डॉ. टी. राजा

आखाती देशांतील युद्धामुळे भारतासह अनेक देशांवर ऊर्जा संकट ओढावले आहे. तेलशुद्धीकरण कारखाने आणि रशियासारख्या खनिज तेल पुरवठादारांमुळे सध्या तरी भारतात पेट्रोल-डिझेल तुटवड्याचे संकट नाही. मात्र, घरगुती आणि व्यावसायिक वापरासाठीच्या लिक्विड पेट्रोलियम गॅसच्या (एलपीजी) उपलब्धतेचे मोठे संकट देशासमोर आहे. राष्ट्रीय रासायनिक प्रयोगशाळेने विकसित केलेल्या डायमिथिल ईथरमुळे (डीएमई) तातडीने ९ टक्के एलपीजीला पर्याय उपलब्ध होईल आणि थोडे बदल केले तर २० टक्क्यांपर्यंत एलपीजीला पर्यायी इंधन आपण देऊ शकतो. दीर्घकालीन बदलांनंतर आपण मोठ्या प्रमाणावर डीएमईचा वापर घरगुती गॅस इंधन म्हणून करू शकतो.

मानवी उत्क्रांतीत चाकाचा शोध हा सर्वांत महत्त्वाचा टप्पा मानला जातो. कारण, चाकांमुळे ऊर्जेचे रूपांतर गतिमानतेत करता आले. औद्योगिक क्रांतीने १८व्या शतकात चाकांच्या गतिमानतेसाठी जीवाश्म इंधनाचा पर्याय दिला, ज्यामुळे मोठ्या प्रमाणावर आधुनिक साधनांची निर्मिती झाली. त्यामुळे इंधन हे कोणत्याही संस्कृतीचा किंवा समाजव्यवस्थेचा कणा राहिले आहे. आज आपण वाहतूक, स्वयंपाक, यंत्रसामग्री, घरातील उपकरणे, औषधे, शेती आदी क्षेत्रांत मोठ्या प्रमाणावर इंधनाचा वापर करत आहोत. मात्र, आपली बहुतांश ऊर्जा संसाधने शाश्वत नाहीत. आखाती देशांतील युद्धामुळे आज आपल्यावर इंधन तुटवड्याचे संकट ओढावले असले, तरी जीवाश्म इंधनाचे स्रोत आज ना उद्या संपणार आहेत. या इंधनामुळे होणारे हरितगृह वायूंचे उत्सर्जन आणि हवामान बदलांचे मोठे संकट जगासमोर उभे ठाकले आहे. म्हणूनच शाश्वत भविष्यासाठी पर्यायी आणि पर्यावरणपूरक ऊर्जा स्रोतांचा शोध अनिवार्य ठरतो.

सौर ऊर्जा, पवन ऊर्जा, जलविद्युत, भू-औष्णिक ऊर्जा, जैवइंधन आदी अपारंपरिक ऊर्जास्रोत उपलब्ध आहेत. मात्र, प्रत्येकाला मर्यादा आहेत. आजच्या वापरावरील पेट्रोल, डिझेल आणि एलपीजी गॅससारखे सर्वाधिक उष्मा असलेले, वाहतूक आणि साठवणूक करण्यासाठी सोपे असलेल्या इंधनाची मानवजातीला गरज आहे. तसेच, आज उपलब्ध साधनांद्वारे सहजपणे ऊर्जा स्रोताचा वापर करता आला पाहिजे. पुण्यातील राष्ट्रीय रासायनिक प्रयोगशाळेत आम्ही अशा पर्यायी इंधन स्रोतांवर गेली दोन दशकांहून अधिक काळ संशोधन करत आहोत. २००४मध्ये आमच्या प्रयोगशाळेत डायमिथिल ईथरवर प्राथमिक संशोधनाला सुरुवात झाली. आज प्रत्यक्ष वापराबरोबरच औद्योगिक उत्पादनाच्या स्थितीपर्यंत आम्ही पोहोचलो आहोत, परंतु वास्तविक संशोधन २०१८पासून करण्यात आले .

