आईआईटी बॉम्बे के वैज्ञानिकों ने हिमालयी घरों को ठंड से बचाने के लिए सोलर हीट बैटरी विकसित की है

भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान बॉम्बे (आईआईटी बॉम्बे) के शोधकर्ताओं ने एक ऐसी सफलता हासिल की है, जो भारत के ठंडे रेगिस्तानी क्षेत्रों, जैसे कि बर्फ से ढके लेह, में सर्दियों की गर्मी को फिर से आकार दे सकती है, ने एक सौर-संचालित थर्मल बैटरी विकसित की है जो कठोर हिमालयी सर्दियों में उपयोग के लिए गर्मी की गर्मी को संग्रहीत कर सकती है। यह ताप भंडारण प्रणाली डीजल हीटरों के लिए एक स्वच्छ, दीर्घकालिक विकल्प प्रदान कर सकती है, जो महंगे ईंधन द्वारा संचालित कार्बन-भारी मशीनें हैं जिन्हें खतरनाक सर्दियों की सड़कों पर ट्रक द्वारा ले जाया जाना चाहिए।

हाल के एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं की टीम: अंकुश शंकर पुजारी, रुद्रदीप मजूमदार, चंद्रमौली सुब्रमण्यम और संदीप के. साहा ने थर्मोकेमिकल भंडारण प्रणाली में स्ट्रोंटियम ब्रोमाइड का उपयोग करने का प्रस्ताव दिया है, जिसका उद्देश्य लेह जैसे उच्च ऊंचाई वाले क्षेत्रों में डीजल हीटरों के लिए एक स्वच्छ और टिकाऊ विकल्प प्रदान करना है, जहां सर्दियों का तापमान महीनों तक शून्य से नीचे रहता है और घर डीजल हीटरों पर भारी निर्भर होते हैं, जो एक महंगा और प्रदूषणकारी विकल्प है।

“21वीं सदी में ऊर्जा गरीबी नहीं होनी चाहिए,” अध्ययन के सह-लेखक डॉ. रुद्रोदीप मजूमदार ने कहा, जिन्होंने इस परियोजना पर आईआईटी बॉम्बे में पोस्टडॉक्टरल फेलो के रूप में काम किया था और वर्तमान में नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ एडवांस्ड स्टडीज (एनआईएएस) में हैं। “हमने देखा है कि लोग जलाऊ लकड़ी इकट्ठा करने के लिए कई किलोमीटर पैदल चलते हैं। डीजल ही एकमात्र सहारा है, लेकिन यह महंगा और हानिकारक है।”

यह काम किस प्रकार करता है

स्ट्रोंटियम ब्रोमाइड थर्मोकेमिकल भंडारण की जांच करने वाले कई अध्ययनों का विषय रहा है। जैसे बैटरी बिजली को संग्रहित करती है, वैसे ही थर्मोकेमिकल भंडारण रासायनिक ऊर्जा के रूप में गर्मी को संग्रहीत करता है। स्ट्रोंटियम ब्रोमाइड को इसकी उच्च ऊर्जा घनत्व, रासायनिक स्थिरता, गैर-विषाक्तता, गैर-विस्फोटकता और पर्यावरणीय सुरक्षा के लिए चुना गया है।

शोधकर्ताओं ने एक प्रोटोटाइप विकसित किया है जो पहले सौर तापीय वायु संग्राहकों का उपयोग करता है जो गर्मियों में हवा को गर्म करने के लिए सूर्य के प्रकाश का उपयोग करता है। इसके बाद, इस गर्म हवा का उपयोग हाइड्रेटेड स्ट्रोंटियम ब्रोमाइड (हेक्साहाइड्रेट) के एक रूप को गर्म करने के लिए किया जाता है। इस रूप में, स्ट्रोंटियम ब्रोमाइड क्रिस्टल की संरचना में पानी के अणु होते हैं। इस तापन प्रक्रिया के दौरान, सामग्री एक एंडोथर्मिक निर्जलीकरण प्रतिक्रिया से गुजरती है, जिसमें ऊष्मा ऊर्जा अवशोषित होती है, जिससे इसकी क्रिस्टल संरचना से पानी के अणु बाहर निकल जाते हैं। यह प्रतिक्रिया अवशोषित सौर ऊर्जा को परिणामी मोनोहाइड्रेट नमक में रासायनिक क्षमता के रूप में संग्रहीत करती है। सर्दियों में, नम हवा आवेशित नमक से होकर गुजरती है, जिससे विपरीत प्रतिक्रिया या पुनर्जलीकरण शुरू हो जाता है। यह प्रक्रिया एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया में पानी के अणुओं को संरचना में पुन: पेश करती है, जिससे संग्रहीत गर्मी निकल जाती है।

