Dr. S. V. Ranade -Blogs

ऊर्जा म्हणजेच जीवन. या संबंध विश्वाचा कारभार ज्या मुलभूत घटकांवर आधारित आहे. त्यातील एक घटक म्हणजे ऊर्जा. ऊर्जा  म्हणजे कार्य करण्याची क्षमता. जीवनक्रम अव्याहत चालू ठेवण्याचे कार्य उर्जा करते. कोणत्याहि कार्यासाठी आणि ऊर्जा निर्मितीसाठी इंधन आवश्यक असते. शरिराला लागणाऱ्या ऊर्जेचे इंधन म्हणजे अन्न. ऊर्जा निर्मिसाठी लागणारे इंधन म्हणजे दगडी कोळसा, लाकूड, खनिज तेल, वायू आणि वीज म्हणजेच मनुष्य प्राणी आणि वनस्पती यांचे पोषणासाठी तसेच उष्णता व प्रकाश निर्माण करण्यासाठी आणि यंत्रे चालविण्यासाठी ऊर्जेची आवश्यकता आहे.

    प्राचीन काळापासून लाकुड हाच मानवाचा एकमेव उर्जास्त्रोत होता. अगदी सतराव्या शतकापर्यंत लाकुडच वापरले जायचे. सतराव्या शतकात वेगवेगळे ऊर्जास्त्रोत सापडले. हे ऊर्जास्त्रोत म्हणजे दगडी कोळसा आणि पेट्नेलियम यांचा ऊर्जा पुरविण्याची शक्ति लाकडापेक्षा प्रचंड असल्यामुळे त्यांचा वापर यंत्रामध्ये केला गेला. आणि पुढील ३ शतकांत मानवी संस्कृतीने प्रगतीचा मार्ग प्रचंड वेगाने कापला. एकोणीसाव्या शतमांत मोठमोठी जनित्रे निर्माण झाली. विद्युत शक्तिने तर जगाचे स्वरूपच पालटून टाक ले. विद्युत शक्तीवर चालणारी हजारो नवी उपकरणे, यंत्रे तयार झाली. आज घरातील बरीचशी कामे विजेच्या सहाय्याने होतात. आज कोळसा हा रेल्वे इंजिन आणि आगबोटीत वापरला जातो. रस्त्यावरील लहान मोठी वाहने ही खनिज पेट्नेलियम पासून शुध्द केलेल्या पेट्नेल, डिझेलवर चालतात. पण आज हे ऊर्जास्त्रोत संपुष्टात येण्याच्या मार्गवर आहेत. अतिशय जंगलतोडीने जगातील मोठमोठी जंगले नष्ट झाली आहेत, आणि त्यातून प्रदूषणाची दुसरी समस्या उभी राहिली आहे.

ऊर्जेचे प्रकार -

१.    अन्न ऊर्जा - मनुष्याला व प्राण्यांना अन्नाच्या रूपाने ऊर्जा लागते. वनस्पती सूर्यप्रकाश आणि कार्बनडाय-ऑक्साईड यापासून उर्जा निर्माण करतात.

२.    इंधन ऊर्जा - प्रकाश व उष्णता निर्माण करण्यासाठी आणि यंत्रे चालविण्यासाठी लागणाऱ्या ऊर्जेला इंधन ऊर्जा म्हणतात.

अ)    पुननिर्मिती न करता येणारे ऊर्जा प्रकार - खनिज तेल, दगडी कोळसा, फर्नेस तेल, केरोसिन, वायू इंधन (एल. पी. जी. वायू)

आ) पुननिर्मित होणारी ऊर्जा प्रकारे - जलप्रपात, वारा, सौर उर्जा, भू औष्णिक ऊर्जा.

ऊर्जा साधने

सध्याच्या इंधन समस्येवर तोडगा काढणे ही काळाची गरज आहे. परंतु शास्त्रज्ञांनी इंधन समस्या येणार असे ओळखून यापूर्वीच बऱ्याच वर्षापासून त्यावर तोडगा काढायला सुरूवात केली आहे. परवाच्या इराक-अमेरिका युध्दाच्या वेळी खनिज तेलाची टंचाई भासली. त्यातुन दरवाढ झाली. अशीच परिास्थिती १९७३ च्या अरब इस्त्राईलच्या युध्दाचे वेळी झाली होती. सध्या अजून ४०० विहीरी पेटलेल्या अवस्थेत आहेत. अजून त्यातून खनिज इंधन नाश पावत चालले आहे.

