बहुत पहले नहीं, वाक्यांश "स्वच्छ कोयला" एक ऑक्सीमोरोन की तरह लग रहा था। कोयले से चलने वाले पावर प्लांट वायु प्रदूषकों के एक चुड़ैल के काढ़े का उत्सर्जन करते हैं, जब तक कि इसे स्क्रबर्स के साथ नहीं हटाया जाता है, हवा को धूमिल करता है, एसिड वर्षा बनाता है और अस्थमा या दिल के दौरे का कारण बन सकता है। और कोयला संयंत्र प्राकृतिक गैस से संचालित बिजली संयंत्रों के ग्रह-हीटिंग कार्बन डाइऑक्साइड का दो बार उत्सर्जन करते हैं।
एक नए प्रकार के रिएक्टर, हालांकि, एक जो कोयला जलाने से उत्पन्न 99 प्रतिशत से अधिक कार्बन डाइऑक्साइड को कैप्चर करता है, "स्वच्छ कोयला" को संभव बना सकता है। कार्बन डाइऑक्साइड को पृथ्वी की सतह के नीचे सुरक्षित रूप से रखा जा सकता है जहां यह जलवायु परिवर्तन में योगदान नहीं दे सकता है।
यह रिएक्टर बिजली की कीमत बढ़ाए बिना कार्बन पर कब्जा कर लेगा, और यह इसे व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य बना सकता है। कर्मा सॉयर का कहना है कि अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) की शोध एजेंसी एआरपीए-ई में क्लीन कोल के शोध कार्यक्रम का निर्देशन करने वाले कोयले से बिजली पैदा करने का यह बिल्कुल नया तरीका है, जिसने काम को वित्त पोषित किया।
दुनिया के लगभग 40 प्रतिशत बिजली के उत्पादन के लिए जलता हुआ कोयला जिम्मेदार है, लेकिन यह बिजली और गर्मी उत्पादन के दौरान उत्सर्जित 12 बिलियन टन से अधिक कार्बन डाइऑक्साइड का तीन-चौथाई उत्पादन करता है। कोयले को नॉनपॉल्यूट करने के लिए, कार्बन डाइऑक्साइड को उत्सर्जित करने से पहले उसे पकड़ना होगा और पृथ्वी के नीचे स्थायी रूप से बंद कर दिया जाएगा। लेकिन अनुसंधान के वर्षों के बावजूद, संयुक्त राज्य अमेरिका में कोयला आधारित बिजली संयंत्रों में से एक भी ऐसा नहीं करता है।
फिर भी, कोयले से चलने वाले बिजली संयंत्र अभी भी दुनिया की अधिकांश बिजली की आपूर्ति करते हैं, और अमेरिका और अन्य जगहों पर कोयले के भंडार बहुतायत और सस्ती हैं। इन कारणों से - और कोयला उद्योग के राजनीतिक दबदबे के कारण - डीओई ने कार्बन-कैप्चर और स्टोरेज प्रौद्योगिकियों की ओर 3.4 बिलियन डॉलर से अधिक का निवेश किया है।
आज की सबसे उन्नत कार्बन-कैप्चर तकनीक, जिसे एमाइन स्क्रबिंग कहा जाता है, प्रभावी और परिपक्व है, लेकिन यह बहुत महंगा है। अमीन स्क्रबिंग में, इस प्रक्रिया में उपयोग किए जाने वाले एल्केलामाइन्स के नाम पर, कोयले को पहले सामान्य तरीके से जलाया जाता है, हवा के साथ, और परिणामस्वरूप तरल गैस के बुलबुले को तरल के माध्यम से निकाला जाता है जो कार्बन डाइऑक्साइड को फँसाता है। तब कार्बन डाइऑक्साइड को छोड़ने के लिए तरल को गर्म किया जाता है, जो सोडा की एक शांत कैन के रूप में कार्बन डाइऑक्साइड बुलबुले का उत्सर्जन करता है क्योंकि यह कमरे के तापमान तक गर्म होता है। यह प्रक्रिया पूरे बिजली संयंत्र द्वारा उत्पादित ऊर्जा का लगभग एक तिहाई चूसती है - उपभोक्ताओं के लिए 80 प्रतिशत मूल्य वृद्धि के लिए पर्याप्त है। लागत में ऐसी वृद्धि अस्थिर है, इसलिए उपयोगिताओं ने इस तरह के स्क्रबर को स्थापित करने से दूर कर दिया है।
