जौनपुर वासियों को ज़हरीले धुएँ से निजात दिला सकते हैं, सूक्ष्मजीवों से निर्मित जैव ईंधन !

जौनपुर में बढ़ते शहरीकरण और बढ़ती आय के साथ ही वाहनों की संख्या में भी इज़ाफ़ा देखा जा रहा है! हालांकि यह वृद्धि समृद्धि और तरक्की का संकेत है, लेकिन शहरीकरण और बढ़ते ट्रैफ़िक के कारण ईंधन की माँग में भी वृद्धि देखी जा रही है! लाज़मी है कि ईंधन की खपत अधिक होने के कारण वातावरण में वायु प्रदूषण भी बढ़ेगा! लेकिन सूक्ष्मजीवों (Microbes) द्वारा उत्पादित जैव ईंधन इस संदर्भ में एक क्रांतिकारी भूमिका निभा सकता है! जैव ईंधन के क्षेत्र में सूक्ष्मजीवों की भूमिका लगातार बढ़ रही है। आँखों से न दिखाई देने वाले ये छोटे-छोटे जीव स्वच्छ और नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत बनाने में बहुत बड़ा योगदान देते है। आपको जानकर हैरानी होगी कि फसलों, कृषि अपशिष्ट और पौधों की सामग्री से इथेनॉल और बायोडीज़ल(Biodiesel) जैसे जैव ईंधन के उत्पादन में भी बैक्टीरिया (bacteria), खमीर और शैवाल का उपयोग किया जाता है। ये ईंधन पर्यावरण के अनुकूल होते हैं और पारंपरिक पेट्रोल व डीज़ल की तुलना में प्रदूषण भी कम फैलाते हैं। समय के साथ जैसे-जैसे स्वच्छ ऊर्जा की मांग बढ़ रही है, वैसे-वैसे सूक्ष्मजीव जीवाश्म भी ईंधन पर निर्भरता कम करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभा रहे हैं। इसलिए आज के इस लेख में हम जैव ईंधन के एक प्रमुख स्रोत शैवाल पर चर्चा करेंगे और इसे नवीकरणीय ऊर्जा के विकल्प के रूप में समझेंगे। इसके बाद, हम बायोगैस उत्पादन में सूक्ष्मजीवों की भूमिका को जानेंगे और यह समझेंगे कि जैविक अपशिष्ट को ईंधन में कैसे बदला जाता है। अंत में, हम बायोएथेनॉल (Bioethanol) उत्पादन पर ध्यान केंद्रित करेंगे और देखेंगे कि पौधों की सामग्री का उपयोग टिकाऊ ऊर्जा बनाने में कैसे किया जाता है।

आइए, इस लेख की शुरुआत, जैव ईंधन के मुख्य स्रोत के रूप में शैवाल की भूमिका को समझने के साथ करते हैं:

शैवाल ईंधन (Algae Fuel), जीवाश्म ईंधन का एक वैकल्पिक स्रोत होता है, जो ऊर्जा-समृद्ध तेलों के लिए शैवाल का उपयोग करता है। इसे मकई और गन्ने जैसे पारंपरिक जैव ईंधन स्रोतों का भी एक विकल्प माना जाता है। यदि इसे समुद्री शैवाल (मैक्रोशैवाल) से बनाया जाए, तो इसे समुद्री शैवाल ईंधन या समुद्री शैवाल तेल कहा जाता है।

शैवाल से विभिन्न प्रकार के ईंधन बनाए जा सकते हैं। यह ईंधन उत्पादन की तकनीक और कोशिकाओं के उपयोग के आधार पर अलग-अलग होते हैं। शैवाल बायोमास से इसके तैलीय घटक (लिपिड) को निकालकर डीज़लबायोडीज़ल बनाया जा सकता है। इसे पेट्रोलियम-आधारित ईंधन के समान ड्रॉप-इन प्रतिस्थापन (Drop-in Replacement) के रूप में भी परिवर्तित किया जा सकता है। इसके अलावा, लिपिड निष्कर्षण के बाद शैवाल में मौजूद कार्बोहाइड्रेट (carbohydrate) को किण्वित करके बायोएथेनॉल या बायोब्यूटेनॉल (biobutanol) में बदला जा सकता है।