डायमिथिल ईथर (डीएमई) हे एक शाश्वत आणि पर्यावरणपूरक इंधन आहे. विविध स्त्रोतांकडून मिथेनॉल आणि त्यापासून पुढे डायमिथिल ईथर निर्माण केले जाते. एक प्रकारे हे कृत्रिमरीत्या तयार केलेले इंधन असून, ज्याला उच्च दाबाखाली गोठवल्यास एलपीजी गॅससारखा वापर करता येतो. याचा वापर थोडेफार बदल करून ‘कॉम्प्रेशन इग्निशन’ म्हणजेच डिझेल इंजिनमध्ये केला जाऊ शकतो. सामान्य वातावरणात डीएमई हा रंगहीन वायू असतो. सध्या याचा वापर रासायनिक उद्योगात एरोसोल प्रोपेलेंट, द्रावक आणि रेफ्रिजरंट म्हणून मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. पारंपरिक इंधनांच्या तुलनेत डीएमईचे उष्मांक मूल्य आणि औष्णिक कार्यक्षमता उत्तम आहे. हे अत्यंत स्वच्छ जळणारे इंधन असून, यातून सूक्ष्म कण आणि घातक वायूंचे उत्सर्जन नगण्य होते.

विशेष म्हणजे, ओझोनच्या थराला हानी पोहोचवणाऱ्या क्लोरोफ्लुरोकार्बन्सला (CFCs) पर्याय म्हणून याचा वापर आधीच सुरू झाला आहे. तसेच, लोअर ओलेफिन्स आणि मिथिल ॲसिटेट यांसारखी महत्त्वाची रसायने तयार करण्यासाठी डीएमई एक मध्यस्थ घटक (मिडल एजंट) म्हणून काम करते, ज्यामुळे देशातील रसायन उद्योगाच्या अर्थव्यवस्थेला गती मिळू शकते.

डीएमईकडे अधिक प्रगत ‘दुसऱ्या पिढीचे जैवइंधन’ म्हणून पाहिले जाते. त्याचे गुणधर्म प्रोपेन वायूसारखे आहेत. डीएमईला ७ बार दाबाखाली द्रव स्वरूपात साठवता येते. रासायनिकदृष्ट्या हे इंधन अक्रियाशील, गंज न चढणारे आणि बिनविषारी आहे. हवेच्या दीर्घकाळ संपर्कात आल्यावरही त्यातून घातक पेरोक्साईड्स तयार होत नाहीत. याच्या भौतिक-रासायनिक गुणधर्मांमुळे ते एलपीजीमध्ये मिसळण्यासाठी किंवा त्याला पर्याय म्हणून वापरण्यासाठी अत्यंत योग्य आहे. वाहतुकीच्या ट्रकवर केलेल्या चाचण्यांमध्ये असे दिसून आले आहे की, डिझेल ट्रकच्या तुलनेत डीएमई इंधनावरील ट्रकची कार्यक्षमता उत्कृष्ट असून, उत्सर्जनाचे निकष पाळण्यासाठी याला वेगळ्या ‘पार्टिक्युलेट फिल्टर’ची गरज भासत नाही, कारण डीएमई इंधनातून कमी प्रदूषके आणि कोणतेही हानिकारक वायू उत्सर्जित होत नाहीत.

राष्ट्रीय रासायनिक प्रयोगशाळेच्या उत्प्रेरक विभागात २००४मध्ये डीएमईवर आम्ही प्राथमिक संशोधन सुरू केले. अगदी सुरुवातीला डायरेक्ट मेथडचा वापर करत डीएमईच्या उत्पादनाचा प्रयत्न झाला होता. यावरील मूलभूत संशोधन चालू होते. मात्र, २०१८मध्ये वैज्ञानिक आणि औद्योगिक संशोधन परिषदेने (सीएसआयआर) ''शाश्वत विकासासाठी उत्प्रेरक'' हा मिशन मोड प्रकल्प हाती घेतला. या अंतर्गत आमच्या संशोधनाला गती मिळाली. मिथेनॉलच्या निर्जलीकरण प्रक्रियेसाठी आम्ही अनेक मार्ग शोधत होतो. रासायनिक अभिक्रियेसाठी उत्प्रेरक आणि संयंत्रासाठी अभियांत्रिकी संशोधन चालू होते.

