गडद निळ्या ढगातून आणि दमट हवेतून मिळणार वीज, आपले मोबाईलही होतील चार्ज

प्रश्सिद्ध भौतिक शास्त्रज्ञ निकोला टेस्ला यांना नेहमीच वाटायचं की, आर्द्र-दमट हवेतून वीज निर्माण करता येऊ शकेल. पावसाळी ढगात वीज चमकते तीच पद्धत वापरून आपणही ढगातून इलेक्ट्रिसिटी निर्माण करू शकतो, हा त्यांचा दावा आता त्यांच्या मृत्यूनंतर अनेक दशकांनी प्रत्यक्षात येण्याची शक्यता आहे.
वाचूया, ढगांतून वीज निर्माण करण्यासंदर्भात केलेल्या प्रयोगाबाबतचा लेख

त्या प्रयोगशाळेत उपस्थित असलेल्या कुणाचााच आपल्या डोळ्यांवर चटकन विश्वास बसला नाही. प्रायोगिक तत्त्वावर विद्यार्थ्यांनी तयार केलेलं ह्युमिडिटी सेन्सर नावाचं यंत्र इलेक्ट्रिक सिग्नल द्यायला लागलं होतं. तुम्ही म्हणाल – त्यात काय? पण त्याआधी पूर्ण स्टोरी वाचा…

“काही कारणाने जो विद्यार्थी त्या यंत्रावर काम करत होता तो त्याचं पॉवर बटन दाबायला विसरला होता. ही खरी स्टोरीची सुरुवात आहे,” युनिव्हर्सिटी ऑफ मॅसेच्युसेट्स अॅमहर्ट् समध्ये शिकणाऱ्या जून याओने सांगितलं.

त्या क्षणापासून गेली पाच वर्षं – दमट, बाष्पयुक्त हवेतून वीज निर्माण करण्याच्या प्रयोगाने त्यानंतर याओ आणि त्याच्या सहकाऱ्यांना पछाडलं आहे. या वीजनिर्मितीच्या प्रक्रियेला हायग्रोइलेक्ट्रिसिटी (hygroelectricity)असं म्हणतात.

बाष्पयुक्त हवेतून किंवा ढगातून वीजनिर्मितीची संकल्पना तशी नवी नाही. अनेक वर्षं यावर विचार होत आहे. शास्त्रज्ञ निकोला टेस्ला आणि इतरांनीही यावर बरंच संशोधन केलं. पण त्यांच्या हाती ठोस असं काही लागलं नाही. पण आता मात्र हे चित्र बदलू शकतं.

निसर्गतःच हवेत तरंगत असणाऱ्या बाष्पकणांपासून वीज निर्माण करण्याचे नवनवे मार्ग शोधण्यासाठी जगभरात विविध शास्त्रज्ञांचे गट झटत आहेत. मूळात अशा प्रकारे वीजनिर्मिती शक्य आहे, कारण हे हवेतील पाण्याचे रेणू आपसात इलेक्ट्रिकल चार्ज पसरवत असतात.

हीच नैसर्गिक प्रक्रिया जर आपण नियंत्रित करू शकलो तर हवी तेवढी वीज मिळले. यातलं आव्हान म्हणजे उपयोजित वीज काढून घेणे. पण आता शास्त्रज्ञांना विश्वास वाटू लागला आहे की, छोटे कॉम्प्युटर किंवा सेन्सरसारखी छोटी उपकरणं चालवायला उपयुक्त ठरेल एवढी वीज नक्कीच आपण हवेतल्या पाण्यातून तयार करू शकू.

आपल्याभोवती अक्षरशः २४ तास तरंगत असणाऱ्या स्रोतापासून शाश्वत वीजनिर्मितीचा नवीन मार्ग मिळण्याची आशा त्यामुळे पल्लवित झाली आहे.