आतापर्यंत फक्त खनिज तेल वापरूनच ऊर्जा निर्मिती करता येते असा समज होता. परंतु आता शास्त्रज्ञांनी बऱ्याच पर्यायी ऊर्जाप्रणाली पुढे आणल्या आहेत. यात वायुजन्य ऊर्जा, सौर ऊर्जा, लाटांपासून ऊर्जा निर्मिती, सागरी प्रवाहांतील तपमानाच्या फरकाचा फायदा घेऊन ऊर्जा निर्मिती, भु-औष्णिक ऊर्जा असे अनेक पर्याय आहेत. परंतु या सर्व ऊर्जाप्रणालीवर निर्सगाचे नियंत्रण चालते. आणि मानवी इच्छेवर निसर्ग चालत नाही. त्यामुळे यापासून आपल्या ऊर्जेच्या गरजा भागवता येणे अशक्य आहे.

रासायनिक ऊर्जा निर्मिती व आण्विक ऊर्जा निर्मिती प्रक्रिया या दोनच मानवी हुकमाखाली राहू शकणाऱ्या ऊर्जानिर्मिती पध्दती आहेत. पण या पध्दती खर्चीक आणि धोकादायकही आहेत. अशा परिस्थितीत शास्त्रज्ञांना दोनच आशेचे मार्ग आहेत. एक म्हणजे हायड्नेजनचा इंधन म्हणून वापर करणे आणि दुसरा मार्ग म्हणजे अणु (साधन) संघटन किंवा फ्यूजन. परंतु हे ऊर्जास्त्रोत प्रचलीत होण्यासाठी अजून बरेच संशोधन करावे लागणार आहे. खनिज इंधनाव्यतिरिक्त सध्या प्रचलित असणारे ऊर्जाप्रकार पुढे संक्षिप्तपणे सांगितले आहेत.

१.    जलशक्ति -

जलशक्तिचा वापर मानव अश्मयुगापासून करीत आहे. ``नीचचक्र'' या पध्दतीमध्ये पाती किंवा दाते असलेले चक्र पाण्याच्या प्रवाहात किंचीतसं बुडेल असे बनविले जाते. पाण्याच्या वेगामुळे पात्यांना गती मिळते व पर्यायाने चक्र फिरू लागते. परंतु यातून मिळणाऱ्या शक्ति पाण्याच्या प्रवाहाच्या वेगावर अवलंबून असते. याउलट ``उच्चक्र'' या पद्धतीत पाण्याच्या पातळीखाली चक्र बसविण्यात येते. आणि पात्याऐवजी पन्हाळी मिळणारी शक्ति पाण्याच्या वेगावर अवलंबून असते. प्रचंड धारणालगत बसवलेल्या अजस्त्र आकाराच्या पाणचक्या विद्युत निर्मितीसाठी वापरल्या जातात.

२.    पवन ऊर्जा -

खनिज स्वरूपाच्या ऊर्जेवर पर्याय शोधताना साहजिकच आपले लक्ष न संपणाऱ्या ऊर्जासाधनांकडे जाते. पवनऊर्जा हे एक असेच साधन आहे. पृथ्वीवरील वातावरणातील हवेच्या हालचालीमुळे आपल्याला पवन ऊर्जा मिळते. शिडांची जहाजे चालविणे, पवनचक्की व्दारे पाणी उपसणे आणि पिठाची जाती चालविणे अशासारखी पवन ऊर्जेचे उपयोग प्रचलित होते. आधुनिक तंत्रज्ञान वापरून पवनचक्कीव्दारें मोठ्या प्रमाणात वीज निर्मिती करणे आता शक्य झाले आहे.

पवनऊर्जा वाऱ्याच्या वेगावर अवलंबून असते. व तिची क्षमता वेगाच्या धन प्रमाणात वाढते. साधारणपणे सागरी किनारपट्टी व डोंगराळ प्रदेशात वाऱ्याचा वेग चांगला असतो. पवन जनित्राव्दारे वीज निर्मिती करण्यासाठी १५ कि.मी. पेक्षा अधिक वेगाचे वारे लागते. ते अशा ठिकाणी सहज मिळते. पाणी उपसण्यासाठी १० कि. मी. पेक्षा अधिक वेगाने वाहणारे वारे लागते. अशा ठिकाणी शोधून तिथे पवनचक्या लावता येतात.
भारताच्या अपारंपारिक ऊर्जास्त्रोत विभागाने भारतामध्ये पवनमळे उभारले आहेत. महाराष्ट्नत देवगड येथील पवनमळयात १० पवनजनित्रे १९८६ साली उभारली आहेत. आणि त्यातून मिळणारी विज महाराष्ट्न् विद्युत मंडळाच्या ग्रीडमध्ये दिली जाते.

