नवीकरणीय ऊर्जा की एक बड़ी कमजोरी को दूर करने की कोशिश
सूरज ढलते ही सौर पैनल बिजली बनाना बंद कर देते हैं। हवा थमने पर पवन टर्बाइन रुक जाते हैं। लंबे सूखे के दौरान जलविद्युत बांधों का उत्पादन भी घट जाता है। नवीकरणीय ऊर्जा क्रांति दशकों से ऐसे स्वच्छ ऊर्जा स्रोत की तलाश में है, जो मौसम का पूर्वानुमान देखे बिना लगातार, घंटे-दर-घंटे बिजली दे सके। अगस्त 2025 में जापान के दक्षिणी तट पर एक छोटी सुविधा ने ठीक यही करना शुरू किया: मीठे पानी और खारे पानी के बीच रासायनिक अंतर से बिजली पैदा करना। फुकुओका स्थित उमिनोनाकामिची नाता समुद्री जल विलवणीकरण केंद्र के भीतर बना यह संयंत्र एशिया की पहली चालू परासरण ऊर्जा सुविधा है। 2023 में खुली डेनमार्क की एक इकाई के बाद, यह दुनिया का इस तरह का दूसरा निरंतर वाणिज्यिक संयंत्र है। अधिकांश जीवाश्म ईंधन आयात करने वाले और कार्बन उत्सर्जन घटाने के बढ़ते दबाव का सामना कर रहे जापान के लिए, इसका शुरू होना किसी स्थानीय प्रयोग से कहीं अधिक है। यह इस बात की वास्तविक परीक्षा है कि क्या जापान को घेरने वाले महासागर स्थिर, निरंतर स्वच्छ बिजली का स्रोत बन सकते हैं।
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मामिज़ूपिया के नाम से भी जानी जाने वाली इस सुविधा का संचालन 5 अगस्त, 2025 को उद्घाटन समारोह के साथ आधिकारिक तौर पर शुरू हुआ। पारंपरिक बिजलीघरों के विपरीत, इसमें कोई ईंधन नहीं जलता और कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जित नहीं होती। एक टर्बाइन को छोड़ दें, तो इसमें चलने वाले पुर्जे लगभग नहीं हैं। सबसे अहम बात यह है कि यह धूप, हवा की रफ्तार या मौसमी बारिश पर निर्भर नहीं है। यह संयंत्र प्रेशर रिटार्डेड ऑस्मोसिस नामक सिद्धांत पर चलता है, जिसे आम तौर पर PRO कहा जाता है। इसमें पानी की नमक सांद्रता को संतुलित करने की प्राकृतिक प्रवृत्ति से उपयोगी ऊर्जा निकाली जाती है। शहर में पहले से पैदा होने वाली दो अपशिष्ट धाराओं को मिलाकर यह प्रणाली सालाना लगभग 880000 किलोवाट-घंटे बिजली बनाती है: विलवणीकरण से बचा सघन खारा पानी और मलजल उपचार संयंत्र से मिला उपचारित अपशिष्ट जल। यह उत्पादन विलवणीकरण केंद्र की बिजली जरूरतों का एक उल्लेखनीय हिस्सा पूरा करने के साथ, जापान के 220 से 300 औसत घरों की खपत के बराबर बिजली देता है। संचालकों के मुताबिक, इसकी उपयोग दर लगभग 90 प्रतिशत है। इतनी निरंतरता सौर और पवन संयंत्र महंगे बैटरी बैकअप के बिना हासिल नहीं कर सकते।
नीली ऊर्जा के पीछे का शांत विज्ञान
फुकुओका संयंत्र के काम करने का तरीका समझने के लिए एक बुनियादी जैविक प्रक्रिया याद करना मददगार है। परासरण वही बल है, जो पेड़ की जड़ों को मिट्टी से पानी खींचने देता है और तरल पदार्थों से घिरी मानव कोशिकाओं को सिकुड़ने से बचाता है। जब अलग-अलग नमक सांद्रता वाले दो घोल एक अर्धपारगम्य झिल्ली के दोनों ओर होते हैं, तो सांद्रता बराबर करने की कोशिश में पानी के अणु स्वाभाविक रूप से कम खारे हिस्से से अधिक खारे हिस्से की ओर जाते हैं। नमक के आयन झिल्ली से गुजरने के लिए बहुत बड़े होते हैं, इसलिए केवल पानी ही आगे बढ़ता है। सीलबंद दबाव कक्ष के भीतर यह प्रवाह खारे हिस्से का आयतन और दबाव, दोनों बढ़ा देता है। इंजीनियर इस दबाव को पकड़कर टर्बाइन तक पहुंचाते हैं, जिससे बिजली जनरेटर घूमता है। नतीजा है, पानी के दो स्रोतों के बीच रासायनिक अंतर से पैदा हुई बिजली।