श्री मजूमदार ने कहा कि प्रौद्योगिकी हिमालयी क्षेत्रों में एक स्थायी समाधान है, जो लंबी, ठंडी सर्दियों का सामना करते हैं। आबादी के पास टिकाऊ तापन विकल्पों तक सीमित पहुंच है और आमतौर पर वह डीजल या जलाऊ लकड़ी पर निर्भर है। इसलिए, जो चीज़ थर्मोकेमिकल भंडारण को इन क्षेत्रों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाती है, वह है कई महीनों तक ऊर्जा बनाए रखने की इसकी क्षमता।

अपने व्यक्तिगत अनुभव को साझा करते हुए जिसके कारण शोध हुआ, उन्होंने कहा, “मैं चोपता-तुंगनाथ-चंद्रशिला ट्रेक पर गया और शिविरों में रहा। हिमालय में तारों भरी रातें खूबसूरत होती हैं, लेकिन रात में रुकना बहुत प्रतिकूल हो सकता है। मैंने लोगों को संघर्ष करते देखा है, सिर्फ जलाऊ लकड़ी इकट्ठा करने के लिए दस किलोमीटर तक पैदल चलना पड़ता है। डीजल ही एकमात्र सहारा है, लेकिन यह एक भारी प्रदूषण है।”

लागत-कुशल और कार्बन बचत

टीम ने कहा कि समुदायों की मदद के लिए, लगभग 500 किलोवाट-घंटे ऊर्जा संग्रहीत करने में सक्षम एक मॉड्यूल डिजाइन किया गया था, जो एक छोटे हिमालयी घर को चार महीने तक गर्म करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा थी।

पूरे सेटअप में एक सरल, मॉड्यूलर इकाई शामिल है जिसे परिवहन और संचालन में आसान बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसमें सौर तापीय संग्राहक शामिल हैं जो गर्मियों के दौरान हवा को गर्म करते हैं, स्ट्रोंटियम ब्रोमाइड नमक से भरा एक रिएक्टर कक्ष, और निर्जलीकरण और पुनर्जलीकरण चक्र को ट्रिगर करने के लिए एक छोटी वायु परिसंचरण प्रणाली। रिएक्टर घटकों को हिमालयी परिस्थितियों के लिए डिज़ाइन की गई एक कॉम्पैक्ट, मौसमरोधी इकाई में रखा गया है और ग्लास ऊन का उपयोग करके इन्सुलेट किया गया है।

“सौर संग्राहक अच्छी तरह से सिद्ध हैं। स्टील टैंक वर्षों से बनाए जा रहे हैं। एकमात्र नया योगदान थर्मोकेमिकल सामग्री को स्थिर करना और इसे दैनिक जीवन के लिए पैकेजिंग करना है। इस प्रकार का दीर्घकालिक मौसमी भंडारण संभव हो गया है क्योंकि सामग्री में संग्रहीत ऊर्जा बहुत स्थिर है। यह समय के साथ खराब नहीं होती है,” डॉ. मजूमदार ने कहा।

मामूली मॉड्यूल भी पूरा कमरा नहीं घेरता। अध्ययन का नेतृत्व करने वाले आईआईटी बॉम्बे के संदीप कुमार साहा के अनुसार, “प्रत्येक भंडारण मॉड्यूल मोटे तौर पर दो एलपीजी सिलेंडर के आकार का है और पोर्टेबल होने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उन्हें गर्मियों में सौर स्टेशनों पर रिचार्ज किया जा सकता है – संभवतः गुजरात या राजस्थान जैसे धूप वाले क्षेत्रों में भी – और सर्दियों से ठीक पहले हिमालयी शहरों तक पहुंचाया जा सकता है।”

डॉ. मजूमदार ने कहा, “एक बार जब आप इस सामग्री को तैनात कर देते हैं, तो आपको इसे बदलने की आवश्यकता नहीं होती है। यदि आप बुनियादी सावधानियों के साथ रिएक्टर का रखरखाव करते हैं, तो संचालन और रखरखाव की लागत कम हो जाएगी। ये बहुत मजबूत रिएक्टर हैं।”