२०२० मध्ये याओ आणि त्याच्या सहकाऱ्यांनी एक रिसर्च पेपर सादर केला. त्यात त्यांनी बॅक्टेरिअमपासून उत्पन्न झालेल्या प्रथिनांच्या अगदी बारिक तारा (नॅनोवायर्स) हवेतून कशी वीज निर्माण करतात हे दाखवून दिले. उपयोजित वीजनिर्मितीची अचूक यंत्रणा अद्याप चर्चेत आहे. पण या प्रयोगातला प्रथिन पदार्थ त्याच्या अगदी सूक्ष्म छिद्रांमुळे पाण्याचे रेणू पकडण्यास सक्षम ठरला आणि त्या पदार्थाशी झालेल्या घर्षणातून पाण्याच्या रेणूंनी त्यांच्यातला विद्युतभार पदार्थात सोडला.

आकाशात चमकणाऱ्या विजेशी कनेक्शन

याओने ही प्रक्रिया आणखी स्पष्ट केली. या प्रकारच्या प्रक्रियेत पाण्याचे बहुतेक रेणू पृष्ठभागाजवळच राहतात आणि मोठ्या प्रमाणावर विद्युतभार जमा करतात. उरलेले थोडे रेणू आणखी आत शिरतात. यामुळे पदार्थाच्या वरच्या आणि खालच्या थरांत वेगवेगळ्या क्षमतेचा भार निर्माण होतो.

कालांतराने भार विलग झालेला दिसेल, असं याओ सांगतो. अगदी हेच काळ्या ढगांमध्ये होत असतं. अर्थातच प्रचंड मोठ्या प्रमाणात आणि कल्पनातीत वेगाने ढगांमध्ये विरुद्ध विद्युतभार निर्माण होऊन घर्षण होतं आणि तो भार प्रचंड क्षमतेच्या विजेच्या बाहेर पडतो.

याचा अर्थ फक्त पाण्याच्या रेणूंची हालचाल नियंत्रित करून त्याचा वापर केला तर योग्य प्रकारे विद्युतभार विलग होईल आणि त्यातून वीज निर्माण होऊ शकेल. याओच्या मते, हे विजेचं यंत्र पृथ्वीवर कुठेही कार्यरत राहू शकेल.

२०२० साली प्रसिद्ध झालेला हा रिसर्च पेपर म्हणजे केवळ हिमनगाचं टोक होतं.

पाण्याच्या फवाऱ्यातून वीज

मे २०२३ मध्ये याओ आणि त्याच्या सहकाऱ्यांनी त्यांच्या अभ्यासाचा पुढचा भाग प्रसिद्ध केला. त्यात त्यांनी प्रथिनाच्या पदार्थाऐवजी वेगवेगळे सूक्ष्म पदार्थ वापरून पाहिले.

ग्राफिन ऑक्साइड फ्लेक्स, पॉलिमर्सपासून ते लाकडापासून मिळवलेल्या सेल्युलोज नॅनोफायबर्सचा वापर करून त्यांनी वीजनिर्मितीचा प्रयोग केला. ते सगळे प्रयोग यशस्वी झाले अर्थात थोड्याफार फरकाने. पण यातून एक निश्चित झालं की, पदार्थ कुठलाही वापरला तरी त्याची रचना महत्त्वाची.

Alamy
आतापर्यंत पाण्याच्या रेणूतून निर्माण होणाऱ्या विजेबद्दल जे प्रयोग झाले त्यात वेगवेगळे पदार्थ वापरले गेले. माणसाच्या केसापेक्षाही पातळ यंत्रही करून पाहिली गेली. त्यातून एका व्होल्टच्या कणाहूनही वीज निर्माण झाली.

याओच्या म्हणण्याप्रमाणे अशा प्रकारे वेगवेगळे पदार्थ तयार करून किंवा ते जोडून आपल्याला हवे तशा वेगवेगळ्या क्षमतेचे विद्युतभार निर्माण करता येऊ शकतात. द्रवरूपातही तसे बनवता येतील. म्हणजे फक्त पृष्ठभागावर फवारा मारला तरी इन्स्टंट वीज निर्माण होईल.

