वैज्ञानिकों ने समुद्री जल को पीने योग्य पानी में बदला, साथ ही उस ब्राइन समस्या को भी ठीक किया जिसके बारे में कोई बात नहीं करना चाहता था

दुनिया भर में, अरबों लोगों के पास अभी भी सुरक्षित पीने के पानी तक विश्वसनीय पहुंच नहीं है। संयुक्त राष्ट्र का अनुमान है कि 2.2 अरब लोगों के पास सुरक्षित रूप से प्रबंधित पीने का पानी नहीं है, जबकि कैलिफोर्निया से लेकर मध्य पूर्व तक के क्षेत्र समुद्री जल को ताजे पानी में बदलने के लिए डीसैलिनेशन संयंत्रों पर तेजी से निर्भर हो रहे हैं। तो, आप जानते हैं, कोई दबाव नहीं।

डीसैलिनेशन एक महत्वपूर्ण जल आपूर्ति प्रदान कर सकता है, लेकिन आज के सबसे आम तरीकों में महत्वपूर्ण कमियां हैं। रिवर्स ऑस्मोसिस नमक हटाने के लिए पानी को विशेष झिल्लियों के माध्यम से मजबूर करता है, जबकि थर्मल डिस्टिलेशन ताजे पानी को समुद्री जल से अलग करने के लिए गर्मी का उपयोग करता है। दोनों दृष्टिकोण बड़ी मात्रा में ऊर्जा की खपत कर सकते हैं, अक्सर प्रक्रिया से पहले और बाद में जल उपचार की आवश्यकता होती है, और अत्यधिक केंद्रित नमकीन अपशिष्ट उत्पन्न करते हैं जिसे ब्राइन कहा जाता है। जब उस ब्राइन को वापस समुद्र में छोड़ा जाता है, तो यह स्थानीय लवणता बढ़ा सकता है और ऑक्सीजन के स्तर को कम कर सकता है, जिससे समुद्री जीवों के लिए हानिकारक परिस्थितियां पैदा होती हैं। संक्षेप में: हमें पीने का पानी मिलता है, मछलियों को एक शत्रुतापूर्ण कार्यस्थल मिलता है।

रोचेस्टर विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक अलग दृष्टिकोण विकसित किया है जो उन समस्याओं में से कई को एक साथ संबोधित करने में मदद कर सकता है। यूरोचेस्टर के इंस्टीट्यूट ऑफ ऑप्टिक्स के वैज्ञानिकों ने एक सौर थर्मल डीसैलिनेशन प्रणाली बनाई है जिसे ताजे पानी को कुशलतापूर्वक उत्पादन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, बिना तरल ब्राइन उत्पन्न किए या आने वाले पानी को पूर्व-उपचारित करने के लिए रासायनिक योजक की आवश्यकता के। यह विधि लाइट: साइंस एंड एप्लिकेशंस में प्रकाशित एक पेपर में वर्णित है। शोध का नेतृत्व चुनलेई गुओ ने किया, जो ऑप्टिक्स और भौतिकी के प्रोफेसर और यूरोचेस्टर के लेजर एनर्जेटिक्स प्रयोगशाला के वरिष्ठ वैज्ञानिक हैं।

इस तकनीक के केंद्र में काले धातु से बने सौर पैनल हैं जिन्हें फेम्टोसेकंड लेजर से उपचारित किया गया है। एक फेम्टोसेकंड समय की असाधारण रूप से छोटी इकाई है, जो एक क्वाड्रिलियनवें सेकंड के बराबर है। इन अल्ट्राफास्ट लेजरों से निकलने वाली स्पंदें किसी सामग्री की सतह को सटीक रूप से बदल सकती हैं, सूक्ष्म संरचनाएं बना सकती हैं जो प्रकाश और पानी के साथ इसकी बातचीत को नाटकीय रूप से बदल देती हैं। लेजर उपचार धातु को सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करने में अत्यंत प्रभावी बनाता है और इसे सुपरविकिंग गुण भी देता है, जिसका अर्थ है कि पानी सतह पर तेजी से फैलता है बजाय बूंदों के रूप में जमा होने के।

प्रत्येक पैनल में एक लेजर-उपचारित सक्रिय क्षेत्र होता है जो अपनी सतह पर समुद्री जल की एक बहुत पतली परत खींचता है। गहरी धातु आने वाले सौर विकिरण का लगभग सभी अवशोषित कर लेती है, पानी को गर्म करती है और इसे वाष्पित करती है। यह वाष्पीकरण लवण और अन्य घुले हुए खनिजों को पीछे छोड़ देता है। उन सामग्रियों को वाष्पीकरण होने वाली जगह पर जमा होने देने के बजाय, पैनल उन्हें अपने किनारों के साथ उपचारित क्षेत्रों की ओर निर्देशित करता है, जिन्हें निष्क्रिय क्षेत्र कहा जाता है। यह गति महत्वपूर्ण है क्योंकि नमक का जमाव सौर डीसैलिनेशन प्रणालियों के सामने सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक है। यदि खनिज सक्रिय सतह पर एक कठोर परत बना लेते हैं, तो वे पानी की गति को अवरुद्ध कर सकते हैं और अंततः प्रणाली को काम करना बंद कर सकते हैं।

गुओ का कहना है कि पिछली सौर थर्मल डीसैलिनेशन प्रणालियों ने अक्सर पानी और सोडियम क्लोराइड से बने सरलीकृत कृत्रिम समुद्री जल का उपयोग करके प्रयोगशाला प्रयोगों में अच्छा प्रदर्शन किया है। जब पानी वाष्पित होता है तो सोडियम क्लोराइड क्रिस्टलीकृत हो जाता है, यह अपेक्षाकृत दानेदार और छिद्रपूर्ण संरचना बनाता है। पानी उन क्रिस्टलों के माध्यम से आगे बढ़ सकता है, जमा नमक को घोलने में मदद करता है और सतह को साफ करना आसान बनाता है। लेकिन असली समुद्री जल एक अलग जानवर है। सोडियम क्लोराइड के अलावा, इसमें मैग्नीशियम, कैल्शियम और कई अन्य घुले हुए पदार्थ होते हैं। उनमें से कुछ यौगिक कठोर, घने जमाव में क्रिस्टलीकृत हो सकते हैं जो बहुत कम छिद्रपूर्ण होते हैं। यह शॉवर हेड या चाय की केतली के अंदर धीरे-धीरे बनने वाले खनिज पैमाने के समान है। हालांकि, एक डीसैलिनेशन प्रणाली में, चुनौती बहुत अधिक है क्योंकि समुद्री जल में साधारण नल के पानी की तुलना में सैकड़ों गुना अधिक घुले हुए लवण होते हैं। जैसे-जैसे वे जमाव जमा होते हैं, पानी सतह पर स्वतंत्र रूप से बह नहीं सकता, दक्षता कम हो जाती है और अंततः प्रणाली बंद हो जाती है।

उस समस्या को दूर करने के लिए, गुओ की टीम ने सूक्ष्म...