टीम ने कहा कि उन्होंने पहले ही प्रयोगशाला में छह पूर्ण चार्जिंग और डिस्चार्जिंग चक्रों के माध्यम से सामग्री का परीक्षण किया है, जिसमें प्रदर्शन में कोई गिरावट नहीं आई है। स्ट्रोंटियम ब्रोमाइड जैसे थर्मोकेमिकल लवण सैद्धांतिक रूप से 500 से 600 चक्रों में सक्षम हैं, जिसका अर्थ है कि प्रत्येक इकाई वर्षों तक चल सकती है।

जबकि अग्रिम निवेश डीजल हीटरों की तुलना में अधिक हो सकता है, अध्ययन से पता चलता है कि थर्मोकेमिकल सिस्टम समय के साथ अधिक किफायती होते हैं – विशेष रूप से दूरदराज के क्षेत्रों में जहां परिवहन लागत के कारण डीजल की कीमतें बढ़ जाती हैं और जहां पर्यावरणीय प्रभाव, या कार्बन उत्सर्जन से संभावित दंड, समग्र बोझ में जुड़ जाता है।

“अगर हम आज डीजल से बिजली बनाना चाहते हैं, तो इसकी कीमत हमें ₹50 प्रति यूनिट (किलोवाट) होगी। अगर हम कार्बन जुर्माना जोड़ते हैं, तो यह ₹78 प्रति यूनिट तक जा सकता है। तब थर्मोकेमिकल समाधान की कीमत आधी होगी,” श्री मजूमदार ने कहा।

अध्ययन में थर्मोकेमिकल सिस्टम की हीटिंग की लेवलाइज्ड लागत (एलसीओएच) की गणना की गई, जो हीटिंग सिस्टम के जीवनकाल में उपयोग योग्य गर्मी पैदा करने की औसत लागत है, जो विभिन्न हिमालयी शहरों में ₹33-₹51 प्रति किलोवाट के बीच है। यह लागत इसे दैनिक उपयोग के लिए डीजल हीटिंग के साथ प्रतिस्पर्धी या सस्ता बनाती है, खासकर जब ईंधन परिवहन और पर्यावरणीय लागत को ध्यान में रखा जाता है। विशेष रूप से लेह में, LCOH गिरकर ₹31/kWh हो गया, जो अध्ययन किए गए सभी स्थानों (दार्जिलिंग, शिलांग, देहरादून, शिमला, जम्मू, श्रीनगर, मनाली और लेह) में सबसे कम है।

आईआईटी बॉम्बे के डॉ. चंद्रमौली सुब्रमण्यम ने बताया, “अंतरिक्ष-हीटिंग के लिए ऐसे सौर-थर्मल ऊर्जा समाधानों का भारतीय सेना के लिए शून्य से नीचे के तापमान पर कठोर जलवायु परिस्थितियों में सफलतापूर्वक परीक्षण किया गया है। हम इतनी ऊंचाई पर तैनात अपनी भारतीय सेना के शिविरों में साल भर धुआं रहित हीटिंग के लिए थर्मल स्टोरेज समाधान विकसित करने की प्रक्रिया में हैं।”

अंतरराष्ट्रीय स्तर पर, थर्मोकेमिकल भंडारण को केवल जर्मनी जैसे स्थानों में ही बड़े पैमाने पर अपनाने के साथ प्रायोगिक तौर पर शुरू किया गया है। भारत में, घरों में व्यावहारिक तैनाती का परीक्षण किया जाना बाकी है, और डीजल हीटर की तुलना में प्रारंभिक लागत अपेक्षाकृत अधिक है। यह प्रणाली नमक को चार्ज करने के लिए गर्मियों में पर्याप्त धूप और संग्रहित गर्मी को मुक्त करने के लिए सर्दियों में पर्याप्त नमी पर भी निर्भर करती है – ये कारक हिमालयी क्षेत्रों में अलग-अलग होते हैं। फिर भी, शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि क्षेत्र परीक्षण, नीति समर्थन और स्थानीय भागीदारी के साथ, प्रौद्योगिकी अधिक टिकाऊ और समावेशी ऊर्जा भविष्य का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बन सकती है।