स्टील उद्योग होणार डिकार्बनाईज !

स्टील उद्योगामधून कार्बन उत्सर्जनाचं प्रमाण जास्त आहे. केंद्र सरकारच्या धोरणांनुसार आपल्याला 2035 पर्यंत हे कार्बन उत्सर्जनाचं प्रमाण 50 टक्क्यावर आणायचं आहे. आणि 2070 पर्यंत शून्य कार्बन उत्सर्जनाचं ध्येय गाठायचं आहे. यासाठी इलेक्ट्रिकल वाहनांसह अन्य शाश्वत ऊर्जेचे पर्याय स्वीकारले जात आहेत. या सगळ्या प्रयत्नांना जोड म्हणून आता कार्बन उत्सर्जन न करणाऱ्या पद्धतीवर आधारित स्टील उद्योगांची निर्मिती करण्यासंदर्भातलं संशोधन पूर्ण झालं आहे. 

आयआयटी मुंबई संस्थेतले संशोधकांनी स्टील उद्योगातून कार्बन उत्सर्जन होऊ नये यासाठी एक नवीन पद्धत शोधून काढली आहे. या प्रक्रिया पद्धतीचं नाव आहे हायड्रोजनवर आधारित लोहावर प्रक्रिया करणे. (हायड्रोजन बेस्ड डायरेक्ट रिडक्शन ऑफ आयर्न Hydrogen-based direct reduction of iron)

अर्थ उभारणी आणि पर्यावरणीय ऱ्हास करणारा स्टील उद्योग

पायाभूत सुविधा निर्माण आणि आर्थिक विकासासाठी स्टील उद्योग हे अत्यावश्यक आहेत. मात्र याच उद्योगामुळे पर्यावरणाचंही मोठ्या प्रमाणावर नुकसान होतं. कारण स्टील निर्माण करताना त्या प्रक्रियेतून मोठ्या प्रमाणार कार्बन उत्सर्जित होत असतो. स्टील उत्पादन प्रक्रियेमध्ये, लोह धातू वितळवण्यासाठी कोळसा आणि नैसर्गिक वायू वापरतात. ज्यातून कार्बन तयार होतो. या प्राथमिक प्रकियेनंतर या वितळलेल्या लोहावर पुढची प्रक्रिया करुन दैनंदिन वापरातलं स्टील निर्माण केलं जातं. या संपूर्ण प्रक्रियेवेळी मोठ्या प्रमाणावर कार्बन उत्सर्जन होतं. जगभरात दरवर्षी या स्टील निर्मितीच्या प्रक्रियेतून 3.7 अब्ज मेट्रिक टन कार्बन डायऑक्साईड  वायू तयार होतो. ज्यामुळे एकुण  7 ते 9 टक्के कार्बन उत्सर्जित होतो. 

आयआयटी मुंबईचं संशोधन

स्टील उद्योगातून निर्माण होणारं हे कार्बन उत्सर्जन थांबवण्यासाठी मुंबई आयआयटीतून विशेष संशोधन करण्यात आलं आहे. रसायनशास्त्र (केमिस्ट्री) विभागातील संशोधक प्राध्यापक अर्नब दत्ता, सुकांता शहा, सुहाना करीम आणि शंतनू घोराय यांनी या विषयावर संशोधन केलं आहे. 

स्टील निर्माण करण्याच्या आताच्या प्रक्रियेतून मोठ्या प्रमाणावर कार्बन डायऑक्साईड वायू तयार होऊन त्यातून कार्बन उत्सर्जन होतो. ही प्रक्रिया टाळण्यासाठी या संशोधन टीमने ग्रीन हायड्रोजन तंत्र विकसित केलं आहे. ग्रीन हायड्रोजन म्हणजे विद्युत उपकरणाच्या मदतीने पाण्यातलं  हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन वेगळं करणं. यासाठी अक्षय ऊर्जा स्त्रोतातून निर्माण केलेल्या वीजेचा वापर करता येऊ शकतो. या तंत्राच्या माध्यमातून पुढे हायड्रोजन बेस्ड डायरेक्ट रिडक्शन ऑफ आयर्न ही पद्धत विकसित केली आहे.

