है, लेकिन इसकी प्रसंस्करण लागत बहुत अधिक है। साथ ही, इसकी प्रतिस्पर्धात्मकता भी कम है जो इसके व्यापक व्यावसायीकरण में एक महत्वपूर्ण बाधा है।
- शैवाल के माध्यम से जैव ईंधन उत्पादन उद्योग स्थापित करना और लागत प्रतिस्पर्धात्मकता सुनिश्चित करना एक महत्वपूर्ण कदम है। बड़ी चुनौती.
- के अनुसार जोन्स और मेफील्ड अध्ययन2030 तक कुल ऊर्जा मांग का लगभग 6% जैव ईंधन द्वारा पूरा किया जाएगा।
- कुछ शोधकर्ताओं के अनुसार, जैव ईंधन उत्पादन के लिए सूक्ष्म शैवाल में उच्च मात्रा में लिपिड शामिल होते हैं। नीचे दी गई तालिकाओं में उक्त डेटा दिखाया गया है।
एक शोध के अनुसार, विशालकाय क्लैम सौर ऊर्जा को अधिक कुशल बना सकते हैं ।
जैव ईंधन उत्पादन में शामिल चरण सूक्ष्म शैवाल
इसमें 2 प्रमुख चरण शामिल हैं जिनमें विभिन्न उप-चरण प्रक्रियाएं शामिल हैं।
शैवाल की खेती
शैवाल की वृद्धि 1 से 10 दिनों तक चल सकती है और इससे कई बार फसलें ली जा सकती हैं। ये सूक्ष्मजीव शुष्क और बंजर भूमि पर भी पनप सकते हैं। इसके अलावा, कुछ प्रकार के शैवाल खाद्य फसलों की तुलना में 20 से 30 गुना अधिक ऊंचे हो सकते हैं । यह अध्ययन खुले तालाब में शैवाल की खेती पर चर्चा करता है क्योंकि यह सबसे अधिक प्रचलित विधि है।
खेती के लिए खुला तालाब
शैवाल जैवमास की खेती और कटाई के लिए सही तकनीक का चुनाव करना अत्यंत महत्वपूर्ण है। आर्थिक कारणों से, औद्योगिक स्तर पर खुले तालाब ही एकमात्र विकल्प हैं क्योंकि इनका डिज़ाइन सरल होता है। आमतौर पर, इन्हें तालाब या रेसट्रैक के आकार में विकसित किया जाता है और विसरण के माध्यम से वायुमंडल से CO2 एकत्रित की जाती है । इस प्रणाली को आगे तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया गया है: वृत्ताकार तालाब, रेसवे तालाब और अशांत खुली प्रणाली।
सीमाओं
इस विधि से वाष्पीकरण के कारण पानी की हानि होती है और जैव द्रव्यमान का उत्पादन कम होता है। इसके अलावा, कुछ संवेदनशील शैवाल प्रजातियाँ इस वातावरण में पनपने में असमर्थ होती हैं। खुले तालाब में खेती की विधि केवल उन स्थानों के लिए आदर्श है जहाँ भरपूर धूप और पानी की आसान उपलब्धता हो, विशेषकर तटीय क्षेत्रों में ।
बंद खेती प्रणाली
खुली प्रणाली में संसाधनों की कमी के कारण, बंद प्रणाली वाले पीबीआर (PBR) विकसित किए गए। इसमें पर्यावरण और संवर्धन माध्यमों के बीच कोई सीधा संपर्क नहीं होता है । इसके परिणामस्वरूप शैवाल की खेती और कटाई के लिए अपेक्षाकृत अधिक स्थिर और विश्वसनीय वातावरण प्राप्त होता है।
बंद प्रणाली मूल्यवान उत्पाद और बढ़िया रसायन बनाती है जिनका उपयोग कई अनुप्रयोगों में किया जाता है। बायोफार्मास्युटिकल्स, सौंदर्य प्रसाधन, जैव ईंधन और मानव स्वास्थ्य पूरक उनसे बनाए जाते हैं। फ्लैट-पैनल, वर्टिकल ट्यूब, हॉरिजॉन्टल ट्यूब और स्टिरर्ड टैंक बंद खेती के तरीकों के प्रकार हैं।
सीमाओं