पवनजनित्रामध्ये मुख्यत्वे पवनचक्की, मुख्य कणा, गीअर पेठी, जनित्र, ब्रेकची व्यवस्था, पवनचक्की वाऱ्याच्या दिशेला फिरण्याची व्यवस्था व कंट्नेल व्यवस्था हे मुख्य भाग आहेत.
देवगड येथील पवनमळयात १० पवनजनित्रे ३ रांगामध्ये बसवली आहेत. दोन जनित्रांमध्ये किमान पवनचक्कीच्या व्यासाच्या चौपट इतके अंतर ठेवावे लागते. ही रचना वाऱ्याच्या दिशेवर अवलंबून आहे. याची विद्युत क्षमता ५५० किलोवॅट इतकी आहे आणि वर्षाला सुमारे ८ ते १० लाख युनिट इतकी वीज निर्मीती यातून होते.

पवनमळे उभे करण्यासाठी खालील गोष्टी लक्षात घेतल्या जातात.
१)    वाऱ्याचा वेग चांगला असावा व शक्यतो हा वेग वार्षिक सरासरी ताशी १५ कि. मी. पेक्षा अधिक असावा.
२)    जागा मोकळी व मोठ्या प्रमाणावर उपलब्ध असावी. झाडी कमीत कमी असावी.
३)    जवळच ग्रीडची उपलब्धता असावी.
४)    पवनजनित्रे व ती उभारण्यासाठी लागणारी यंक्षसामुग्री नेण्यासाठी रस्त्याची सोय असावी.

३. सौर ऊर्जा -

    ऊर्जा समस्येवर उत्तम उपाय म्हणजे सौर ऊर्जा होय. कारण आतापर्यन्त वापरात असलेले स्त्रोत हे कायम रहाणार नाहीत. सौर ऊर्जा ही प्रचंड प्रमाणात पृथ्वीवर येते. यातील बरीचशी वाया जाते. अजूनतरी कोठे सौरशक्तिकेंद्र उभारण्यात आलेले नाही. शिवाय अशा प्रकारचे केंद्र उभारून मोठ्या प्रमाणात सौर ऊर्जा विद्युत ऊर्जेत रूपांतरीत करण्याचे उपायही माहित नाहीत. त्यामुळे सूर्य शक्तिचा वापर हा सौरकुट, सौरभट्टी, सोलरहिटर यांच्या साधनांच्या सहाय्याने अल्पप्रमाणात केला जातो. याचे कारण म्हणजे सौर उपकरणांसाठी भांडवली खर्च जादा लागतो. वीज, तेल, कोळसा, या ऊर्जा त्यामानाने स्वस्त आहेत. परंतु सध्या प्रत्येक राष्ट्नची विजेची गरज ही फारच वाढली आहे. आणि इतर ऊर्जा पदार्थांची मुबलकता कमी झाली आहे. त्यामुळे सौर ऊर्जाच्या पर्यायावर सर्व राष्ट्नंचा भर आहे. सौरऊर्जेच्या उपयोगाची आधुनिक उपकरणे पुढीलप्रमाणे आहेत. पेटीचा कुकर, सौरभट्टी, पाणी गरम करण्याचा प्लॅट, प्लेट कलेक्टर, गरम हवेचा कलेक्टर, शेतीचे पदार्थ वाळविण्यासाठी ड्नयर, खाऱ्यापाण्यापासून गोडेपाणी करणारा सोलर स्टील, उबदार राहणारे सौर घट, हिट पंप अशा अनेक प्रकारची सौर ऊर्जा उपकरणे विकसित झाली आहेत.

    परदेशामध्ये पॉवर प्लॅट, सूर्य विजेवर चालणारे फ्रिज, सूर्यवीज केंद्रे इत्यादी वापरात आले आहेत. भारतामध्ये सुूध्दा आधुनिक तंत्राच्या सहाय्याने सूर्यशक्तिचे प्रकल्प अनेक ठिकाणी सुरू आहेत. भोर-नाशीक भागातील रस्त्यावरील दिवे सूर्य विजेवर चालतात. धुळे जिल्ह्यात ३२० एम. डब्ल्यू. सूर्य वीज प्रकल्प १९८५ मध्ये सुरू झाला आहे. तामीळनाडूत सूर्यवीजेवर रेल्वे सिग्नल, तिरूपती-बंगळूर-विशाखापट्टणम येथे इंटरलॉक पध्दती, ग्रामीण पंपासाठी, सूर्य विजेचा वापर दिल्लीजवळ मसुदपूर खेड्यात प्रत्येक घरात स्वयंपाक, दिवे, पाण्याचे पंप, टी. व्ही. रेडिओ हे सर्व सूर्यविजेवर चालतात. अपंगाच्या सायकलीसाठी सूर्य ऊर्जा वापरली जाते.