लोह धातू वितळवण्यासाठी हायड्रोजनचा वापर

आयआयटी मुंबईच्या संशोधकांनी लोह धातू वितळवण्यासाठी कोळशा ऐवजी हायड्रोजनचा वापर केला. त्यामुळे हा लोह धातू वितळवण्याच्या प्रक्रियेवेळी कार्बन डायऑक्साईड हे सह-उत्पादन निर्माण होण्याऐवजी पाण्याची वाफ बाहेर पडते. त्यामुळे जर का स्टील प्रकल्पामध्ये लोह धातू वितळवण्यासाठी हायड्रोजनचाच वापर केला गेला तर हे कार्बन उत्सर्जन बंद होऊ शकतं, असा दावा संशोधकांनी केला आहे. 

हायड्रोजन कसा निर्माण करायचा? 

सध्या हायड्रोजन निर्मितीसाठी दोन पद्धती वापरल्या जातात. एक पद्धत आहे ती म्हणजे  मिथेन वायूवर प्रक्रिया करुन त्यातून हायड्रोजन तयार करणं. आणि दुसऱ्या पद्धतीमध्ये कोळसा गॅसिफिकेशन करणं. कोळसा गॅसिफिकेशन म्हणजे ज्यात ऑक्सिजन, पाणी आणि हवेच्या साहाय्याने कोळसा जाळण्याऐवजी त्याचं एका वायूमध्ये रुपांतर केलं जातं. या वायूला सिन्गॅस (syngas) असं म्हणतात. या वायूमध्ये कार्बन मोनोक्साईड, हायड्रोजन, कार्बन डायऑक्साइड, मिथेन आणि पाण्याची वाफ इत्यादी घटक असतात. 

हायड्रोजन निर्मितीच्या वरील दोन्ही पद्धतीतून कार्बन मोनोक्साईड, कार्बन डायऑक्साइड यासारखे विषारी वायू कमीअधिक प्रमाणात बाहेर पडतातच. त्यामुळे अशा पद्धतीने  निर्माण केलेला हायड्रोजन स्टील प्रकल्पामध्ये वापरला तर आपण डिकार्बनाईजचा दावा करु शकत नाही. 

त्यासाठी स्वच्छ पर्यावरणपूरक हायड्रोजन निर्मिती करण्याची गरज आहे. आणि मुंबई आयआयटी संस्थेने तो मार्ग ही शोधलेला आहे. 

पर्यावरणपूरक हायड्रोजन निर्मितीसाठी या संशोधन टीमने पाण्याचा वापर केलेला आहे. वॉटर इलेक्ट्रोलिसीस म्हणजे पाण्याचं विद्युत अपघटन करणंं. या प्रक्रियेमध्ये इलेक्ट्रोलायझर या विद्युत उपकरणामध्ये पाण्यातलं हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन हे दोन घटक वेगळे केले जातात. या इलेक्ट्रोलायझर म्हणजे विद्युत उपकरणासाठीही पवन किंवा सौर ऊर्जा सारख्या अक्षय स्त्रोतातून निर्माण केलेली वीज वापरावी. जेणेकरुन या सगळ्या प्रक्रियेमध्ये कुठेच जीवाश्व इंधन किंवा कार्बन सारखे विषारी वायू उत्सर्जित होणार नाही. त्यामुळे तो ‘ग्रीन हायड्रोजन’ म्हणून गणला जाईल.

अशा रितीनं निर्माण केलेला हायड्रोजन वापरुन जर लोह धातू वितळवला आणि त्यातून स्टील निर्माण केलं तर तो पूर्ण स्टील प्रकल्प हा शून्य कार्बन उत्सर्जन करणारा म्हणजे  डिकार्बनाईज प्रकल्प ठरेल. 

