ETH ज्यूरिख की नई तकनीक सीमेंट संयंत्रों को CO2 हटाने के केंद्रों में बदल सकती है

परिचय: सीमेंट उत्पादन पर पुनर्विचार

सीमेंट उद्योग कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन के सबसे बड़े औद्योगिक स्रोतों में से एक है, जो वैश्विक CO2 उत्पादन का लगभग 8% है। दशकों से, इस क्षेत्र को डीकार्बोनाइज़ करने के प्रयास कार्बन कैप्चर और स्टोरेज (CCS) पर केंद्रित रहे हैं, लेकिन उच्च ऊर्जा लागत और खर्च ने व्यापक रूप से अपनाने में बाधा उत्पन्न की है। अब, ETH ज्यूरिख के शोधकर्ताओं ने एक नया दृष्टिकोण पेश किया है जो न केवल सीमेंट संयंत्रों से उत्सर्जन को कम कर सकता है बल्कि उन्हें वातावरण से CO2 हटाने में सक्षम बना सकता है, जिससे जलवायु के लिए एक खलनायक को नायक में बदल दिया जा सकता है।

सीमेंट डीकार्बोनाइजेशन की चुनौती

सीमेंट उत्पादन से CO2 दो मुख्य स्रोतों से निकलती है: भट्ठी को गर्म करने के लिए जीवाश्म ईंधन के दहन से (लगभग 40% उत्सर्जन) और चूना पत्थर के कैल्सीनेशन की रासायनिक प्रक्रिया से (लगभग 60% उत्सर्जन)। उत्तरार्द्ध प्रक्रिया में अंतर्निहित है और इसे नवीकरणीय ऊर्जा पर स्विच करके टाला नहीं जा सकता है। पारंपरिक CCS विधियाँ फ्लू गैस से CO2 को पकड़ती हैं, लेकिन उन्हें पृथक्करण और संपीड़न के लिए महत्वपूर्ण ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जिससे वे महंगी हो जाती हैं और संयंत्र की दक्षता कम हो जाती है।

ETH ज्यूरिख का नवाचार

प्रोफेसर मार्को माज़ोटी के नेतृत्व में टीम द्वारा विकसित नई तकनीक एक अलग दृष्टिकोण अपनाती है। फ्लू गैस से CO2 को पकड़ने के बजाय, यह प्रक्रिया कार्बन कैप्चर को सीधे सीमेंट उत्पादन लाइन में एकीकृत करती है। कुंजी कैल्शियम लूपिंग चक्र का उपयोग करना है, जहां कैल्शियम-आधारित सॉर्बेंट (जैसे कैल्शियम ऑक्साइड) का उपयोग फ्लू गैस से CO2 को अवशोषित करने के लिए किया जाता है, जिससे कैल्शियम कार्बोनेट बनता है। फिर कार्बोनेट को एक अलग रिएक्टर में गर्म किया जाता है ताकि CO2 की एक शुद्ध धारा निकल सके, जिसे संग्रहीत या उपयोग किया जा सकता है, और कैल्शियम ऑक्साइड को पुनर्चक्रित किया जाता है।

इस नवाचार को अद्वितीय बनाने वाली बात यह है कि इसे सीमेंट भट्ठी के साथ कैसे एकीकृत किया गया है। भट्ठी से निकलने वाली अपशिष्ट गर्मी का उपयोग कैल्शियम कार्बोनेट के कैल्सीनेशन को चलाने के लिए किया जाता है, जिससे ऊर्जा की कमी कम होती है। इसके अलावा, प्रक्रिया को 'नकारात्मक उत्सर्जन' मोड में संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है: बायोमास को ईंधन के रूप में उपयोग करके या पहले चरण में हवा से CO2 को पकड़कर, संयंत्र वातावरण से जितना CO2 उत्सर्जित करता है उससे अधिक निकाल सकता है।

यह कैसे काम करता है: चरण-दर-चरण अवलोकन

• सीमेंट भट्ठी से फ्लू गैस को कैल्शियम ऑक्साइड (CaO) युक्त कार्बोनेटर रिएक्टर से गुजारा जाता है।
• CaO CO2 के साथ प्रतिक्रिया करके कैल्शियम कार्बोनेट (CaCO3) बनाता है, जिससे गैस धारा से CO2 निकल जाती है।
• फिर CaCO3 को एक कैल्सीनर में स्थानांतरित किया जाता है, जहां इसे ऑक्सीजन और ईंधन का उपयोग करके उच्च तापमान (लगभग 900°C) तक गर्म किया जाता है, जिससे शुद्ध CO2 धारा निकलती है।
• CO2 को संपीड़ित किया जाता है और भंडारण या उपयोग के लिए तैयार किया जाता है, जबकि पुनर्जीवित CaO को कार्बोनेटर में वापस भेज दिया जाता है।
• कैल्सीनर के लिए गर्मी ऑक्सीजन-समृद्ध वातावरण (ऑक्सी-ईंधन दहन) में ईंधन जलाकर प्रदान की जाती है, और परिणामी फ्लू गैस लगभग शुद्ध CO2 होती है, जिससे कैप्चर आसान हो जाता है।

