सामाजिक, आर्थिक, औद्योगिक अशा विविध क्षेत्रांतील विकासात ऊर्जेचे महत्त्व अनन्यसाधारण आहे. ऊर्जेचा अपुरा पुरवठा झाल्यास विकासाचे उपक्रम राबवण्यावर मर्यादा येतात. तसेच तंत्रज्ञानाचा विकासही मंदावतो. या गोष्टी देशाच्या आर्थिक वाढीस प्रतिकूल ठरतात. परिणामत: त्या देशातील लोकांचे राहणीमान अपेक्षित वेगाने सुधारत नाही. विकसनशील देशांना ऊर्जा समस्येचा तीव्र सामना करावा लागतो. जीवनाच्या विविध क्षेत्रात विजेचा नियमित आणि अखंडित पुरवठा ही प्रमुख गरज असते. ऊर्जेच्या विविध स्त्रोतातून वीज मिळवता येते. अनेक देशांमध्ये नूतनीकरणयोग्य ऊर्जेचे विविध स्तोत्र (Renewable energy sources) मोठ्या प्रमाणात उपलब्ध आहेत. असे ऊर्जा स्त्रोत नैसर्गिक संसाधनांमध्ये (Natural Resources) मुबलक प्रमाणात उपलब्ध होऊ शकतात.
अब्जांश तंत्रज्ञानामध्ये नूतनीकरणयोग्य ऊर्जा संसाधनांपासून स्वच्छ, सुनियोजित, कार्यक्षम आणि विश्वसनीय ऊर्जा उपलब्ध करण्याची प्रचंड क्षमता आहे. याचा वापर करून विकसनशील देशांना उर्जेच्या बाबतीत आत्मनिर्भरतेकडे वाटचाल करणे शक्य आहे. हे केल्यास पारंपरिक, दूषित व खर्चिक ऊर्जा स्त्रोतांवरील त्यांचे अवलंबित्व पुष्कळ प्रमाणात कमी होऊ शकते. अब्जांश तंत्रज्ञानाद्वारे उपकरणांच्या आकृतिबंधापासून ते निर्मितीपर्यंतच्या प्रक्रियेचे नियोजनबद्ध पद्धतीने नियंत्रण करता येते. त्याच्या कार्यक्षमतेचे संश्लेषण देखील करता येते. अब्जांश पदार्थांचे गुणधर्म हे नेहमीच्या आकारमानातील पदार्थांपेक्षा पूर्णत: वेगळे असल्याने ऊर्जा निर्मितीची क्षमता वाढविण्यासाठी या गुणधर्मांचा उपयोग केला जातो.
ऊर्जा निर्मिती : खालील ऊर्जा निर्मिती प्रक्रियांमध्ये अब्जांश तंत्रज्ञानाचा वापर मोठ्या प्रमाणावर केला जात आहे.
(१) प्रकाशव्होल्टीय घट (Photovoltaic Cell) याचा वापर करून मोठ्या प्रमाणावर विद्युत् ऊर्जा निर्मिती केली जाते.
(२) वारा, जैविक पदार्थ यांपासून वीज निर्मिती तसेच ऊर्जा संचय करता येतो.
(३) प्रकाश योजना आणि हायड्रोजन इंधन निर्मितीसाठी अब्जांश तंत्रज्ञान खूपच उपयोगी आहे.
(४) अब्जांश तंत्रज्ञानाचा वापर करून शाश्वत ऊर्जा (Sustainable energy) मिळवणे शक्य आहे. त्या दृष्टीने सध्या व्यापक स्तरावर प्रयोग केले जात आहेत.
(५) सौरऊर्जेचा वापर करून विद्युत् ऊर्जा निर्मितीची कार्यक्षमता वाढवता येते. सौरऊर्जेवर विद्युत् प्रभारीत (Electric charging) होणाऱ्या प्रकाशव्होल्टीय घटाचे कार्य अब्जांश तंत्रज्ञानामुळे अधिक परिणामकारकरित्या होते.
