यह ब्लॉग पोस्ट सौर, पवन और भूतापीय ऊर्जा जैसे विभिन्न नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों के सिद्धांतों और संभावनाओं को सरल भाषा में समझाता है।
हाल ही में दुनिया भर में लगातार हो रही चरम मौसम की घटनाओं के साथ, पर्यावरणीय मुद्दों में रुचि पहले से कहीं अधिक बढ़ गई है। विशेष रूप से, कोयला, जिसकी तापीय क्षमता उत्कृष्ट है, लेकिन उच्च कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन के कारण पर्यावरण प्रदूषण का कारण बनता है, लंबे समय से धीरे-धीरे समाप्त होने की कगार पर है। परिणामस्वरूप, नवीकरणीय ऊर्जा, जो पारंपरिक संसाधनों की तुलना में पर्यावरण पर काफी कम बोझ डालती है, पर अनुसंधान और विकास सक्रिय रूप से चल रहा है। कोरिया में, कोरिया हाइड्रो एंड न्यूक्लियर पावर और कोरिया फोटोवोल्टिक इंडस्ट्री एसोसिएशन जैसे विभिन्न संस्थान नवीकरणीय ऊर्जा प्रौद्योगिकियों के विकास को गति दे रहे हैं। परिचित सौर और पवन ऊर्जा के अलावा, आइए जानें कि नवीकरणीय ऊर्जा के अंतर्गत कौन से अन्य संसाधन आते हैं, उनकी संबंधित विशेषताएँ और उनकी भविष्य की क्षमताएँ क्या हैं।
हालांकि नवीकरणीय ऊर्जा से अक्सर केवल सौर तापीय ऊर्जा ही ध्यान में आती है, लेकिन इसका दायरा जितना हम सोचते हैं, उससे कहीं अधिक व्यापक है। सबसे पहले, सौर तापीय ऊर्जा सूर्य के प्रकाश द्वारा प्रदान की गई ऊष्मा का सीधे उपयोग करती है। इसका अर्थ है, बिना किसी अलग विद्युत रूपांतरण प्रक्रिया से गुज़रे, हीटिंग, गर्म पानी की आपूर्ति, खाना पकाने आदि के लिए ऊष्मा का ही उपयोग करना। उदाहरणों में, घर की खिड़कियों से सीधे सूर्य के प्रकाश का उपयोग दिन के उजाले के लिए या गर्म पानी या हीटिंग के लिए पानी गर्म करने के लिए सूर्य के प्रकाश का उपयोग करना शामिल है। संयुक्त राज्य अमेरिका जैसे विशाल भूभाग वाले देशों में, ऐसे तरीके भी अपनाए जाते हैं जिनमें टावरों में बिजली उत्पन्न करने के लिए सौर ऊष्मा को बड़े क्षेत्रों में केंद्रित किया जाता है। सौर तापीय ऊर्जा में विचार करने योग्य सबसे महत्वपूर्ण कारक 'सौर विकिरण' है। सौर विकिरण किसी क्षेत्र के अक्षांश, जलवायु और धूप के घंटों से प्रभावित होता है। सौर संग्राहकों या फोटोवोल्टिक मॉड्यूल के कोण को समायोजित करके, सौर विकिरण ऊर्जा की अधिकतम मात्रा प्राप्त की जा सकती है। आमतौर पर, वसंत और शरद ऋतु में क्षेत्र के अक्षांश के अनुसार झुकाव को संरेखित करना, गर्मियों में कोण को कम करना और सर्दियों में इसे और बढ़ाना प्रभावी होता है।
सौर ऊर्जा के उपयोग का इतिहास बहुत पुराना है। इसका एक प्रसिद्ध उदाहरण 212 ईसा पूर्व में प्राचीन यूनान के आर्किमिडीज़ का इतिहास है, जिन्होंने सूर्य के प्रकाश को केंद्रित करने और रोमन जहाजों में आग लगाने के लिए दर्पणों का उपयोग किया था। बाद में, 1700 के दशक के अंत में, फ्रांसीसी वैज्ञानिक लावोज़ियर ने सौर ऊर्जा का उपयोग 1700 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान उत्पन्न करने के लिए किया, जिससे इसके व्यावहारिक अनुप्रयोग की क्षमता में उल्लेखनीय वृद्धि हुई। आधुनिक आवासीय डिज़ाइन भी भवन की दिशा, खिड़कियों की स्थिति और काँच के प्रकारों को ध्यान में रखकर प्राकृतिक प्रकाश को अधिकतम करता है। तापीय भंडारण इकाइयों, गर्म पानी के भंडारण टैंकों और संलग्न ग्रीनहाउसों के उपयोग के माध्यम से कुशल ऊर्जा उपयोग संभव होता है।