यह प्रणाली थोड़ी महंगी है क्योंकि इसमें प्रक्रिया मापदंड दृष्टिकोण, वायुरोधी क्षमता और द्रव्यमान स्थानांतरण शामिल हैं। बिजली आपूर्ति प्रणालियों को काफी ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जिससे यह प्रणाली अप्रभावी हो जाती है। इसकी सीमाओं के कारण इसका व्यावसायीकरण चुनौतीपूर्ण हो गया है।
शीघ्र सूक्ष्मशैवाल संवर्धन के लिए नैनो-एडिटिव्स दृष्टिकोण
हाल ही में कुछ शोधकर्ताओं ने सूक्ष्म शैवाल संवर्धन के विभिन्न चरणों में नैनो योजकों का प्रयोग किया । उनका उद्देश्य जैवमास और उप-उत्पाद विकास की दक्षता को बढ़ाना था।
- एंजाइमों के साथ लेपित नैनोट्यूब और नैनोफाइबर जैसे नैनोमटेरियल का उपयोग किया जा सकता है। स्थिरीकरण के लिए उपयोग किया जाता हैकार्बन नैनोट्यूब और ग्रेफीन ऑक्साइड जैसी कुछ कार्बन संरचनाओं में एंजाइमों के लिए स्थिरता और गतिविधि प्रदान करने की क्षमता होती है।
- इसके अलावा, नैनोकणों का भी उपयोग किया गया है जैव ईंधन और बायोमास उत्पादन में वृद्धि.
- शोधकर्ताओं के अनुसार, सूक्ष्म शैवाल बायोमास को बढ़ाना संभव है: 20-30% नैनोकण अनुप्रयोग के साथ.
- गैलियम एल्युमिनियम आर्सेनाइड आधारित एल.ई.डी. का उपयोग शैवाल संवर्धन को बढ़ाने के लिए किया गया है, जिससे उच्च बायोमास उत्पादन प्राप्त हुआ है।
- ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग शैवाल संवर्धन के दौरान वृद्धि दक्षता में सुधार के लिए भी किया जाता है और इससे प्रकाश व्यवस्था की लागत में भी बचत होती है।
परिवहन क्षेत्र में जैव ईंधन
जैव ईंधन यहाँ महत्वपूर्ण है क्योंकि यह ईंधन की बढ़ती माँगों को पूरा करने में मदद करता है। वे जीवाश्म ईंधन की तुलना में बेहतर विकल्प हैं और पर्यावरण के लिए भी क्योंकि वे कम कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन करते हैं। यह बदले में जीएचजी उत्सर्जन को कम करता है और जलवायु परिवर्तन के खिलाफ लड़ाई को थोड़ा आसान बनाता है। पुराने शैवाल जमा से पेट्रोल एक सीमित स्रोत है और यह अधिक महंगा होता जा रहा है और संभवतः खत्म हो रहा है।
एक अध्ययन के अनुसार , सूक्ष्म शैवाल मूल्यवान जैव ईंधन स्रोत हैं। सूक्ष्म शैवाल पर्याप्त मात्रा में तटस्थ लिपिड का संचय और संश्लेषण करते हैं, जो लाभकारी है। इसके अलावा, सूक्ष्म शैवाल पूरे वर्ष उत्पादन प्रदान करते हैं और तिलहन फसलों की तुलना में प्रत्येक खेती योग्य क्षेत्र से कुशल तेल उत्पादन सुनिश्चित करते हैं।
एक शोध से पता चला है कि कटलफिश की स्याही से प्राप्त मेलेनिन में टिकाऊ बायोमास संसाधन के रूप में क्षमता है ।
जैव ईंधन उत्पादन में शैवाल का महत्व: विभिन्न अध्ययनों के पहलू
अन्य स्थलीय पौधों की तुलना में सूक्ष्म शैवाल के लाभों को प्रमाणित करने वाले अनेक अध्ययन हुए हैं।
अध्ययन #1
जोन्स और मेफील्ड के अध्ययन से पता चला है कि सूक्ष्म शैवाल का उपयोग विभिन्न प्रकार के जैव ईंधन के उत्पादन के लिए किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, जैवहाइड्रोजन से प्राप्त सूक्ष्म शैवाल तेल से वायवीय पाचन द्वारा मीथेन का उत्पादन।
अध्ययन #2