(६) गृह प्रकल्प, औद्योगिक प्रकल्प, सरकारी इमारती यांचे परिसर तसेच रस्त्यांवरील दिवे प्रकाशित करणे इत्यादी कामांसाठी सौर ऊर्जेचा वापर आता वाढत्या प्रमाणावर होत आहे.
(७) पेट्रोल अथवा डिझेल या इंधनांवर चालणाऱ्या विद्युत् जनित्राचा प्रतिलोमी (Invertors) विद्युत् प्रभारीत करण्यासाठी सौर ऊर्जा वापरतात.
(८) वजनाने हलके, स्वस्त आणि अधिक कार्यक्षम असे सौर घट (Solar cells) आता खुल्या बाजारात मिळतात.
(९) अब्जांश तंत्रज्ञानाच्या साहाय्याने पवनचक्क्यांची कार्यक्षमता वाढवता येते. ‘इपॉक्सी’युक्त कार्बनपासून बनवलेल्या अब्जांश नलिकांचा वापर पवनचक्क्यांची मजबूत, पातळ, टिकाऊ आणि वजनाने हलकी अशी पाते बनवण्यासाठी केला जातो. अब्जांश कणांचा वापर करून तयार केलेले रंग (Paints) वापरल्याने पवनचक्कीच्या टरबाइनचे (Turbines) आयुष्य वाढते.
(१०) अब्जांश तंत्रज्ञानाद्वारे भू-औष्णिक उर्जा (Geothermal energy) निर्मिती करता येते. भू-औष्णिक उर्जा उत्पादन करण्यासाठी नैसर्गिकरित्या गरम पाणी असलेल्या जमिनीखालील खडकांमधील अतितप्त पाणी/द्रव बाहेर काढतात आणि त्याचा वीज निर्मितीसाठी वापर करतात.
(११) अब्जांश कणांचा वापर करून सौर केंद्रक (Solar Concentrators) विकसित केले जातात व सूर्य किरणांच्याद्वारे मिळणारी ऊर्जा एकत्रित करून उच्च दाबाची पाण्याची वाफ (High pressure steam) तयार केली जाते. त्याचा वापर ऊर्जा जनित्रे/संयंत्रे (Generators) चालविण्यासाठी केला जातो.
(१२) वाहन चालू असताना त्याच्या धुराड्यातून धुराच्या रूपात तप्त वायू सातत्त्याने बाहेर पडत असतो. या वाया जात असलेल्या उष्णतेपासून वीज निर्माण केली जाऊ शकते. यासाठी अब्जांश नलिकांचा (Nanotubes) वापर करून विकसित केलेला पातळ पत्रा गरम नलिकेभोवती गुंडाळला जातो. अशाप्रकारे औष्णिक घट (Thermo cell) तयार करून त्याच्या बाजू वेगवेगळ्या तापमानात ठेवून अल्प प्रमाणात वीज निर्मिती होऊ शकते.
ऊर्जा संचयन : अब्जांश तंत्रज्ञानाच्या साहाय्याने ऊर्जा संचयन देखील केले जाते.
(१) लीड ॲसीटेट (Lead Acitate) बॅटरी आणि धारित्र (Capacitor) हे ऊर्जा संचयनाचे दोन चांगले पर्याय आहेत. गेल्या काही वर्षांपासून मात्र बॅटरीतील पारंपरिक इलेक्ट्रोडऐवजी कार्बन अब्जांश नलिका वापरल्या जातात. त्यामुळे विद्युत् वाहकता वाढते, तसेच बॅटरीची कार्यक्षमता व ऊर्जा संचयन क्षमता मोठ्या प्रमाणात वाढते.
(२) अब्जांश तंत्रज्ञानामुळे लहान आकाराच्या, वजनाने हलक्या व वापरण्यास सोयीचे विजेरी संच (बॅटरी) विकसित करणे शक्य झाले आहे.