सौर फोटोवोल्टिक ऊर्जा सूर्य के भीतर हाइड्रोजन के हीलियम में परिवर्तित होने से उत्पन्न प्रकाश ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करती है, जिसका उपयोग किया जा सकता है। यह मुख्य रूप से सौर कोशिकाओं के उपयोग से प्राप्त होता है, जिन्हें सामूहिक रूप से फोटोवोल्टिक (पीवी) ऊर्जा कहा जाता है। कई प्रकार की सौर कोशिकाएं मौजूद हैं, जिनमें सिलिकॉन-आधारित कोशिकाएं सबसे अधिक उपयोग की जाती हैं। सिलिकॉन पृथ्वी की परत में प्रचुर मात्रा में पाया जाता है, जिससे यह आसानी से उपलब्ध हो जाता है, हालांकि इसकी शुद्धता 99.9999% या उससे अधिक होनी चाहिए। उच्च शुद्धता वाला मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन 'चोक्रालस्की विधि' का उपयोग करके उत्पादित किया जाता है। इस प्रक्रिया में पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन को पिघलाना, अशुद्धियों को दूर करना और सिलिकॉन के बीज क्रिस्टल को धीरे-धीरे ऊपर खींचकर उसे मोनोक्रिस्टलाइन रूप में विकसित करना शामिल है।
मोनोक्रिस्टलाइन सौर सेल उच्च दक्षता प्रदान करते हैं, लेकिन इनकी निर्माण लागत अधिक होती है। इसके विपरीत, पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन सेल की दक्षता थोड़ी कम होती है, लेकिन इनमें कटिंग लॉस कम होता है और आर्थिक लाभ भी अधिक होते हैं। इसके अतिरिक्त, गैलियम आर्सेनाइड और इंडियम फॉस्फाइड आधारित सौर सेल भी उपलब्ध हैं, जो उच्च दक्षता और उच्च तापमान व विकिरण के प्रति प्रतिरोधकता का दावा करते हैं। वर्तमान तकनीक के साथ, विभिन्न हानि कारकों (सतह परावर्तन, श्रेणी प्रतिरोध, अतिरिक्त फोटॉन ऊर्जा, आदि) के कारण मोनोक्रिस्टलाइन सौर सेल के लिए 25% से अधिक दक्षता प्राप्त करना कठिन है।
सौर सेल 'सेल' नामक मूलभूत इकाइयों से बने होते हैं। एक 'मॉड्यूल' में श्रेणीक्रम में जुड़े 36 सेल होते हैं। वोल्टेज बढ़ाने के लिए कई मॉड्यूल को श्रेणीक्रम में जोड़ने से एक 'स्ट्रिंग' बनती है। एक 'ऐरे' कई स्ट्रिंग्स का एक संग्रह होता है। सौर ऊर्जा प्रणाली स्थापित करते समय, विभिन्न कारकों पर विचार किया जाना चाहिए, जिनमें छाया के कारण कम बिजली उत्पादन, सर्दियों में बर्फबारी, ऊष्मा अपव्यय संबंधी समस्याएँ और बैटरी का जीवनकाल शामिल हैं। हालाँकि सौर ऊर्जा उत्पादन पर्यावरण की दृष्टि से अत्यधिक लाभदायक है क्योंकि यह उत्पादन प्रक्रिया के दौरान प्रदूषक उत्सर्जित नहीं करता है, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि कभी-कभी उच्च तापमान वाले तापन के लिए ऊर्जा की खपत आवश्यक होती है।