फुकुओका में इस्तेमाल होने वाली प्रणाली इसका एक रूप है, जिसे प्रेशर रिटार्डेड ऑस्मोसिस कहा जाता है। समुद्री जल और मीठे पानी वाले सामान्य PRO सिस्टम में रसायन विज्ञान लगभग 26 बार के दबाव अंतर पर सबसे अच्छा काम करता है। यह करीब 270 मीटर ऊंचे पानी के स्तंभ के तल पर महसूस होने वाले बल के बराबर है। फुकुओका की इकाई मानक मॉडल में सुधार करती है: इसमें खारे हिस्से में साधारण समुद्री जल के बजाय विलवणीकरण के बाद बचा सघन खारा पानी भेजा जाता है। मीठे पानी वाले हिस्से में पास के मलजल उपचार केंद्र से पाइप के जरिए लाया गया उपचारित अपशिष्ट जल इस्तेमाल होता है। मेलबर्न विश्वविद्यालय की रासायनिक इंजीनियर सैंड्रा केंटिश ने बताया कि इस संयोजन से लवणता का अंतर बढ़ता है और मानक समुद्री जल व्यवस्था की तुलना में प्रक्रिया से अधिक ऊर्जा निकाली जा सकती है। सिडनी प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय में वैकल्पिक जल स्रोतों के विशेषज्ञ डॉ. अली अल्ताई ने कहा कि इन दोनों धाराओं को पहले भी समुद्र में छोड़े जाने से पहले मिलाया जाता था। इसलिए इनके बीच झिल्ली और टर्बाइन लगाने से ऐसी ऊर्जा हासिल होती है, जो अन्यथा समुद्र में बिखर जाती।
तटीय समस्या का चक्रीय समाधान
फुकुओका पानी के संकट से जूझने वाला कोई स्पष्ट महानगर नहीं लगता, लेकिन भूगोल ने इस क्षेत्र को सावधानी से योजना बनाने पर मजबूर किया है। बड़े महानगरीय क्षेत्र में करीब 2.6 million लोग रहते हैं और आसपास कोई बड़ी नदी नहीं है। इस कारण बारिश पीने के पानी का भरोसेमंद एकमात्र स्रोत नहीं हो सकती। 2005 से उमिनोनाकामिची नाता समुद्री जल विलवणीकरण केंद्र स्थानीय जलापूर्ति को स्थिर बनाए हुए है। यहां रोजाना करीब 50000 घन मीटर समुद्री जल को मीठे पानी में बदला जाता है। जीवन के लिए जरूरी यह प्रक्रिया एक मुश्किल उप-उत्पाद भी पैदा करती है। करीब 8 प्रतिशत तक नमक वाला सघन खारा पानी स्थानीय समुद्री पारिस्थितिकी तंत्र को नुकसान से बचाने के लिए सावधानी से निपटाना पड़ता है।
परासरण ऊर्जा संयंत्र इस अपशिष्ट को संसाधन के रूप में देखता है। खारे पानी को पतला करके समुद्र में छोड़ने की जरूरत वाले पर्यावरणीय बोझ के रूप में देखने के बजाय, संचालक अब उसे झिल्ली मॉड्यूल से उपचारित अपशिष्ट जल के विपरीत दिशा में प्रवाहित करते हैं। झिल्ली से गुजरता मीठा पानी खारे हिस्से में दबाव बढ़ाता है, टर्बाइन चलाता है और अंततः ऐसा पतला पानी बनाता है, जिसे पर्यावरण पर कम असर के साथ छोड़ा जा सकता है। इस तरह संयंत्र निपटान की दो समस्याओं को बिजली की एक धारा में बदल देता है। उत्पादित बिजली वापस विलवणीकरण केंद्र में जाती है, जिससे संचालन लागत घटती है और पारंपरिक बिजली ग्रिड से बिजली लेने की जरूरत कम होती है। समुद्री जल विलवणीकरण