1. डीज़लबायोडीज़ल (Biodiesel): डीज़लबायोडीज़ल एक डीज़ल ईंधन है, जो पौधों या पशु वसा से प्राप्त होता है। शोध से पता चला है कि कुछ शैवाल प्रजातियाँ अपने शुष्क भार का 60% या अधिक तेल का उत्पादन कर सकती हैं। शैवाल जल में बढ़ते हैं, जिससे उन्हें पानी, CO₂ और पोषक तत्वों तक अच्छी पहुँच मिलती है। इसलिए, सूक्ष्म शैवाल को फ़ोटोबायोरिएक्टर या उच्च-दर वाले शैवाल तालाबों में उगाया जाता है, जहाँ वे बड़ी मात्रा में बायोमास और तेल उत्पन्न कर सकते हैं। इस तेल को डीज़लबायोडीज़ल में परिवर्तित करके ऑटोमोबाइल ईंधन के रूप में बेचा जा सकता है। इसके क्षेत्रीय उत्पादन और प्रसंस्करण से ग्रामीण समुदायों को आर्थिक लाभ मिलेगा।

2. बायोब्यूटेनॉल (Biobutanol): बायोब्यूटेनॉल, शैवाल या डायटम (Diatoms) से सौर ऊर्जा चालित बायोरेफ़ाइनरी द्वारा बनाया जाता है। इसका ऊर्जा घनत्व गैसोलीन से 10% कम लेकिन इथेनॉल और मेथनॉल से अधिक होता है। इसे बिना किसी संशोधन के गैसोलीन इंजनों में सीधे इस्तेमाल किया जा सकता है।

शोध में पाया गया है कि गैसोलीन (gasoline) के साथ मिश्रण में ब्यूटेनॉल, E85 (इथेनॉल मिश्रण) की तुलना में बेहतर प्रदर्शन और संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करता है। इसके अलावा, शैवाल तेल निष्कर्षण के बाद बचा जैविक कचरा भी ब्यूटेनॉल उत्पादन में उपयोगी हो सकता है।

3. बायोगैस (Biogas) : बायोगैस मुख्य रूप से मीथेन (CH₄) और कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂) से बनी होती है। इसमें थोड़ी मात्रा में हाइड्रोजन सल्फ़ाइड, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और हाइड्रोजन भी हो सकते हैं। अन्य पौधों की तुलना में मैक्रोशैवाल से मीथेन उत्पादन दर अधिक होती है। तकनीकी रूप से, मैक्रोशैवाल से बायोगैस उत्पादन आसान होता है, लेकिन इसकी उच्च लागत इसे आर्थिक रूप से कम व्यवहार्य बनाती है। सूक्ष्म शैवाल में मौजूद कार्बोहाइड्रेट और प्रोटीन को एनारोबिक पाचन के माध्यम से बायोगैस में बदला जा सकता है। यह प्रक्रिया तीन चरणों (हाइड्रोलिसिस, किण्वन और मीथेन उत्पत्ति) में होती है।

शैवाल से बनाए गए ये जैव ईंधन पर्यावरण-अनुकूल होते हैं और पारंपरिक जीवाश्म ईंधनों के बेहतर विकल्प हो सकते हैं। हालाँकि, इनका उत्पादन अभी भी लागत और तकनीकी चुनौतियों से जुड़ा हुआ है।

बायोगैस क्या है ?

बायोगैस, विभिन्न गैसों का मिश्रण होती है, जिसे मीथेनोजेन्स (Methanogen) नामक सूक्ष्मजीव उत्पन्न करते हैं। यह ईंधन के रूप में उपयोग की जाने वाली गैस है। आमतौर पर, बायोगैस मवेशियों के गोबर से बनाई जाती है क्योंकि इसमें मीथेनोजेन्स भरपूर मात्रा में होते हैं। इसके अलावा, इसमें नाइट्रोजन भी होता है, जो बायोगैस उत्पादन को प्रभावी बनाता है। बायोगैस की संरचना और उसमें मौजूद गैसों की मात्रा उस कच्चे पदार्थ पर निर्भर करती है।

आइए अब बायोगैस उत्पादन में सूक्ष्मजीवों की भूमिका को समझते हैं:

बायोगैस के उत्पादन में सूक्ष्मजीवों की भूमिका बेहद अहम होती है। ये सूक्ष्मजीव, जिन्हें मीथेनोजेन्स (Methanogens) कहा जाता है, बायोगैस बनाने में मदद करते हैं। मीथेनोबैक्टीरियम (methanobacterium) नामक ये जीव मवेशियों के पेट के रूमेन भाग में पाए जाते हैं। जब ये सूक्ष्मजीव एनारोबिक (बिना ऑक्सीजन) परिस्थितियों में बढ़ते हैं, तो बड़ी मात्रा में मीथेन, कार्बन डाइऑक्साइड और हाइड्रोजन जैसी गैसों का उत्पादन करते हैं। इन्हीं गैसों के मिश्रण से बायोगैस बनती है।