ग्रीन हायड्रोजन निर्मिती प्रक्रिया खर्चिक

दरम्यान, औद्योगिक स्तरावर पर्यावरणपूरक हायड्रोजनचा प्रकल्प उभा करणं खूप खर्चिक आहे. कारण या प्रकल्पासाठी पायाभूत सुविधा आणि पाण्याचं विघटन करताना लागणाऱ्या उच्च दर्जाच्या उत्प्रेरक (Catalysis) साधनांची अत्यावश्यकता आहे. या टीममधल्या सुहाना करीम सांगतात की, “उत्प्रेरक म्हणजे प्रक्रिया करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या साधनामध्ये प्लेटिनम आणि पॅलाडियम धातूंचा वापर केला जातो. हे दोन्ही धातू खूप महाग असतात आणि त्यांचा मर्यादीत स्वरुपात वापर करावा लागतो. त्याचा सर्रास वापर करता येत नाही. खूप सांभाळून वापर करावा लागतो. त्यामुळे या दोन धातूंना पर्याय शोधला जात आहे.  जो आर्थिकदृष्ट्या व्यवहार्य असेल अशा शाश्वत पर्यायावर विचार केला जात आहे.”

कोबालॉक्सीमेस उत्प्रेरकावर संशोधन

उत्प्रेरक साधनांमध्ये प्लेटिनम आणि पॅलाडियम धातूंच्या वापराऐवजी कोबाल्टवर आधारित उत्प्रेरकांच्या वापरावर मुंबई आयआयटीसह जगभरात संशोधन सुरू आहे. कोबाल्ट धातू हा पाण्यात विरघळतो आणि तो हवेतही स्थिर स्थितीत राहून कोणत्याही साधनाशिवाय पाण्याचं विघटन करु शकतात. या उत्प्रेरकाला कोबालॉक्सीमेस (Cobaloximes) असं म्हणतात. हे प्लेटिनम आणि पॅलाडियम धातूंपेक्षा स्वस्त आहे. जगभरातल्या अनेक संशोधकांनी या कोबालॉक्सीमेसची आण्विक रचनेत काही बदल करुन त्याच्या साहय्याने पाण्याचं विघटन करण्याची प्रक्रिया अधिक सोपी केली आहे. 

आयआयटी मुंबई टीमने जास्त कोबालॉक्सीमेस उत्प्रेरकातून जास्त हायड्रोजन निर्माण करण्यासाठी त्यात नैसर्गिक अमिनो ॲसीड, विविध विटामिन्स आणि अन्य घटक वापरले आहेत. यासोबतच समुद्राच्या पाण्यातही हे कोबालॉक्सीमेस उत्प्रेरक उत्तमरित्या क्रियाशील राहावं यासाठी सुद्धा त्यानुसार बदल केले जातात. 

मात्र हे कोबालॉक्सीमेस उत्प्रेरक  प्रयोगशाळांमध्ये चांगल्या प्रकारे कार्यरत राहतं. पण ओद्योगिक क्षेत्रामध्ये मोठ्या प्रकल्पावर काम करताना अडचणी येतात. त्यामुळे या त्रूटी जाणून त्यावर उपाय शोधण्याचं काम संशोधक आता करत आहेत. 

या उत्प्रेरक साधनासह पाण्याच्या विघटनासाठी आवश्यक असलेल्या विविध विद्यूत उपकरणांवरही संशोधन सुरू आहे. जेणेकरुन आर्थिकदृष्ट्या कमी खर्चिक आणि जास्त हायड्रोजन निर्मिती करु शकेल अशा उपकरणांचा शोध घेतला जात आहे. 

पर्यावरणपूरक ग्रीन हायड्रोजनचा अन्य वापर

संपूर्णरित्या पर्यावरणपूरक प्रक्रियेतून निर्माण केलेल्या या ग्रीन हायड्रोजनचा वापर वातावरणात सोडल्या जाणाऱ्या कार्बन वायूला एकत्र करण्यासाठी, पुढे हा वायू वातावरणात मिसळणार नाही याची दक्षता घेत योग्य शास्त्रीय पद्धतीने तो नष्ट करण्यासाठी या ग्रीन हायड्रोजनचा वापर होऊ शकतो. 

दरम्यान, मुंबई आयआयटी संस्थेच्या या संशोधनातून विद्युत उपकरणांमध्ये कोबाल्ट उत्प्रेरकाचा वापर कसा करु शकतो, पाण्याचं विघटन करण्यासाठी गरजेनुसार विद्युत उपकरणं किंवा भट्टी कशी निवडावी आणि या साधनांच्या मदतीने उत्तम पर्यावरणपूरक ग्रीन हायड्रोजनची निर्मिती करुन शून्य कार्बन उत्सर्जित करत त्यातून स्टील उत्पादन कसं करावं हे स्पष्ट केलं आहे.