केंद्र के प्रमुख केंजी हिरोकावा ने इस परियोजना को तैयार समाधान के बजाय एक मामूली पहला कदम बताया है। यह आकलन उस तकनीक के लिए ठीक बैठता है, जो वाणिज्यिक स्तर पर अब भी अपनी क्षमता साबित कर रही है, लेकिन इससे बड़ी महत्वाकांक्षा भी झलकती है। दुनिया भर के तटीय शहरों को बढ़ती ऊर्जा मांग और खारे पानी के निपटान की एक जैसी दोहरी चुनौती का सामना करना पड़ता है। फुकुओका का उदाहरण दिखाता है कि दोनों समस्याओं से एक साथ कैसे निपटा जा सकता है।
एक दशक के असफल प्रयासों से सबक
लवणता के अंतर से बिजली हासिल करने का विचार नया नहीं है। एक अमेरिकी शोधकर्ता ने 1976 में जर्नल ऑफ मेम्ब्रेन साइंस में पहली बार यह अवधारणा पेश की थी। तीन दशकों से अधिक समय तक इस विचार पर बहुत कम काम हुआ, जब तक नॉर्वे की बिजली कंपनी स्टैटक्राफ्ट ने ठोस उपकरण बनाने शुरू नहीं किए। नवंबर 2009 में स्टैटक्राफ्ट ने तोफ्टे में ओस्लो फ्योर्ड के किनारे पहला PRO प्रोटोटाइप खोला। इसका लक्ष्य दिखाना था कि परासरण ऊर्जा वास्तविक बाजारों में प्रतिस्पर्धा कर सकती है। संयंत्र की डिजाइन क्षमता 10 किलोवाट रखी गई थी, लेकिन व्यवहार में यह केवल 2 से 4 किलोवाट बना पाया। जनवरी 2014 तक स्टैटक्राफ्ट ने परियोजना बंद कर दी और घोषणा की कि वाणिज्यिक रूप से व्यवहार्य होने के लिए झिल्ली की दक्षता बहुत कम थी।
नॉर्वे की विफलता प्रयोगशाला के रसायन विज्ञान और औद्योगिक अर्थशास्त्र के बीच की खाई को लेकर एक चेतावनी बन गई। झिल्ली की प्रति इकाई क्षेत्र बिजली उत्पादन क्षमता सबसे अहम पैमाना साबित हुई। अकादमिक शोधपत्रों के मुताबिक, आर्थिक व्यवहार्यता के करीब पहुंचने के लिए परासरण प्रणालियों को प्रति वर्ग मीटर झिल्ली पर लगभग 5 वाट बिजली देनी होगी। तोफ्टे की इकाई केवल 1 से 3 वाट प्रति वर्ग मीटर तक पहुंची। झिल्लियां बहुत महंगी थीं, उन पर बहुत जल्दी गंदगी जम जाती थी और पानी का प्रवाह इतना कम था कि उसे बढ़ाने के लिए जरूरी पंपिंग ऊर्जा का खर्च उचित नहीं ठहरता था। अगले दशक में यह तकनीक परीक्षण परियोजनाओं और अकादमिक शोधपत्रों तक सीमित रही, जबकि सौर और पवन ऊर्जा की लागत तेजी से गिरती गई।
फुकुओका संयंत्र सामग्री में बड़ी खोज का इंतजार करने के बजाय, उपयुक्त स्थान चुनकर इस जाल से बचने की कोशिश करता है। यह सुविधा पहले से ही अत्यधिक खारा पानी बनाती है और इसे उपचारित मलजल भी मिलता है। इसलिए यहां लवणता का अंतर सामान्य समुद्री जल और मीठे पानी के संयोजन से कहीं अधिक है। इस बड़े अंतर के कारण मौजूदा झिल्ली तकनीक, अपनी कमियों के बावजूद, संयंत्र को उपयोगी बनाने लायक शुद्ध ऊर्जा निकाल सकती है। इस क्षेत्र के विशेषज्ञ अकिहिको तानिओका ने इस उपलब्धि और इसकी व्यापक संभावनाओं की सराहना की।
यह सफल क्रियान्वयन एक बड़ी उपलब्धि है। मुझे उम्मीद है कि इसे दुनिया भर में दोहराया जाएगा।
डेनमार्क की कंपनी सॉल्टपावर 2023 में मारिआगर स्थित अपने निरंतर वाणिज्यिक संयंत्र से यह साबित कर चुकी थी कि यह अवधारणा काम कर सकती है। अब जापान की बड़ी इकाई एशिया में एक नया उदाहरण जोड़ती है और दिखाती है कि PRO को मौजूदा नगरपालिका जल बुनियादी ढांचे के साथ जोड़ा जा सकता है।