उत्सर्जन पर संभावित प्रभाव

शोधकर्ताओं के अनुसार, यह तकनीक सीमेंट संयंत्र से 90% तक CO2 उत्सर्जन को पकड़ सकती है। यदि बायोमास ईंधन या प्रत्यक्ष वायु कैप्चर के साथ जोड़ा जाए, तो यह शुद्ध-नकारात्मक उत्सर्जन भी प्राप्त कर सकता है। यह सीमेंट उद्योग के लिए एक गेम-चेंजर होगा, जो अपने कार्बन पदचिह्न को कम करने के लिए बढ़ते दबाव में है। यूरोपीय संघ की उत्सर्जन व्यापार प्रणाली और अन्य कार्बन मूल्य निर्धारण तंत्र उच्च-कार्बन उत्पादों को अधिक महंगा बना रहे हैं, इसलिए सीमेंट उत्पादक लागत प्रभावी समाधानों के लिए उत्सुक हैं।

आर्थिक व्यवहार्यता और मापनीयता

ETH ज्यूरिख टीम ने एक तकनीकी-आर्थिक विश्लेषण किया है जिसमें दिखाया गया है कि कैल्शियम लूपिंग प्रक्रिया अन्य कार्बन कैप्चर विधियों के साथ आर्थिक रूप से प्रतिस्पर्धी हो सकती है, खासकर जब सिंथेटिक ईंधन या रसायनों में उपयोग के लिए CO2 बेचने की क्षमता पर विचार किया जाता है। तकनीक को मौजूदा संयंत्रों में फिर से लगाया जा सकता है, जिससे पूंजीगत लागत कम हो जाती है। शोधकर्ता अब एक पायलट प्लांट पर काम कर रहे हैं ताकि प्रक्रिया को बड़े पैमाने पर प्रदर्शित किया जा सके, और अगले दशक के भीतर व्यावसायिक तैनाती की उम्मीद है।

चुनौतियाँ और भविष्य की दिशाएँ

जबकि तकनीक आशाजनक है, पार करने के लिए चुनौतियाँ हैं। कैल्सीनेशन के लिए आवश्यक उच्च तापमान और ऑक्सीजन की आपूर्ति की आवश्यकता परिचालन लागत में वृद्धि करती है। कई चक्रों में सॉर्बेंट की स्थायित्व भी एक चिंता का विषय है, क्योंकि यह समय के साथ ख़राब हो सकता है। टीम सॉर्बेंट स्थिरता बढ़ाने और ऊर्जा खपत कम करने के तरीकों की खोज कर रही है। इसके अतिरिक्त, मौजूदा संयंत्र संचालन के साथ एकीकरण के लिए व्यवधानों से बचने के लिए सावधानीपूर्वक इंजीनियरिंग की आवश्यकता होती है।

जलवायु कार्रवाई के लिए व्यापक निहितार्थ

यदि सफल होता है, तो यह तकनीक वैश्विक जलवायु लक्ष्यों में एक प्रमुख योगदानकर्ता हो सकती है। सीमेंट उद्योग को 'कठिन-से-कम' माना जाता है क्योंकि इसमें अंतर्निहित प्रक्रिया उत्सर्जन होता है। नकारात्मक उत्सर्जन को सक्षम करके, यह दृष्टिकोण अन्य क्षेत्रों से उत्सर्जन की भरपाई करने में मदद कर सकता है। यह कार्बन डाइऑक्साइड हटाने (CDR) प्रौद्योगिकियों में बढ़ती रुचि के साथ भी संरेखित है, जो सदी के मध्य तक शुद्ध-शून्य लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए आवश्यक हैं।

निष्कर्ष

ETH ज्यूरिख का नवाचार जलवायु परिवर्तन के खिलाफ लड़ाई में एक महत्वपूर्ण कदम है। सीमेंट संयंत्रों को CO2 हटाने की सुविधाओं में बदलकर, यह सबसे चुनौतीपूर्ण औद्योगिक क्षेत्रों में से एक के लिए एक व्यावहारिक और स्केलेबल समाधान प्रदान करता है। हालांकि आगे अनुसंधान और विकास की आवश्यकता है, संभावित लाभ बहुत अधिक हैं। जैसे-जैसे दुनिया डीकार्बोनाइज़ करना चाहती है, यह तकनीक एक स्थायी भविष्य के निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकती है।

यह लेख इंटरेस्टिंग इंजीनियरिंग की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।