बायोगैस उत्पादन में सूक्ष्मजीवों की भूमिका:-

• सूक्ष्मजीव अवायवीय (बिना ऑक्सीजन) परिस्थितियों में बढ़ते हैं और विभिन्न चरणों में अलग-अलग गैसों का उत्पादन करते हैं।
• इन गैसों में मुख्य रूप से मीथेन, कार्बन डाइऑक्साइड (carbon dioxide) और हाइड्रोजन (hydrogen) शामिल होते हैं।
• इन गैसों को उत्पन्न करने वाले सूक्ष्मजीवों को सामूहिक रूप से मीथेनोजेन्स कहा जाता है।
• ये सूक्ष्मजीव मलजल उपचार संयंत्रों में बनने वाले कीचड़ और मवेशियों के रूमेन में पाए जाते हैं।
• बायोगैस उत्पादन के लिए मवेशियों के गोबर और अन्य जैविक कचरे का उपयोग किया जाता है।

इस प्रकार, सूक्ष्मजीवों की सहायता से गोबर और जैविक कचरे को उपयोगी ईंधन में बदला जा सकता है, जिससे पर्यावरण को भी लाभ होता है।

बायोमास के किण्वन से बायोएथेनॉल भी बनाया जाता है, चलिए जानते हैं कैसे?: 

कई दशकों से विभिन्न उद्योगों, विशेष रूप से खाद्य और इथेनॉल उत्पादन में खमीर का उपयोग किया जाता रहा है। हाल के वर्षों में, बायोएथेनॉल को स्वच्छ ऊर्जा के रूप में नई पहचान हासिल हुई है। यह ग्लोबल वार्मिंग से जुड़े जीवाश्म ईंधन और परमाणु ऊर्जा के विकल्प के रूप में भी ध्यान आकर्षित कर रहा है। 2011 में जापान में हुई परमाणु दुर्घटना के बाद सुरक्षा को लेकर चिंताएँ और बढ़ गई हैं।

सामान्यतः, बायोएथेनॉल (Bioethanol) का उत्पादन खमीर किण्वन (fermentation) द्वारा बायोमास से किया जाता है। बायोमास के कई स्रोत हैं जिनका उपयोग इथेनॉल बनाने में किया जा सकता है। इनमें गन्ना, मक्का और उनके अवशिष्ट पदार्थ शामिल हैं। बायोएथेनॉल को एक नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत माना जाता है क्योंकि बायोमास ऐसे संसाधन होते हैं जिन्हें लगातार उत्पादित और पुनः नवीनीकृत किया जा सकता है।

हालाँकि, खमीर के उपयोग से बायोमास से बायोएथेनॉल का उत्पादन बहुत अधिक नहीं हो पाता। इसी कारण, जीवाश्म ईंधन और परमाणु ऊर्जा के स्थान पर बायोएथेनॉल का व्यावहारिक उपयोग सीमित रहा है। इसके औद्योगिक उत्पादन के लिए यह आवश्यक है कि बायोमास संस्कृतियों के खमीर किण्वन के लिए उचित तकनीक विकसित की जाए। इसमें नमक, चीनी और इथेनॉल की उच्च सांद्रता का ध्यान रखना जरूरी होता है।

लेकिन, इन प्रक्रियाओं में खमीर तनाव का सामना करता है, जिससे उसकी कोशिकाएँ किण्वन के दौरान कमज़ोर हो सकती हैं। इसी समस्या को हल करने के लिए, हम जलीय पर्यावरण से अलग किए गए विभिन्न प्रकार के तनाव-प्रतिरोधी खमीर का अध्ययन कर रहे हैं। हमने गर्म पानी के झरनों से ऊष्मा-सहिष्णु और किण्वनीय खमीर को अलग किया है। इसके द्वारा, अत्यधिक केंद्रित सैकरीफाइड निलंबन से बायोएथेनॉल का सफलतापूर्वक उत्पादन किया गया है।

संदर्भ: 

https://tinyurl.com/mv5d7ffv

https://tinyurl.com/58jhkymk

https://tinyurl.com/22x6rd58 

मुख्य चित्र: एक माइक्रोबियल ईंधन सेल का निर्माण जिसमें बैक्टीरिया द्वारा अपशिष्ट को विघटित किया जाता है (Wikimedia)