कम उत्पादन, लेकिन स्थिर मूल्य
बड़े बिजली ग्रिड के मानकों पर फुकुओका का परासरण संयंत्र बहुत छोटा है। इसका औसत निरंतर उत्पादन करीब 100 किलोवाट है, जो अपतटीय पवन फार्मों या गैस संयंत्रों से पैदा होने वाली सैकड़ों मेगावाट बिजली के सामने नगण्य है। लगभग 4.38 million डॉलर की परियोजना लागत भी दिखाती है कि यह ऊर्जा अभी सस्ती नहीं है। यहां बनी लगभग सारी बिजली विलवणीकरण केंद्र चलाने में ही लगती है। इस लिहाज से यह सुविधा शहरों को बिजली देने वाले स्वतंत्र जनरेटर की बजाय ऊर्जा वापस पाने वाले चक्र की तरह काम करती है।
लेकिन महत्व का पैमाना सिर्फ आकार नहीं है। संयंत्र की कमी उसकी पूर्वानुमेयता से पूरी होती है। 90 प्रतिशत उपयोग दर का मतलब है कि यह तूफानों, शांत रातों और बादलों से भरी सर्दियों में भी बिजली बनाता है। सौर पैनलों से ढके दो फुटबॉल मैदान कागज पर सालाना इतना ही उत्पादन कर सकते हैं, लेकिन बादल, रात और मौसम के साथ बदलता सूरज का कोण उस सैद्धांतिक कुल को अस्थिर उत्पादन में बदल देते हैं। ग्रिड संचालकों को इन उतार-चढ़ावों का संतुलन अतिरिक्त चालू बिजली क्षमता या बैटरी भंडार से करना पड़ता है। इसके विपरीत, परासरण ऊर्जा बिजली उत्पादन का एक स्थिर स्तर देती है, जिसकी उपयोगिताएं भरोसे के साथ योजना बना सकती हैं।
इसका विन्यास आर्थिक दृष्टि से भी उचित है। केमिकल इंजीनियरिंग साइंस में 2024 में प्रकाशित एक अध्ययन में लवणता के अंतर से टिकाऊ बिजली उत्पादन को आगे बढ़ाने वाले नए झिल्ली संशोधनों का वर्णन किया गया। वहीं फ्रंटियर्स इन एनर्जी रिसर्च में प्रकाशित PRO के तकनीकी-आर्थिक विश्लेषण ने पुष्टि की कि PRO को विलवणीकरण संयंत्रों के साथ जोड़ना इस तकनीक के अधिक व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य रास्तों में से एक है। वजह सरल है: खारे पानी की धारा बिना अतिरिक्त लागत के पहले से बन रही है और अपशिष्ट जल की धारा पहले से बह रही है। संयंत्र को ईंधन खरीदने या निर्जन क्षेत्रों में पाइपलाइन बिछाने की जरूरत नहीं है। यह बस पानी के मौजूदा उपयोग चक्र में जुड़ जाता है।
बेहतर झिल्लियों की वैश्विक दौड़
फुकुओका को लेकर आशावाद के बावजूद, परासरण ऊर्जा उद्योग के सामने अब भी सामग्री से जुड़ी चुनौती है। अंतरराष्ट्रीय नवीकरणीय ऊर्जा एजेंसी का अनुमान है कि लवणता के अंतर से बिजली बनाने की वैश्विक तकनीकी क्षमता 647 गीगावाट और सालाना 5177 टेरावाट-घंटे तक पहुंच सकती है, हालांकि भौगोलिक और इंजीनियरिंग सीमाओं के कारण व्यावहारिक क्षमता इससे काफी कम होगी। इस संभावना को साकार करने के लिए झिल्लियों को सस्ता, अधिक टिकाऊ और उन पर गंदगी जमने से कम प्रभावित होने वाला बनाना होगा। IRENA ने झिल्ली की लागत को बड़ी बाधा बताया है। शोधकर्ता ऐसे पदार्थों की तलाश जारी रखे हुए हैं, जो पानी का प्रवाह तेज करें और जैविक पदार्थों व खनिजों के जमाव का प्रतिरोध भी कर सकें।