पवन ऊर्जा, हवा की शक्ति का उपयोग करती है, और इसका विकास डच पवनचक्कियों जैसी प्राचीन तकनीकों से लेकर आधुनिक पवन टर्बाइनों तक हुआ है। पवन ऊर्जा उत्पादन स्थान और समय के प्रति विशेष रूप से संवेदनशील होता है, क्योंकि उत्पादन में काफी उतार-चढ़ाव होता है, जिससे स्थल की स्थितियाँ अत्यंत महत्वपूर्ण हो जाती हैं। पवन टर्बाइनों को उनके ब्लेडों की हवा की दिशा के सापेक्ष स्थिति के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है: 'अपविंड' (सामने के ब्लेड) और 'डाउनविंड' (पीछे के ब्लेड)। अपविंड टर्बाइनों को स्वयं को संरेखित करने में कठिनाई होती है, जिसके लिए अलग ड्राइव तंत्र या टेल ब्लेड की आवश्यकता होती है। इसके विपरीत, डाउनविंड टर्बाइन स्वाभाविक रूप से दिशा समायोजित कर सकते हैं, लेकिन हवा के प्रवाह में उनकी अस्थिरता एक कमी है।
पवन टरबाइन संचालन विधियों को मोटे तौर पर दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है: उत्पादन दक्षता बढ़ाने के लिए एक स्थिर टिप गति अनुपात बनाए रखना, और एक निश्चित आवृत्ति पर बिजली उत्पन्न करने के लिए ब्लेड घूर्णन गति को समायोजित करना। पवन टरबाइन अपने घूर्णनशील ड्राइव घटकों के कारण स्वाभाविक रूप से एक निश्चित स्तर का शोर उत्पन्न करते हैं, लेकिन गियरलेस डिज़ाइन जैसे तकनीकी अनुसंधान इस समस्या का समाधान करने के लिए प्रयासरत हैं।
भूतापीय ऊर्जा पृथ्वी के आंतरिक भाग से ऊष्मा का उपयोग करती है, जो रेडियोधर्मी आइसोटोप के क्षय या मेंटल से निकलने वाली ऊष्मा से उत्पन्न होती है। औसत भूतापीय प्रवणता लगभग 25-30 डिग्री सेल्सियस प्रति किलोमीटर होती है, लेकिन दक्षिण कोरिया के पोहांग जैसे सक्रिय भूतापीय विकास वाले क्षेत्रों में यह 100 डिग्री सेल्सियस प्रति किलोमीटर तक पहुंच सकती है। भूतापीय ऊर्जा मौसम या मौसमी परिवर्तनों से काफी हद तक अप्रभावित रहती है, जिससे 24 घंटे स्थिर ऊर्जा आपूर्ति का महत्वपूर्ण लाभ मिलता है। सबसे आम विधि में बोरहोल के माध्यम से ठंडे पानी को भूमिगत रूप से इंजेक्ट करना और तापन अनुप्रयोगों के लिए गर्म पानी निकालना शामिल है। उच्च तापमान वाले भूतापीय प्रणालियों और प्राकृतिक भूतापीय तापमान का उपयोग करने वाली विधियों के अलावा, उन्नत भूतापीय प्रणालियों (ईजीएस) पर शोध चल रहा है, जो एक गहरी भूतापीय विकास विधि है। हालांकि, यह तकनीक अभी भी महंगी है। इसके अलावा, एक व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली विधि में इमारतों में भूमिगत पाइप बिछाना शामिल है ताकि गर्मियों में शीतलन और सर्दियों में तापन के लिए भूतापीय ऊर्जा का उपयोग किया जा सके।
बिजली उत्पादन के लिए भूतापीय ऊर्जा का उपयोग करते समय, प्रणालियों को प्रयुक्त ऊष्मा स्थानांतरण माध्यम के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है, जैसे शुष्क भाप, एकल-फ्लैश, द्वि-फ्लैश, या द्वि-चक्र विद्युत उत्पादन। ये प्रणालियाँ पारंपरिक जीवाश्म ईंधन पर निर्भर हुए बिना स्थिर ऊर्जा आपूर्ति प्रदान करने की अपनी क्षमता के कारण ध्यान आकर्षित कर रही हैं।