(३) अब्जांश बॅटरींचे पुनर्प्रभारण (Recharging) परंपरागत बॅटरींपेक्षा सुमारे ६०पट अधिक वेगाने करता येते.
(४) सौर-औष्णिक ऊर्जा संचयन क्षमता वाढविण्यासाठी देखील अब्जांश तंत्रज्ञान उपयुक्त आहे.
(५) विद्युत् ऊर्जेचे वितरण करण्यासाठी सध्या पारंपरिक ॲल्युमिनियम व स्टील यांच्या मिश्रणातून तयार केलेले विद्युत्-वाहक (Electric conductors) वापरले जातात. तथापि या पारंपरिक पदार्थांची विद्युत् रोधकता (Electric resistance) अधिक असल्याने विद्युत् वितरण प्रक्रियेत मोठ्या प्रमाणात उष्णता निर्माण होऊन ऊर्जेचा अपव्यय होण्याचे प्रमाण जास्त आहे. त्यामुळे साहजिकच विजेच्या वितरण खर्चात वाढ होते. या समस्येवर मात करण्यासाठी आता अब्जांश तंत्रज्ञानाचा वापर करण्यात येत आहे. विजेच्या वितरणासाठी कार्बन अब्जांश नलिका वापरून बनवलेल्या विद्युत्-वाहक तारा वापरतात. त्यामुळे वीज वितरण प्रक्रियेच्या कार्यक्षमतेमध्ये लक्षणीय वाढ होते.
(६) विद्युत् वितरण जालिकेमधील (Grid) परिवर्तित्रची (Transformer) कार्यक्षमता वाढविण्यासाठी अब्जांश कण मिश्रित द्रव उपयोगात आणले जातात.
(७) इंधन-घट (Fuel Cells) निर्मितीसाठी आवश्यक असणाऱे उत्प्रेरक (Catalyst) विकसित करण्यासाठी अब्जांश तंत्रज्ञान हे मोठे वरदान ठरले आहे.
(८) हायड्रोजन वायू हा उद्योग क्षेत्र, वैद्यकीय क्षेत्र, संशोधन क्षेत्र अशा विविध क्षेत्रांत लागणारा अत्यंत उपयुक्त असा वायू आहे. नैसर्गिकरीत्या उपलब्ध असलेल्या अनेक वायूंमध्ये हायड्रोजन वायू हा एक घटक असतो. त्यांमधील हायड्रोजन वायू अधिक सुलभतेने स्वतंत्र करण्यासाठी अब्जांश तंत्रज्ञानाचा उपयोग केला जातो.
(९) इंधन टाकीतील ‘ग्रॅफिन’ या अब्जांश पदार्थाच्या पृष्ठभागानजीक हायड्रोजनची बंधनकारक ऊर्जा (Binding Energy) वाढविण्यासाठी अब्जांश तंत्रज्ञान उपयुक्त ठरते.
एकूणच अब्जांश तंत्रज्ञानाने ऊर्जा क्षेत्रामध्ये आमूलाग्र बदल घडवून आणले आहेत आणि यापुढेही याचे महत्त्व वाढतच राहील.
संदर्भ :
- Emmanuel A. Echiegu, Nanotechnology as a Tool for Enhanced Renewable Energy Application in Developing Countries, J Fundam Renewable Energy Appl 2016.
- J.T. Jiu, S. Isoda, F.M. Wang, M.J. Adachi, Dye sensitized solar cells based on a single crystalline TiO2 nanorod film, J. Phys. Chem. B 110, 2087–2092, 2006.
- Q. Zhang, E. Uchaker, S.L. Candelaria, G. Cao, Nanomaterials for energy conversion and storage, Chem. Soc. Rev. 42, 3127-3171, 2013.
समीक्षक : वसंत वाघ