जापान के पास इस शोध में आगे रहने का व्यावसायिक प्रोत्साहन है। जापानी सरकार के मुताबिक, देश की कंपनियों के पास वैश्विक विलवणीकरण झिल्ली बाजार का लगभग 60 प्रतिशत हिस्सा पहले से है। परासरण ऊर्जा की झिल्लियों में सुधार से इस औद्योगिक बढ़त को मजबूती मिल सकती है और निर्यात के नए बाजार खुल सकते हैं। फुकुओका संयंत्र के लिए झिल्लियां और टर्बाइन पैकेज देने वाली इंजीनियरिंग कंपनी क्योवाकिडेन इंडस्ट्री ने कहा है कि कई वर्षों की परीक्षण अवधि में पायलट संयंत्र का प्रदर्शन अच्छा रहा, तो वह इससे पांच से दस गुना बड़े संयंत्र बनाना चाहती है। इसके संभावित ग्राहक वे क्षेत्र होंगे जो पहले से विलवणीकरण पर निर्भर हैं, खासकर मध्य पूर्व, जहां कुछ संयंत्र रोजाना 900000 घन मीटर से अधिक मीठा पानी बना सकते हैं।
दुनिया भर में पायलट परियोजनाएं सामने आ रही हैं। नॉर्वे, दक्षिण कोरिया, ऑस्ट्रेलिया, स्पेन और कतर में प्रोटोटाइप और प्रदर्शन परियोजनाएं शुरू हुई हैं। डॉ. अल्ताई ने बताया कि सिडनी प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय का अपना प्रोटोटाइप भी है, जिसे सरकारी वित्तपोषण मिलने पर फिर शुरू किया जा सकता है। इसमें संसाधन के रूप में न्यू साउथ वेल्स की नमक झीलों का इस्तेमाल होगा। प्रभाव डालने के लिए फुकुओका संयंत्र का बहुत बड़ा होना जरूरी नहीं है। उसे यह साबित करना है कि झिल्लियां, पंप और लागत का हिसाब इतने लंबे समय तक लगातार संचालन झेल सकते हैं कि बड़े निवेश को आकर्षित किया जा सके। ऐसा हुआ, तो विलवणीकरण ढांचे वाले तटीय शहरों को स्थिर, निरंतर स्वच्छ ऊर्जा का एक अप्रत्याशित स्रोत मिल सकता है।
क्या जानना चाहिए
- जापान का पहला परासरण ऊर्जा संयंत्र 5 अगस्त, 2025 को फुकुओका स्थित उमिनोनाकामिची नाता समुद्री जल विलवणीकरण केंद्र में चालू हुआ। यह एशिया की इस तरह की पहली सुविधा और 2023 में डेनमार्क में संयंत्र खुलने के बाद दुनिया का दूसरा निरंतर वाणिज्यिक संयंत्र है।
- संयंत्र प्रेशर रिटार्डेड ऑस्मोसिस के जरिए विलवणीकरण से बचे सघन खारे पानी और उपचारित अपशिष्ट जल के बीच लवणता के अंतर का उपयोग कर सालाना लगभग 880000 किलोवाट-घंटे बिजली बनाता है।
- करीब 90 प्रतिशत उपयोग दर के साथ यह सुविधा मौसम या दिन के समय की परवाह किए बिना लगातार बिजली बनाती है। भंडारण के बिना सौर और पवन ऊर्जा इतनी विश्वसनीय आपूर्ति नहीं कर सकते।
- यह परियोजना पहले से मौजूद दो अपशिष्ट धाराओं का पुनर्चक्रण करती है। इससे खारे पानी के निपटान का पर्यावरणीय असर घटता है और विलवणीकरण संयंत्र की ऊर्जा खपत का एक हिस्सा पूरा होता है।
- झिल्ली तकनीक अब भी सबसे बड़ी चुनौती है। नॉर्वे के प्रोटोटाइप सहित पहले के प्रयास 2014 में बंद हो गए थे, क्योंकि झिल्ली की दक्षता लागत को उचित ठहराने के लिए बहुत कम थी।
- जापान की कंपनियों के पास वैश्विक विलवणीकरण झिल्ली बाजार का लगभग 60 प्रतिशत हिस्सा है। इससे देश के पास परासरण ऊर्जा को बड़े पैमाने पर विकसित करने की औद्योगिक प्रेरणा और तकनीकी विशेषज्ञता, दोनों हैं।
- पायलट परियोजना सफल रही, तो इंजीनियर इससे पांच से दस गुना बड़े संयंत्र बनाने का लक्ष्य रखते हैं। मध्य पूर्व जैसे बड़े विलवणीकरण क्षेत्र विस्तार के सबसे संभावित बाजार हैं।