कुछ साल पहले, डीओई ने शोधकर्ताओं को एक ऐसी तकनीक विकसित करने का आव्हान किया, जो एक संयंत्र द्वारा उत्सर्जित कार्बन डाइऑक्साइड के 90 प्रतिशत से अधिक को निकाल सके, जबकि एक पारंपरिक संयंत्र से कोयले से चलने वाली बिजली की कीमत 35 प्रतिशत से अधिक होने तक । अब तक डीओई ने एक दर्जन से अधिक प्रायोगिक कार्बन हटाने वाली प्रौद्योगिकियों पर शोध में निवेश किया है। पेनसिल्वेनिया के पिट्सबर्ग में डीओई की नेशनल एनर्जी टेक्नोलॉजी लेबोरेटरी के मौजूदा प्लांट डिवीजन के डिवीजन डायरेक्टर लिन ब्रिकेट कहते हैं, "अभी तक कोई सिल्वर बुलेट नहीं है, इसीलिए हमारे पास एक बड़ा कार्यक्रम है।"
सबसे होनहार नई तकनीकों में से एक पुलवराइज़्ड कोयले से शुरू होती है, एक सूखा मिश्रण तालक पाउडर की स्थिरता है जो पहले से ही कई कोयले से चलने वाले बिजली संयंत्रों में जलाया जाता है। चूर्णित कोयला आंशिक रूप से जंग लगे लोहे के कणों के साथ मिलाया जाता है, 1, 650 डिग्री फ़ारेनहाइट पर गर्म रिएक्टर के अंदर आइसक्रीम के आकार का छिड़काव होता है। कोयला-लोहे का मिश्रण एक रासायनिक प्रतिक्रिया से गुजरता है जो जंग को हटाता है और कार्बन डाइऑक्साइड और भाप का उत्पादन करता है, जो तब ठंडा होता है और तरल पानी बाहर निकलता है, जिससे कार्बन डाइऑक्साइड की अत्यधिक शुद्ध धारा निकल जाती है।
जंग लगे लोहे के कण फिर एक दूसरे रिएक्टर में चले जाते हैं, जहां वे हवा में जल जाते हैं, जिससे वे फिर से जंग खा जाते हैं। जंग की यह प्रतिक्रिया पानी को उबालने के लिए पर्याप्त गर्मी पैदा करती है, और परिणामस्वरूप भाप एक बिजली पैदा करने वाला टरबाइन चलाती है।
कार्बन-कैप्चरिंग सामग्री को शुद्ध कार्बन डाइऑक्साइड को मुक्त करने के लिए अलग से गर्म करने की आवश्यकता नहीं होती है, जैसा कि यह अमीन स्क्रबिंग में होता है, और इस कारण से "ओहियो-शिह फैन, ओहियो स्टेट्स केमिकल" लिआंग-शिह फैन बताते हैं कि "कैप्चर एनर्जी की आवश्यकताएं लगभग नगण्य हैं।" इंजीनियर जिन्होंने इस शोध को गति दी।
अतिरिक्त लागत प्रभावशीलता प्रदान करते हुए तकनीक के बायप्रोडक्ट्स को फिर से तैयार किया जा सकता है। शुद्ध कार्बन डाइऑक्साइड धारा को तेल उत्पादकों को बेचा जा सकता है, जो कि मूल्यवान लेकिन मुश्किल से इकट्ठा किए गए अंतिम बिट्स के तेल के निष्कर्षण को सक्षम करने के लिए इसे ज्यादातर खर्च किए गए कुओं में इंजेक्ट कर सकते हैं। इस प्रक्रिया को बिजली और कार्बन डाइऑक्साइड के अलावा शुद्ध हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए भी किया जा सकता है, और यह कि हाइड्रोजन को बिजली के लिए साफ जलाया जा सकता है या औद्योगिक रासायनिक उत्पादन के लिए फीडस्टॉक के रूप में बेचा जा सकता है।
"ओहियो स्टेट में फैन का काम दुनिया में एकमात्र ऐसी प्रक्रिया है जो इन तीनों [बिजली, कार्बन डाइऑक्साइड और हाइड्रोजन] को अलग-अलग उत्पादन करने में सक्षम कर सकती है, " सॉयर कहते हैं।
इंजीनियरों ने खुद को अन्य विकल्प भी छोड़ दिया। रिएक्टर डिज़ाइन के लिए कुछ मोड़ कोयला गैसीकरण संयंत्रों, एक नए प्रकार के बिजली संयंत्र में कार्य करने में सक्षम बनाते हैं जो सिंथेटिक प्राकृतिक गैस, या syngas बनाने के लिए आंशिक रूप से कोयले को जलाते हैं, फिर बिजली बनाने के लिए syngas को जलाते हैं। यद्यपि संयुक्त राज्य अमेरिका में अभी केवल दो बड़े कोयला-गैसीकरण संयंत्र निर्माणाधीन हैं- मिसिसिपी और इंडियाना में- विशेषज्ञों का अनुमान है कि भविष्य के कई कोयला संयंत्र प्रौद्योगिकी का उपयोग करेंगे।
