एमआईटी इंजीनियरों ने एक नई अलवणीकरण प्रणाली बनाई है जो सूर्य की लय के साथ चलती है।शोधकर्ताओं ने एक पेपर में नई प्रणाली का विवरण दिया हैप्रकृति जल.
सौर ऊर्जा से चलने वाली प्रणाली पानी से नमक को ऐसी गति से हटाती है जो परिवर्तनों पर बारीकी से नज़र रखती हैसौर ऊर्जा.जैसे-जैसे दिन में सूरज की रोशनी बढ़ती है, सिस्टम अपनी डीसेल्टिंग प्रक्रिया को तेज कर देता है और सूरज की रोशनी में किसी भी अचानक बदलाव के लिए स्वचालित रूप से समायोजित हो जाता है, उदाहरण के लिए गुजरते बादल के जवाब में नीचे डायल करके या आसमान साफ होने पर ऊपर की ओर घूमकर।
क्योंकि सिस्टम सूर्य के प्रकाश में सूक्ष्म परिवर्तनों पर तुरंत प्रतिक्रिया कर सकता है, यह सौर ऊर्जा की उपयोगिता को अधिकतम करता है, जिससे पूरे दिन सूर्य के प्रकाश में भिन्नता के बावजूद बड़ी मात्रा में स्वच्छ पानी का उत्पादन होता है।अन्य सौर-संचालित अलवणीकरण डिजाइनों के विपरीत, एमआईटी प्रणाली को अतिरिक्त बैटरी की आवश्यकता नहीं होती हैऊर्जा भंडारण, न ही कोई पूरक बिजली आपूर्ति, जैसे कि ग्रिड से।
इंजीनियरों ने छह महीने तक न्यू मैक्सिको में भूजल कुओं पर सामुदायिक स्तर के प्रोटोटाइप का परीक्षण किया, जो विभिन्न मौसम स्थितियों और पानी के प्रकारों में काम करता था।मौसम में बड़े उतार-चढ़ाव और उपलब्ध सूरज की रोशनी के बावजूद, सिस्टम ने प्रति दिन 5,000 लीटर पानी का उत्पादन करने के लिए सिस्टम के सौर पैनलों से उत्पन्न औसतन 94% से अधिक विद्युत ऊर्जा का उपयोग किया।
"परंपरागत अलवणीकरण प्रौद्योगिकियों को स्थिर बिजली की आवश्यकता होती है और सौर जैसे परिवर्तनीय ऊर्जा स्रोत को सुचारू करने के लिए बैटरी भंडारण की आवश्यकता होती है। लगातार बदलते रहने सेबिजली की खपतसूरज के साथ तालमेल बिठाकर, हमारी तकनीक सीधे और कुशलता से पानी बनाने के लिए सौर ऊर्जा का उपयोग करती है,'' एमआईटी में मैकेनिकल इंजीनियरिंग के जर्मेशौसेन प्रोफेसर और के. लिसा यांग ग्लोबल इंजीनियरिंग एंड रिसर्च (जीईएआर) सेंटर के निदेशक अमोस विंटर कहते हैं।
"बैटरी भंडारण की आवश्यकता के बिना, नवीकरणीय ऊर्जा के साथ पीने का पानी बनाने में सक्षम होना एक बड़ी चुनौती है। और हमने यह कर दिखाया है।"
यह प्रणाली खारे भूजल को अलवणीकृत करने के लिए बनाई गई है - पानी का एक खारा स्रोत जो भूमिगत जलाशयों में पाया जाता है और ताजे भूजल संसाधनों की तुलना में अधिक प्रचलित है।शोधकर्ता खारे भूजल को संभावित पेयजल के एक विशाल अप्रयुक्त स्रोत के रूप में देखते हैं, खासकर जब दुनिया के कुछ हिस्सों में ताजे पानी के भंडार पर जोर दिया जाता है।
उनकी कल्पना है कि नई नवीकरणीय, बैटरी-मुक्त प्रणाली कम लागत पर बहुत जरूरी पेयजल उपलब्ध करा सकती है, खासकर अंतर्देशीय समुदायों के लिए जहां समुद्री जल और ग्रिड बिजली तक पहुंच सीमित है।
"अधिकांश आबादी वास्तव में तट से इतनी दूर रहती है कि समुद्री जल का अलवणीकरण उन तक कभी नहीं पहुंच पाता। परिणामस्वरूप वे भूजल पर बहुत अधिक निर्भर होते हैं, विशेष रूप से दूरदराज के, कम आय वाले क्षेत्रों में। और दुर्भाग्य से, यह भूजल अधिक से अधिक खारा होता जा रहा हैजलवायु परिवर्तन,'' जोनाथन बेसेट, एमआईटी पीएच.डी. कहते हैं।मैकेनिकल इंजीनियरिंग में छात्र.