आम्ही विकसित केलेल्या उत्प्रेरकाला ‘डीएमई कॅटेलिस्ट एस.ए.एम’ म्हणून ओळखले जाते. त्यात सातत्याने सुधारणा होत तिसऱ्या पिढीचा उत्प्रेरक आमच्याकडे आहे. दरम्यान कोरोनाच्या वैश्विक साथीत ऑक्सिजनच्या निर्मितीमध्ये आमच्या प्रयोगशाळेने महत्त्वाचे संशोधन केले. त्यामुळे काही काळ (२ वर्षे) हा प्रकल्प थांबला, पण कोरोनानंतर आम्ही यात वेगाने प्रगती केली आहे. प्रयोगशाळेत बऱ्यापैकी संशोधन झाल्यानंतर एनसीएलच्याच आवारात आम्ही १३ ते १४ किलोग्रॅम उत्पादन देणारा डीएमई प्लांट तयार केला. त्यासाठी मोठे अभियांत्रिकी संशोधन करावे लागले. संपूर्ण स्वदेशी संयंत्र विकसित झाले. आम्ही केवळ तेवढेच करून थांबलो नाही, तर डीएमईवर चालणारी गॅस शेगडी विकसित केली. वाहनांमध्ये वापर करायचा ठरल्यास कोणते बदल करावे लागतील, याचाही अभ्यास केला. प्रत्यक्षात पाहिले तर एकूण संशोधन ५ वर्षांत स्थापित झाले आहे.

आम्ही केलेल्या संशोधनाचे कोणी त्रयस्थ संस्थेने मूल्यांकन करावे म्हणून आम्ही इंडियन ऑईल कॉर्पोरेशन लिमिटेड या कंपनीशी २०२१मध्ये संपर्क साधला. व्यावसायिक उत्पादनाआधी सर्व चाचण्या पूर्ण व्हाव्यात म्हणून आम्ही सीएसआयआरच्या निधीतून २५० किलोग्रॅम उत्पादन देणाऱ्या संयंत्राच्या उभारणीकडे वळालो. यासाठी पुण्यातील पिरंगुटसारख्या ठिकाणी स्थानिक उद्योगाच्या मदतीने हा प्रकल्प पूर्ण केला आहे. या प्रवासात आमचे संचालक डॉ. आशिष लेले यांचे खूप महत्त्वाचे मार्गदर्शन लाभले आहे. मार्च २०२६ च्या अखेरपर्यंत हे संयंत्र संपूर्ण क्षमतेने कार्यरत असेल. आता पुढे जाऊन आम्ही २.५ टनाचे संयंत्र विकसित करत आहोत. आमच्या पीएचडी संशोधक विद्यार्थ्यांसह एनसीएलच्या शास्त्रज्ञांनीही यात मोलाचे सहकार्य केले आहे. विशेष करून शिवा प्रसाद मेकला, समृद्धी माने, आकाश भटकर या संशोधक विद्यार्थ्यांचे महत्त्वाचे कार्य आहे.

प्रयोगशाळेतील तंत्रज्ञानाला प्रत्यक्ष औद्योगिक उत्पादनापर्यंत येण्यासाठी महत्त्वाचे ९ टप्पे पार करावे लागतात, ज्याला ‘टेक्नॉलॉजी रेडीनेस लेव्हल’ (टीआरएल) असे म्हटले जाते. प्रयोगशाळेत संशोधन होत प्रत्यक्ष सिद्ध होण्यापर्यंतचे टप्पे म्हणजे टीआरएल १ ते ४ होय. पुढे प्रयोगशाळेतील उत्पादन आणि नंतर प्रायोगिक स्तरावरील उत्पादनाचे टप्पे येतात. प्रायोगिक स्तरावरील उत्पादन म्हणजे टीआरएल ६ ते ७ होय. बहुतेक संशोधने याच ठिकाणी अपयशी ठरतात, ज्याला आम्ही ‘व्हॅली ऑफ डेथ’ म्हणून ओळखतो. डीएमईच्या चाचण्यांनी आता हा टप्पा यशस्वीपणे पूर्ण केला आहे. त्यामुळे निश्चितच याचे मोठ्या प्रमाणावर औद्योगिक स्तरावर उत्पादन सहजपणे करता येईल.

डीएमईच्या उत्पादनासाठी लागणारा कच्चा माल म्हणजे मिथेनॉल होय. भारतामध्ये मिथेनॉलची सहज निर्मिती करता येते. औद्योगिक स्तरावरही याचे उत्पादन घेतले जाते. याचे प्रमुख चार मार्ग आहेत. :

१ जैव कचरा : घरातील खरकटे, शेतीतील कचरा, आदी जैव कचऱ्याचे पायरॉलिसिस केल्यावर मिथेन मिळवता येतो. याच मिथेनचे रिफॉर्मिंग केल्यावर कार्बन मोनॉक्साईड आणि हायड्रोजन हे सिंथेटिक वायू मिळतात. यांच्यापासून आपल्याला मिथेनॉल प्राप्त होतो.