“हे खूपच एक्सायटिंग आहे,” इम्पेरियल कॉलेज ऑफ लंडनमध्ये मटेरिअल इंजिनीअर म्हणून काम करणाऱ्या रेश्मा राव म्हणतात. रेश्मा या प्रकल्पात सहभागी नव्हत्या. “कुठल्या प्रकारचा पदार्थ किंवा मटेरिअल तुम्ही वापराल यात बरेच पर्याय आणि लवचिकता असू शकेल.”

पण त्याच वेळी रेश्मा याची जाणीव करून देताात की, या तंत्रज्ञानाने संपूर्ण इमारतीला वीजपुरवठा होईल किंवा कार किंवा मोठमोठी मशीन्स चालतील एवढी वीज निर्माण होईल असं मानणं कदाचित वास्तववादी नसेल.

सेन्सर्ससारखी छोटी यंत्र किंवा हेडफोन,घड्याळासारखी वेअरेबल इलेक्ट्रॉनिक्स चार्ज करू शकू एवढी वीज निश्चितच या हवेतील आर्द्रतेतून निर्माण होऊ शकेल.

आर्द्र हवेतून वीजनिर्मितीचे प्रयोग करणारा याओचा गट काही एकमेव नाही. २०२० मध्ये इस्रायलच्या एका अभ्यासगटाने दोन धातूंच्या तुकड्यांमधून दमट हवा सोडून वीज निर्माण करून दाखवली होती. ओलसर हवा धातूच्या तुकड्यांमधून फिरताना त्यातील भार त्या तुकड्यांमध्येही आला आणि वीज निर्माण झाली.

सन 1840 मध्ये खरं तर सर्वप्रथम ही वीजनिर्मितीची घटना नोंदवली गेली होती. ईशान्य इंग्लंडमधल्या न्यूकॅसल इथल्या एका कोळसाखाणीजवळ काम करणाऱ्या ट्रेन ड्रायव्हरला इंजिन चालवताना आपल्या बोटात वेगळ्याच झिणझिण्या येत असल्याचं जाणवलं.

त्यानंतर त्याच्या बोटांमधून एक बारीकशी ठिणगी उडून गाडीच्या चाकावर घासली गेली. या घटनेची नोंद झाली तेव्हा काही शास्त्रज्ञांनी या प्रकाराचा अभ्यास केला. त्यांनी निष्कर्ष काढला की, इंजिनाच्या बॉयलरच्या धातूला वाफ घासली गेली आणि त्यातून विद्युतभार निर्माण होऊन तो त्या पृष्ठभागावर जमा झाला.

इस्रायलच्या तेल अविव युनिव्हर्सिटीत वातावरणीय विज्ञान विषयात संशोधन करणाऱ्या कोलिन प्राइस हे त्या शोधनिबंधाचे सहलेखक होते.

ते सांगतात की, वीजनिर्मितीच्या प्रयोगासाठी त्यांनी अगदी धातूचे अगदी छोटे तुकडे वापरले आणि त्यातून निर्माण झालेला विद्युतभारही अगदी कमी होता. पण त्याच वेळी कोलिन हेही सांगतात की, ते आणि त्यांचे सहकारी आता ही यंत्रणा आणखी सक्षम करण्यासाठी प्रयोग करत आहेत.

इस्रायलच्या प्रयोगाची एक मर्यादा मात्र आहे. वीजनिर्मितीसाठी त्यांच्या यंत्रणेत कमीत कमी ६०टक्के आर्द्रता लागते. याओ आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी केलेलं यंत्र मात्र 20 टक्के आर्द्रता असलेल्या हवेतून वीज निर्माण करायला सुरुवात करतं.

LED बल्ब आर्द्र हवेने पेटला

दरम्यान, पोर्तुगालमध्येही एक शास्त्रज्ञांची टीम दमट हवेचा उर्जा स्रोत म्हणून वापर करण्याचा प्रकल्प करत आहे. कॅचर नावाच्या त्यांच्या या प्रकल्पाला युरोपीयन युनियनचा निधी मिळाला आहे. पोर्तुगालच्या लिस्बनमधली लुस्योफोना युनिव्हर्सिटीमधील पदार्थविज्ञान शास्त्रज्ञ स्वितलाना ल्युबचिक या प्रकल्पाच्या समन्वयक आहेत. त्यांनी कॅस्काटाचुवा(CascataChuva) नावाची कंपनीही स्थापन केली आहे.