    सध्याच्या विज्ञानयुगात प्रगत तंत्रज्ञानासाठी लागणारीवीज अंतराळात मोठ्या प्रमाणात निर्मिती करून तिचा वापर केला जातो. त्याचप्रमाणे अंटार्क्टिका मोहिमेसाठी उपग्रहाच्या रिमोट कंट्नेलसाठी, रडार यंत्रणा इत्यादी ठिकाणी सूर्य विजेचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो.

४. भू- औष्णिक ऊर्जा -
   
    भू-औष्णिक ऊर्जा ही वारा अथवा ऊन यासारखी उपलब्ध नसते. ज्या ठिकाणी भूगर्भातील उष्णता मिळवता येते अशा ठिकाणाहून ती मिळवून त्याचा वापर ऊर्जा निर्मितीसाठी करता येते. भूपृष्ठाखाली जसजसें खोल जावे तसतसे अंदाजे तपमान वाढते. जिथे खडक वितळलेल्या अवस्थेत असतात तेथे हे तापमान अंदाजे ११००० सें. इतके असते. भूपृष्ठावर सुध्दा बऱ्याच ठिकाणी उष्ण बिंदू आहेत. या उष्ण बिंदूचे तापमान ९०० सें. ते ४५०० सें. पर्यन्त असते. ही उष्णता खडकांच्या खाचात असणाऱ्या पाण्यात किंवा वाफेच्या स्वरूपात साठविलेली असते. ती बाहेर काढण्यासाठी अशा ठिकाणी कुपनलिका खोदतात. आणि नलिका उष्णबिंदूजवळ पोचल्या की तिथे अडकून पडलेले गरम पाणी व वाफ या नळयांवाटे भूपृष्ठावर उसळी मारते. भूगर्भातील अंतर्गत हालचालीमुळे अथवा ज्वालामुखींच्या उद्रेकांमुळे असे उष्ण बिंदू तयार होतात. या उष्णतेचा वापर करून इटाली, आईसलंड, न्यूझीलंड, जपान  व रशियात ऊर्जा निर्मिती करणारी केंद्रे कित्येक वर्षे अस्तित्वात आहेत. आईसलंड येथील ४०% जनता भूऔष्णिक उर्जेने उबदार केलेल्या घरातून रहाते.

भारतात अनेक ठिकाणी गरमपाण्याचे झरे आहेत. यांचा आपण भूऔष्णिक ऊर्जेसाठी वापर करून घ्यायला काहीच हरकत नाही.
    अमेरिकेतील ``द गिझर्स'' या ठिकाणी भुऔष्णिक ऊर्जेचे दोन निरनिराळे साठे आहेत. यातून प्रचंड प्रमाणात बाहेर पडणाऱ्या वाफेच्या सहाय्याने जनित्र फिरवून विद्युत निर्मिती केली जाते.

५. जैविक ऊर्जा -
   
    पुननिर्मित होणाऱ्या ऊर्जेचे सर्वात महत्त्वाचे साधन म्हणजे जैविक ऊर्जा. या ऊर्जेची साधने चार गटात विभागता येतील. घन, वायू, द्रव आणि सजीव ऊर्जा. जैविक ऊर्जा ही सहजरित्या वा मुबलक मिळू शकते.

अ) घन ऊर्जा - लाकूड-जंगलापासून मुख्यता लाकूड मिळते. हे लाकूड उष्णता निर्मितीसाठी बऱ्यचा ठिकाणी वापरले जाते. खेड्यांमध्ये स्वयंपाकासाठी लाकूड सर्रास वापरले जाते. तसेच कारखान्यांमधील बॉयलर्समध्ये इंधन म्हणून लाकूडच वापरतात. लाकूड हे भारताचे आद्य इंधन आहे.

    कोळसा (लोणारी) -  लाकडापासून हा कोळसा तयार करतात. याच्या ज्वलनामध्ये धूर होत नाही. हा कोळसा स्वयंपाकासाठी वापरला जातो.