फैन और उनके सहयोगियों ने हाल ही में ओहियो स्टेट कैंपस में एक प्रयोगशाला पैमाने पर पायलट रिएक्टर का निर्माण किया और फरवरी में उन्होंने इसे नौ दिनों तक चलाने की सूचना दी। यह एक लंबे समय की तरह प्रतीत नहीं हो सकता है, लेकिन यह इस प्रकार की कार्बन-कैप्चर तकनीक के लिए अब तक का सबसे लंबा रन है। और रिएक्टर ने उत्पादित कार्बन डाइऑक्साइड के 99 प्रतिशत से अधिक को हटा दिया।
सफलता के बावजूद, नई तकनीक में व्यावसायिक उपयोग करने से पहले कूदने के लिए कई बाधाएं हैं। रिएक्टर को वास्तविक पावर-प्लांट फ्ल्यू गैस के साथ बड़े पैमाने पर परीक्षण पास करना पड़ता है, जिसमें दूषित तत्व होते हैं, जो धातु रिएक्टर भागों को नुकसान पहुंचा सकते हैं, उदाहरण के लिए, और इसे उच्च-तापमान, उच्च दबाव संचालन के वर्षों तक पकड़ना पड़ता है।
टीम के सिनगैस लूपिंग तकनीक के लिए ऐसा परीक्षण चल रहा है। ओहियो स्टेट के इंजीनियरों ने एक आधा दर्जन कंपनियों के साथ मिलकर कोयले से चलने वाले बिजली संयंत्रों के लिए 14 मिलियन डॉलर, छह मंजिला, 250 किलोवाट के पायलट प्लांट के निर्माण के लिए पुर्जे या पुर्जे तैयार किए। यह परीक्षण रिएक्टर केंद्र में दक्षिणी कंपनी द्वारा चलाए जा रहे एक प्रदर्शन-पैमाने पर कोयला-गैसीकरण संयंत्र में निर्मित सिंटास पर चलेगा, और यह उच्च तापमान और वाणिज्यिक पौधों के उच्च दबाव पर चलेगा। (खुलासा: दक्षिणी कंपनी Smithsonian.com पर विज्ञापनदाता है, लेकिन यह कहानी स्वतंत्र रूप से कमीशन की गई थी।) "फैन समूह के एक शोधकर्ता एंड्रयू टोंग कहते हैं, " हम बहुत ही व्यावसायिक रूप से लागू शर्तों का परीक्षण कर रहे हैं, जो परीक्षण रन को समन्वित करने में मदद कर रहे हैं।
यहां तक कि अगर प्रयास सफल होता है, तो अधिक पायलट परीक्षणों की आवश्यकता होगी क्योंकि एक वास्तविक कोयले से चलने वाला बिजली संयंत्र नियोजित अलबामा पायलट संयंत्र से लगभग 1, 000 गुना बड़ा है। ओहियो स्टेट प्रौद्योगिकी "अभी भी एक वाणिज्यिक कोयला या प्राकृतिक गैस से बिजली संयंत्र में बिजली उत्पन्न करने के लिए एक लंबा रास्ता तय करना है, " सॉयर कहते हैं।
क्या तकनीक को बड़े पैमाने पर सफल साबित होना चाहिए और कोयले को जलाने से सभी कार्बन डाइऑक्साइड और वायु प्रदूषकों को हटाने में सक्षम साबित होना चाहिए, रासायनिक-लूपिंग रिएक्टर अभी भी बिजली बनाने के लिए सबसे साफ, सबसे सस्ता या स्वास्थ्यप्रद तरीका नहीं होगा। कोयला खनिक काला फेफड़े की बीमारी से मर जाते हैं और मेरा पतन हो जाता है, और पूरी पर्वत श्रृंखलाएं कोयले की खान में समा जाती हैं। यहां तक कि स्वच्छ कोयला राख पैदा करता है जो भंडारण तालाबों या लैंडफिल में जमा हो जाता है, प्रदूषण के साथ भूजल और नदियों को खतरा होता है। जब स्वास्थ्य और पर्यावरणीय लागतों में परिवर्तन किया जाता है, तो पवन और सौर जैसे नवीकरण सस्ता हो जाते हैं।
लेकिन सात अरब लोग सस्ती ऊर्जा और कोयले से चलने वाले बिजली संयंत्रों के लिए भूखे रहते हैं, जो प्रत्येक दिन लाखों टन ग्रह-बेकिंग गैस को वातावरण में फैलाते हैं, कोयला को जलाने के नए तरीकों की उपेक्षा नहीं की जा सकती है। "आपको कुछ ऐसा ढूंढना होगा जो सभी चुनौतियों को संभाल सके, " सॉयर कहते हैं। "यही कारण है कि ये परियोजनाएं बहुत रोमांचक हैं।"