जैव ऊर्जा वह ऊर्जा है जो पौधों और जानवरों से प्राप्त कार्बनिक पदार्थों या उप-उत्पादों से प्राप्त होती है, जिसके प्रमुख उदाहरणों में बायोडीजल, बायोमीथेन और बायोएथेनॉल शामिल हैं। इसमें लैंडफिल से उत्पन्न गैस को ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग करना भी शामिल है। जैव ईंधन का उत्पादन ऊष्मा रासायनिक रूपांतरण (कार्बन मोनोऑक्साइड और हाइड्रोजन को मिलाकर अन्य हाइड्रोकार्बन बनाना) या किण्वन विधियों (खमीर का उपयोग करके शर्करा को एथेनॉल में परिवर्तित करना) द्वारा किया जाता है। परिवहन ईंधन के व्यावहारिक विकल्प के रूप में ऐसी जैव ऊर्जा विशेष रूप से लोकप्रियता हासिल कर रही है।
अमेरिकी आर्थिक रुझान संस्थान के अध्यक्ष जेरेमी रिफकिन ने 2014 में एनर्जी ग्रैंड फोरम में अपने मुख्य भाषण में भविष्यवाणी की थी कि "नवीकरणीय ऊर्जा प्रौद्योगिकियों के विकास के साथ, अगले कुछ दशकों में बिजली उत्पादन की सीमांत लागत शून्य के करीब पहुंच जाएगी।" अपनी पुस्तक 'द ज़ीरो मार्जिनल कॉस्ट सोसाइटी' में उन्होंने भविष्यवाणी की थी कि इंटरनेट ऑफ थिंग्स (आईओटी) के विकास से संचार, परिवहन और ऊर्जा एक ही नेटवर्क में जुड़ जाएंगे, जिससे एक नई आर्थिक संरचना का जन्म होगा जहां ऊर्जा और वस्तुओं की उत्पादन लागत बेहद कम हो जाएगी। नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन की लागत, जो 1970 के दशक में 68 डॉलर प्रति वाट तक पहुंच गई थी, अब घटकर 60 सेंट रह गई है। ऐसा प्रतीत होता है कि 'ऊर्जा साझाकरण युग' आ रहा है, जहां कोई भी सीधे ऊर्जा का उत्पादन कर सकता है और अतिरिक्त बिजली दूसरों के साथ साझा कर सकता है।
नवीकरणीय ऊर्जा की अस्थिरता को दूर करने के लिए तकनीकी विकास भी सक्रिय रूप से चल रहा है। उदाहरण के लिए, एलजी केम की ऊर्जा भंडारण प्रणाली (ईएसएस) को एलजी सीएनएस की नवीकरणीय ऊर्जा संयंत्र प्रणाली, 'माइक्रोग्रिड समाधान' में लागू किया गया है। इससे सौर ऊर्जा से उत्पन्न बिजली को अधिकतम मांग के दौरान संग्रहीत और आपूर्ति की जा सकती है। यह पारंपरिक 'उत्पादन-उपभोग' ऊर्जा संरचना को 'उत्पादन-भंडारण-उपभोग' मॉडल में बदल देता है, जिससे नवीकरणीय ऊर्जा में निहित उत्पादन में उतार-चढ़ाव की भरपाई होती है। विशेष रूप से, चूँकि नवीकरणीय ऊर्जा का हिस्सा कुल बिजली उत्पादन में 10% से अधिक है, इसलिए ग्रिड अस्थिरता एक समस्या बन सकती है; ईएसएस को इस चुनौती से निपटने के लिए एक प्रमुख तकनीक के रूप में मान्यता प्राप्त है।
अपने भविष्य की तैयारी के लिए, हमें सौर तापीय, सौर फोटोवोल्टिक, पवन, भूतापीय और जैव ऊर्जा जैसे संसाधनों की गहन समझ की आवश्यकता है—जिनमें पर्यावरण प्रदूषण की कम चिंता और उच्च तापीय दक्षता क्षमता हो। नवीकरणीय ऊर्जा एक महत्वपूर्ण कुंजी बन जाएगी, जो न केवल वैकल्पिक ऊर्जा, बल्कि भविष्य की संपूर्ण सामाजिक संरचना और आर्थिक व्यवस्था को बदल देगी। हम इस तकनीक को अभी कितनी अच्छी तरह समझते हैं और इसके लिए कितनी तैयारी करते हैं, यह तय करेगा कि एक स्वच्छ और अधिक टिकाऊ भविष्य सामने आएगा या नहीं।