    शेण - गुरांचे शेण हा एक इंधन प्रकार खेड्यातील लोक शेणाच्या गोवऱ्या करून इंधन म्हणून वापरतात.

    कचरा- औद्यौगिक, शहरी आणि शेतातील कचरा ऊर्जेची भूक भागवण्यास मदत करतात. कचऱ्यापासून ऊर्जा निर्मितीच्या एकूण चार पध्दती आहेत. खांस भट्ट्यांतून कचरा जाळून त्या उष्णतेचा वापर करणे, ऊर्जा भट्ट्यांमधून पूरक इंधन म्हणून वापर करणे, कचऱ्याचे विघटनात्मक शुध्दिकरण करणे, इतर मार्गांनी ऊर्जा निर्मिती प्रणालीत कचरा वापरणे. बऱ्याच ठिकाणी कचऱ्यापासून कचरा वीट बनवली जाते. आणि या विटा इंधन म्हणून वापरतात.

ब) वायु इंधने - बायोगॅस -शेण, शेतीमालाचा टाकाऊ भाग आणि काही औद्योगिक कारखान्यातील सांडपाणी यांपासून गोबर गॅस अथवा बायोगॅस तयार करतात. हे इंधन आता ग्रामीण भागात फारच लोकप्रिय होत चालले आहे. डिस्टीलरीपासून बाहेर पडणाऱ्या मळीपासून तयार होणारा बायोगॅस बॉयलरमध्ये पूरक इंधन म्हणून वापरला. यामुळे खनिज इंधनाची बचत होते.
   
    लाकडापासून वायू इंधन - लाकडाचे रूपांतर वायू-इंधनात करण्याचे उपकरण मिळते. या इंधनाचा उपयोग स्वयंपाकासाठी तसेच इंजिने, जनित्रे व बॉयर्ल्स चालविण्यासाठी करतात.

क) द्रव इंधने - वनस्पतीपासून मिळणारी तेले, इंधन म्हणून वापरली जातात. आणि अशी तेले खनिज तेलांना पर्याय ठरू शकतात. तसेच अल्कोहोलसारखी द्रव्ये सुध्दा इंधन म्हणून वापरता येतात.
ड) सजीव ऊर्जा - प्राण्यांच्या शक्तिचा वापर करून विहिरीतून पाणी बाहेर काढणे, शेतीची अवजारे ओढणे, शेतीची कामे करणे, किंवा अवजड वस्तू उचलणे इत्यादी कामे केली जातात. यासाठी बैल, उंट, गाढव, घोडे व हत्ती यासारख्या प्राण्यांच्या बळाचा वापर केला जातो. पूर्वीच्या काळापासून प्राणी बळाचा उपयोग वाहतूकीसाठी केला जातो. भारतातील खेड्यात प्राणीबळच प्रमुख ऊर्जेचे स्त्रोत आहे.

६. इतर पर्यायी ऊर्जा

हायड्रोजन - हायड्रोजन हे खनिज तेलापेक्षा चांगले आहे. ऊर्जा निर्मितीच्या बाबतीत हायड्नेजन सर्वात कार्यक्षम इंधन ठरते. पेट्नेल दर लिटरमध्ये ४२००० बि. टी. यु. एवढी उष्णता निर्माण करते तर द्रव हायड्रोजन दर लिटरला १,३४,५०० परवडत नसल्यामुळे हायड्नेजन हे प्रचलित साधने होऊ शकत नाही.

संघटन ऊर्जा / विघटन ऊर्जा - संघटन प्रक्रिया ही विघटन प्रक्रियेच्याअगदी उलट टोकाची आहे. या दोन्ही प्रक्रियेमध्ये अणूच्या केंद्राना एकत्रित बांधणारी ऊर्जा मुक्त करून वापरली जाते. एवढेच साम्य आहे. संघटनात हलक्या मूलद्रव्यांची केंद्रे एकमेकांत मिसळून एकत्रित करण्यात येतात. तर विघटनात जड मूलद्रव्यांची मोठी केंद्रे फोडून ऊर्जा मुक्त करण्यात येते. अशा अणुभट्ट्यांतून निघणाऱ्या उष्णतेवर पाण्याची वाफ तयार केली जाते आणि त्यावर जनित्र चालवून वीज निर्माण केली जाते.
   
    खनिज इंधनांव्यतिरिक्त इतर ऊर्जा साधनांचा वापर करण्याचे तंत्रज्ञान विकसित केल्यास भविष्यकाळात ऊर्जेची चिंता राहणार नाही.