पिएनकोस और डार्ज़िन्स के सर्वेक्षण में पाया गया कि सूक्ष्म शैवाल, जो एककोशिकीय जीव हैं, को उच्च गति वाली तकनीकों से बढ़ाया जा सकता है और इनसे तेजी से बदलते हुए नए प्रकार उत्पन्न किए जा सकते हैं। इस अध्ययन से सूक्ष्म शैवाल की पर्यावरण-अनुकूलता और आसानी से बढ़ने की संभावना का पता चला। इसके अलावा, सूक्ष्म शैवाल की खेती की प्रक्रिया से अपशिष्ट पदार्थों की मात्रा में कमी आ सकती है।
अध्ययन #3
पिटमैन एट अल. के अध्ययन के अनुसार , सूक्ष्म शैवाल प्रति इकाई क्षेत्रफल और लंबाई में सबसे अधिक जैव द्रव्यमान उत्पन्न कर सकते हैं। यही कारण है कि नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन के लिए इन्हें काफी महत्व दिया जा रहा है। इनमें तेल और स्टार्च की मात्रा अधिक होती है और इन्हें खेती के लिए विशेष कृषि भूमि या जीवित रहने के लिए ताजे पानी की आवश्यकता नहीं होती है। इन्हें कार्बन डाइऑक्साइड और अपशिष्ट जल से आसानी से उगाया जा सकता है।
अध्ययन #4
पाटिल एट अल. के अध्ययन के अनुसार , वृहद शैवाल की तुलना में सूक्ष्म शैवाल को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि वृहद शैवाल कम लचीले होते हैं और केवल एक ही प्रसंस्करण विधि प्रदान करते हैं। जबकि सूक्ष्म शैवाल जैव ईंधन, पशु आहार और उच्च मूल्य वाले जैव-उत्पादों के उत्पादन के लिए कार्बन डाइऑक्साइड और सूर्य के प्रकाश का उपयोग करते हैं। यह उल्लेखनीय है कि वैश्विक कार्बन स्थिरीकरण में सूक्ष्म शैवाल का योगदान 40% से अधिक है, जिसमें समुद्री सूक्ष्म शैवाल की उत्पादकता सबसे अधिक है।
अध्ययन #5
सिंह और ओल्सन द्वारा किए गए एक अन्य अध्ययन के अनुसार, सूक्ष्म शैवाल के बायोमास में शुष्क भार के हिसाब से लगभग 50% कार्बन होता है। शैवाल कम समय में बड़ी मात्रा में बायोमास का उत्पादन कर सकते हैं। इसका कारण यह है कि उनकी शाखाओं, पत्तियों या जड़ों के लिए सेल्यूलोज की आवश्यकता नहीं होती है। इसके अलावा, सूक्ष्म शैवाल से बायोडीजल बनाने के लिए, इनका संग्रह, निष्कर्षण और नैनो उत्प्रेरक में रूपांतरण आसानी से किया जा सकता है, जिससे कुशल बायोडीजल उत्पादन संभव होता है। जबकि वृहद शैवाल में विभिन्न प्रकार के लिपिड, हाइड्रोकार्बन और जटिल तेल पाए जाते हैं, जिससे यह प्रक्रिया जटिल हो जाती है।
यहां ग्लोबल एनर्जी आउटलुक 2024-2050 का सरलीकृत और व्याख्यात्मक संस्करण दिया गया है ।
निष्कर्ष
सूक्ष्म शैवाल की वृद्धि दर अन्य स्थलीय फसलों की तुलना में बेहतर होती है, इनमें वसा की मात्रा अधिक होती है और ये तेजी से प्रजनन करते हैं। यह स्पष्ट है कि कोई एक रणनीति प्रभावी समाधान प्रदान करने में सक्षम नहीं है। इसलिए, ऊर्जा उत्पादन के लिए जैव ईंधन पर निर्भरता सुनिश्चित करने के लिए प्रक्रियाओं के संयोजन की आवश्यकता है । जैव ईंधन प्रसंस्करण और तेल निष्कर्षण में शैवाल की प्रभावशीलता सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है। इससे यह स्पष्ट हो जाता है कि अपशिष्ट जल और समुद्री जल में पाए जाने वाले सूक्ष्म शैवाल से प्राप्त कम कार्बन वाले ईंधन अगला सर्वोत्तम स्थायी समाधान हो सकते हैं।