"यह तकनीक दुनिया भर में कम पहुंच वाले स्थानों पर टिकाऊ, किफायती स्वच्छ पानी ला सकती है।"
पम्प और प्रवाह
नई प्रणाली पिछले डिज़ाइन पर बनी है, जिसे विंटर और उनके सहयोगियों, जिनमें पूर्व एमआईटी पोस्टडॉक वेई हे भी शामिल हैं, ने बनाया है।इस वर्ष की शुरुआत में रिपोर्ट किया गया.उस प्रणाली का लक्ष्य "लचीले बैच इलेक्ट्रोडायलिसिस" के माध्यम से पानी को अलवणीकृत करना था।
इलेक्ट्रोडायलिसिस और रिवर्स ऑस्मोसिस खारे भूजल को अलवणीकृत करने के लिए उपयोग की जाने वाली दो मुख्य विधियाँ हैं।रिवर्स ऑस्मोसिस के साथ, एक झिल्ली के माध्यम से नमकीन पानी को पंप करने और नमक को फ़िल्टर करने के लिए दबाव का उपयोग किया जाता है।इलेक्ट्रोडायलिसिस नमक आयनों को बाहर निकालने के लिए एक विद्युत क्षेत्र का उपयोग करता है क्योंकि पानी को आयन-विनिमय झिल्ली के ढेर के माध्यम से पंप किया जाता है।
वैज्ञानिकों ने दोनों तरीकों को नवीकरणीय स्रोतों से ऊर्जा प्रदान करने पर ध्यान दिया है।लेकिन यह विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण रहा हैविपरीत परासरणप्रणालियाँ, जो पारंपरिक रूप से एक स्थिर शक्ति स्तर पर चलती हैं जो सूर्य जैसे प्राकृतिक रूप से परिवर्तनशील ऊर्जा स्रोतों के साथ असंगत है।
विंटर, उन्होंने और उनके सहयोगियों ने इलेक्ट्रोडायलिसिस पर ध्यान केंद्रित किया, एक अधिक लचीली, "समय-संस्करण" प्रणाली बनाने के तरीकों की तलाश की जो नवीकरणीय सौर ऊर्जा में भिन्नता के प्रति उत्तरदायी हो।
अपने पिछले डिज़ाइन में, टीम ने एक इलेक्ट्रोडायलिसिस सिस्टम बनाया जिसमें पानी पंप, एक आयन-एक्सचेंज झिल्ली स्टैक और एक सौर पैनल सरणी शामिल थी।
इस प्रणाली में नवाचार एक मॉडल-आधारित नियंत्रण प्रणाली थी जो स्टैक के माध्यम से पानी को पंप करने की इष्टतम दर और पानी की मात्रा को अधिकतम करने के लिए स्टैक पर लागू होने वाले वोल्टेज की भविष्यवाणी करने के लिए सिस्टम के हर हिस्से से सेंसर रीडिंग का उपयोग करती थी।पानी से नमक निकाला गया.
जब टीम ने क्षेत्र में इस प्रणाली का परीक्षण किया, तो यह सूर्य की प्राकृतिक विविधताओं के साथ अपने जल उत्पादन को अलग-अलग करने में सक्षम था।औसतन, सिस्टम सीधे सौर पैनलों द्वारा उत्पादित उपलब्ध विद्युत ऊर्जा का 77% उपयोग करता है, जो टीम का अनुमान है कि पारंपरिक रूप से डिजाइन किए गए सौर-संचालित इलेक्ट्रोडायलिसिस सिस्टम से 91% अधिक है।
फिर भी, शोधकर्ताओं को लगा कि वे बेहतर कर सकते हैं।
विंटर कहते हैं, "हम केवल हर तीन मिनट में गणना कर सकते हैं, और उस समय में, एक बादल सचमुच आ सकता है और सूरज को अवरुद्ध कर सकता है।""सिस्टम कह सकता है, 'मुझे इस उच्च शक्ति पर चलने की ज़रूरत है।'लेकिन उसमें से कुछ बिजली अचानक कम हो गई है क्योंकि अब सूरज की रोशनी कम हो गई है, इसलिए हमें अतिरिक्त बैटरियों से वह बिजली बनानी पड़ी।"
सौर आदेश
अपने नवीनतम कार्य में, शोधकर्ताओं ने सिस्टम के प्रतिक्रिया समय को एक सेकंड के एक अंश तक कम करके, बैटरी की आवश्यकता को समाप्त करने पर ध्यान दिया।नई प्रणाली अपनी अलवणीकरण दर को प्रति सेकंड तीन से पांच बार अद्यतन करने में सक्षम है।तेज़ प्रतिक्रिया समय सिस्टम को अतिरिक्त बिजली आपूर्ति के साथ बिजली में किसी भी अंतराल के बिना, पूरे दिन सूरज की रोशनी में बदलावों को समायोजित करने में सक्षम बनाता है।