ल्युबचिक म्हणाल्या, “माझ्या अंदाजाने या वर्षाच्या अखेरीस यंत्राचा इंजिनीअरिंग प्रोटोटाइप तयार होईल.” त्या हे सांगत असताना त्यांचा मुलगा अँड्रीय ल्युबचिक एक व्हिडीओ दाखवतो ज्यात छोटा एलईडी बल्ब लागताना आणि विझताना दिसतो. अँड्रीय हा त्यांच्या कंपनीचा सहसंस्थापक आहे.

त्या प्रयोगाच्या व्हिडीओमध्ये ल्युबचिक हातात एक करड्या रंगाची साधारण ४ सेमी जाडीची चकती हातात धरून बसलेला आहे. ही चकती झिंकोनियम ऑक्साइडची बनवलेली आहे. हे मटेरिअल आर्द्र हवेतले पाण्याचे रेणू खेचून अडकवून ठेवतात आणि त्यांना या छोट्या चॅनेलमधून जायला लावतात.

अँड्रीय सांगतो की, असं होताना विद्युतभार निर्माण होतो आणि साधारण १.५ व्होल्ट्स एवढी वीज एका चकतीतून मिळते. अशा दोन धातूच्या चकत्या LED बल्ब सुरू होण्यासाठी पुरेशा असतात, असा ल्युबचिकचा दावा आहे. अशी आणखी काही मटेरिअल जोडून साखळी करता येईल आणि त्यातून अधिक वीज निर्माण करता येईल.

या प्रयोगाशी संबंधित थोडीफार माहिती ऑनलाइन उपलब्ध आहे. पण टीमच्या ताज्या प्रयोगांचा संपूर्ण तपशील अद्याप प्रसिद्ध झालेला नाही किंवा तो समकक्ष शास्त्रज्ञांनीही अद्याप पाहिलेला नाही. तसंच या गटाने धातूच्या चकत्या LED दिव्याला कशा जोडल्या याविषयी काही सांगणारी माहिती देण्यास नकार दिला.

रेश्मा राव सांगतात, या सगळ्या हायग्रोइलेक्ट्रिकल प्रकल्पांच्या यंत्रणेत अनेक प्रश्न अद्याप अनुत्तरित आहेत. “अगदी मूलभूत प्रश्न म्हणजे हे कसं साध्य होतंय याविषयीसुद्धा अधिक संशोधनाची गरज आहे.”

शिवाय या सगळ्याचा कमर्शिअलायझेशनचा प्रश्न आहेच. या प्रकारचं तंत्रज्ञान व्यापारी तत्त्वावर मांडायचं असेल तेव्हा यातून पुरेसा विद्युत पुरवठा होतोय का आणि त्यासाठीचा खर्च किती हे सगळं इतर अपारंपरिक अक्षय उर्जा साधनांच्या तुलनेत सिद्ध करावं लागेल. कॅनडाच्या मॅकगिल युनिव्हर्सिटीतल्या सिव्हिल इंजिनियर सारा जॉरडान जाणीव करून देतात. उर्जा निर्णयाचे आर्थिक-व्यापारी परिणाम आणि पर्यावरण हा त्यांच्या अभ्यासाचा विषय आहे.

सध्या पारंपरिक इंधनापासून फारकत घेणं ही तातडीची गरज आहे. त्यासाठी पर्यावरणस्नेही अक्षय उर्जासाधनांकडे पाहताना पवनउर्जा आणि सौरउर्जेने चांगली सुरुवात केली आहे. त्यांचा वापर येणाऱ्या दशकात वाढवण्याकडे लक्ष राहील आणि मग इतर अपारंपरिक उर्जासाधनांकडे वळवता येईल.

असं असलं तरीसुद्धा राव सांगतात त्याप्रमाणे हायग्रोइलेक्ट्रिसिटी संकल्पनेतं संशोधन नव्या अक्षय उर्जास्रोतांकडे नेणारा प्रकाशकिरण राहीलच.