२ नैसर्गिक वायू : नैसर्गिक वायूंपासून कार्बन मोनॉक्साईड आणि हायड्रोजनची निर्मिती आणि पुढे त्यातून मिथेनॉल मिळतो.

३ कार्बन डायऑक्साइड : कार्बनचे मोठ्या प्रमाणावर उत्सर्जन होते. त्याच्या वापरातूनही मिथेनॉल मिळेल.

४ दगडी कोळसा : भारतात मोठ्या प्रमाणावर वेगवेगळ्या प्रकारचा दगडी कोळसा उपलब्ध आहे. त्याच्या गॅसिफिकेशनमधून मिथेनॉलची सहज निर्मिती करता येते.

पर्यायी इंधन :

घरगुती इंधनासंबंधी नवीन तंत्रज्ञानाचे प्रमाणीकरण करण्यासाठी ‘एलपीजी इक्विपमेंट रिसर्च सेंटर’चे प्रमाणपत्र आवश्यक असते. एक प्रकारे उत्पादनांच्या वापरासंबंधीचे प्रमाणपत्र ही संस्था प्रदान करते. त्या संस्थेने दिलेल्या अहवालानुसार आता आहे त्या परिस्थितीत आपण एलपीजी गॅसमध्ये ८ टक्के डायमिथिल ईथरचे ब्लेंडिंग करू शकतो. त्यासाठी गॅस शेगडी आणि एलपीजी गॅस टाकीत कोणताही बदल करण्याची गरज नाही. आपण एलपीजी गॅस टाकीच्या नोझलमध्ये थोडे बदल केल्यास २० टक्क्यांपर्यंत डीएमई इंधन आपण एलपीजीमध्ये मिसळू शकतो, ज्यामुळे तब्बल २० टक्के इंधनाची व परकीय चलनाची बचत होईल.

आम्ही विकसित केलेली गॅस शेगडी वापरल्यास आपण १०० टक्क्यांपर्यंत थेट डीएमईचा वापर करू शकतो. पण त्यासाठी आपल्याला दीर्घकालीन बदलांकडे पहावे लागेल. पुढील आठ ते नऊ महिन्यांत आम्ही डीएमई इंधनाद्वारे एलपीजीसाठी ८-१० टक्के पर्यायी इंधन उपलब्ध करू शकू.

केवळ घरगुती गॅसपर्यंत डीएमईचा उपयोग मर्यादित नाही, तर चारचाकी वाहने, जहाजे आणि विद्युत जनरेटरसाठी डीएमई एक सुरक्षित आणि स्वस्त पर्याय ठरू शकतो. पुण्यातील ‘ऑटोमोटिव्ह रिसर्च असोसिएशन ऑफ इंडिया’च्या (एआरएआय) सहकार्याने एनसीएलने रिक्षा आणि इतर वाहनांवर या इंधनाच्या यशस्वी चाचण्या घेतल्या आहेत. यामध्ये ‘नायट्रोजन ऑक्साईड’चे उत्सर्जन अत्यंत कमी तर सल्फर ऑक्साईड शून्यापर्यंत असल्याचे आढळले आहे.

आता रासायनिक उद्योगांनीही डीएमई उत्पादन तंत्रज्ञानात रस दाखवला आहे. ‘इंजिनिअर्स इंडिया लिमिटेड’ आणि ‘सीएसआयआर-एनसीएल’ यांच्यात या तंत्रज्ञानाच्या औद्योगिक उत्पादनासाठी सामंजस्य करार झाला आहे. तसेच तेल कंपन्यांच्या माध्यमातून मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन युनिट्स उभारण्याच्या हालचाली सुरू आहेत. नीती आयोगानेही देशाच्या ऊर्जा सुरक्षेसाठी डीएमई तंत्रज्ञानाची ओळख एक महत्त्वाची दिशा म्हणून केली आहे.

(लेखक पुण्यातील राष्ट्रीय रासायनिक प्रयोगशाळेत डीएमई प्रक्रिया तंत्रज्ञानाचे प्रमुख शास्त्रज्ञ आहेत.)

(अनुवाद : सम्राट कदम)