निम्बलर डिसेल्टिंग की कुंजी एक सरल नियंत्रण रणनीति है, जो बेसेट और प्रैट द्वारा तैयार की गई है।नई रणनीति "फ्लो-कमांड करंट कंट्रोल" में से एक है, जिसमें सिस्टम पहले सौर ऊर्जा की मात्रा को महसूस करता है जो सिस्टम के सौर पैनलों द्वारा उत्पादित की जा रही है।
यदि पैनल सिस्टम द्वारा उपयोग की जाने वाली बिजली से अधिक बिजली पैदा कर रहे हैं, तो नियंत्रक स्वचालित रूप से सिस्टम को अपनी पंपिंग को डायल करने के लिए "आदेश" देता है, जिससे इलेक्ट्रोडायलिसिस स्टैक के माध्यम से अधिक पानी निकलता है।इसके साथ ही, सिस्टम स्टैक में वितरित विद्युत प्रवाह को बढ़ाकर कुछ अतिरिक्त सौर ऊर्जा को मोड़ देता है, ताकि तेजी से बहने वाले पानी से अधिक नमक बाहर निकाला जा सके।
विंटर बताते हैं, "मान लीजिए कि सूरज हर कुछ सेकंड में उग रहा है।"
"तो, एक सेकंड में तीन बार, हम सौर पैनलों को देख रहे हैं और कह रहे हैं, 'ओह, हमारे पास अधिक शक्ति है - आइए अपनी प्रवाह दर और धारा को थोड़ा बढ़ाएं।'जब हम फिर से देखते हैं और देखते हैं कि अभी भी अधिक बिजली है, तो हम इसे फिर से बढ़ा देंगे। जैसे ही हम ऐसा करते हैं, हम दिन भर में उपलब्ध सौर ऊर्जा के साथ अपनी खपत की गई बिजली का बारीकी से मिलान करने में सक्षम होते हैं और उतनी ही तेजी से हम लूप करते हैंयह, हमें उतनी ही कम बैटरी बफ़रिंग की आवश्यकता होगी।"
इंजीनियरों ने नई नियंत्रण रणनीति को पूरी तरह से स्वचालित प्रणाली में शामिल किया, जिसका आकार दैनिक मात्रा में खारे भूजल को अलवणीकृत करना था जो लगभग 3,000 लोगों के एक छोटे समुदाय को आपूर्ति करने के लिए पर्याप्त होगा।उन्होंने न्यू मैक्सिको के अलामोगोर्डो में ब्रैकिश ग्राउंडवाटर नेशनल रिसर्च फैसिलिटी में कई कुओं पर छह महीने तक सिस्टम का संचालन किया।
पूरे परीक्षण के दौरान, प्रोटोटाइप सौर परिस्थितियों की एक विस्तृत श्रृंखला के तहत संचालित हुआ, औसतन, सौर पैनल की 94% से अधिक विद्युत ऊर्जा का उपयोग, सीधे बिजली अलवणीकरण के लिए किया गया।
विंटर कहते हैं, "पारंपरिक रूप से आप जिस तरह से सौर डीसल प्रणाली को डिजाइन करते हैं, उसकी तुलना में हमने अपनी आवश्यक बैटरी क्षमता में लगभग 100% की कटौती की है।"
इंजीनियरों ने बड़े समुदायों और यहां तक कि पूरी नगर पालिकाओं को कम लागत पर, पूरी तरह से धूप से संचालित पेयजल की आपूर्ति करने की उम्मीद में सिस्टम का और परीक्षण करने और इसे बढ़ाने की योजना बनाई है।
बेसेट का कहना है, "हालांकि यह एक बड़ा कदम है, फिर भी हम कम लागत, अधिक टिकाऊ अलवणीकरण विधियों को विकसित करने के लिए परिश्रमपूर्वक काम कर रहे हैं।"
"हमारा ध्यान अब परीक्षण करने, विश्वसनीयता को अधिकतम करने और एक ऐसी उत्पाद श्रृंखला बनाने पर है जो अलवणीकरण प्रदान कर सकेपानीदुनिया भर के कई बाजारों में नवीकरणीय ऊर्जा का उपयोग करना," प्रैट कहते हैं।
टीम आने वाले महीनों में अपनी तकनीक के आधार पर एक कंपनी लॉन्च करेगी।अध्ययन के सह-लेखक बेसेट, विंटर और स्टाफ इंजीनियर शेन प्रैट हैं।
अधिक जानकारी:प्रवाह-आदेशित वर्तमान नियंत्रण के माध्यम से डायरेक्ट-ड्राइव फोटोवोल्टिक इलेक्ट्रोडायलिसिस,प्रकृति जल(2024)।डीओआई: 10.1038/एस44221-024-00314-6
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उद्धरण:सौर ऊर्जा से संचालित अलवणीकरण प्रणाली के लिए अतिरिक्त बैटरी की आवश्यकता नहीं है, यह कम लागत पर पीने का पानी प्रदान कर सकता है (2024, 8 अक्टूबर)8 अक्टूबर 2024 को पुनः प्राप्तhttps://techxplore.com/news/2024-10-solar-powered-desalination-requires-extra.html से
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