अंतरिक्ष से धरती पर आएगी बिजली

धरती पर 24 घंटे हमेशा सौर ऊर्जा मिल सके, इसके लिए वैज्ञानिकों ने अंतरिक्ष में सोलर पैनल भेजा है, उन्हें इसमें सफलता भी मिली है। पहली बार अंतरिक्ष से भेजी गई सौर ऊर्जा पृथ्वी पर आई है। वैज्ञानिकों ने जनवरी 2023 को मैपले नाम का स्पेसक्राफ्ट पृथ्वी की कक्षा में छोड़ा था। इसमें सोलर पैनल लगे थे, जो अंतरिक्ष के तापमान और सोलर रेडिएशन को झेल सकें। वैज्ञानिका का मानना है कि स्पेस में लगाए जाने वाले सोलर पैनल पृथ्वी पर मौजूद पैनल्स के मुकाबले 08 गुना ज्यादा सौर ऊर्जा दे सकते हैं। आसान शब्दों में कहें तो स्पेस से मिलने वाली सौर ऊर्जा से पृथ्वी पर 08 गुना ज्यादा बिजली (Electricity) पैदा हो सकेगी।

अब अंतरिक्ष में सीधे फोटोवोल्टिक ऊर्जा का उत्पादन करना और फिर इसे पृथ्वी पर उपयोग के लिए भेजना यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी की सोलारिस परियोजना का केंद्रबिंदु है, जिसमें हम भी शामिल हैं। पहला प्रमुख लक्ष्य 2030 तक एक मेगावाट बिजली संयंत्र को कक्षा में स्थापित करना है। परियोजना के परिणाम ‘‘स्थलीय‘‘ फोटोवोल्टिक अनुप्रयोगों के लिए भी उपयोगी होंगे। अंतरिक्ष आधारित सौर ऊर्जा 60 से ज्यादा सालों से मौजूद है। दरअसल, 1958 में यूएस सैटेलाइट वैनगार्ड 1 रेडियो ट्रांसमीटर को संचालित करने के लिए एक वॉट से कम पावर पैनल का इस्तेमाल करने वाला पहला अंतरिक्ष यान था।

सैटेलाइट ने कुछ साल बाद काम करना बंद कर दिया, लेकिन यह अभी भी कक्षा में है। इसने न केवल अंतरिक्ष में सौर ऊर्जा के इस्तेमाल का मार्ग प्रशस्त किया, बल्कि यह पृथ्वी की परिक्रमा करने वाली सबसे पुरानी मानव निर्मित वस्तु भी है। इस बीच तकनीक आगे बढ़ी है। आज अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन 400 वर्ग मीटर से ज्यादा पैनलों से सुसज्जित है, जो इसे वैनगार्ड 1 पर उस पहली छोटी स्थापना की तुलना में 240,000 गुना ज्यादा ऊर्जा प्रदान करता है। यदि अंतरिक्ष यान को सौर ऊर्जा की आपूर्ति करना संभव है, तो क्या इस अक्षय ऊर्जा को लगातार और निरंतर, अधिक दक्षता के साथ, दिन के हर समय और बिना मौसम की स्थिति के हस्तक्षेप के पृथ्वी पर वापस भेजा जा सकता है ? यही वह चुनौती है, जिस पर आने वाले वर्षों में सोलारिस परियोजना ध्यान केंद्रित करेगी।

2023 में शुरू होने वाले सोलारिस प्रोजेक्ट के साथ यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी का लक्ष्य अंतरिक्ष में ऊर्जा उत्पन्न करना है, जिसका उपयोग पृथ्वी पर किया जा सके। फोटोवोल्टिक तकनीक, ग्रिड और भंडारण में हमारी विशेषज्ञता और सामान्य रूप से बड़े पैमाने पर अक्षय ऊर्जा उत्पादन संयंत्रों के निर्माण और उत्पादित ऊर्जा के बाद के प्रबंधन में एनेल समूह भी भाग ले रहा है। सोलारिस परियोजना में एनेल ने संभावित व्यावसायिक मॉडलों की प्रारंभिक पहचान और कक्षा में स्थापित होने वाले सौर ऊर्जा संयंत्रों के आकार को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण योगदान दिया है, साथ ही अंतरिक्ष से ऊर्जा प्राप्त करने वाले स्टेशनों की स्थापना के लिए बुनियादी दिशा-निर्देश दिए हैं।

विचार यह है कि अंतरिक्ष आधारित सौर ऊर्जा संयंत्रों को पृथ्वी की सतह से 36,000 किलोमीटर ऊपर, भूस्थिर कक्षा में स्थापित किया जाए अर्थात भूमध्य रेखा के चारों ओर एक गोलाकार कक्षा, जो पृथ्वी के घूर्णन काल के साथ मेल खाती है। पैनल हर समय सूर्य के संपर्क में रहेंगे, इस प्रकार पृथ्वी द्वारा बनाई गई शंक्वाकार छाया के कारण विषुव काल (सर्दियों से वसंत और गर्मियों से पतझड़ में संक्रमण) के दौरान, वर्ष में कुछ दिनों को छोड़कर, दिन के लगभग सभी घंटों और सभी मौसमों में ऊर्जा का उत्पादन करेंगे। अंतरिक्ष आधारित सौर पैनल पृथ्वी पर फोटोवोल्टिक प्रणालियों में सामान्य रूप से उपयोग किए जाने वाले पैनलों की तरह नहीं होते हैं।

वे हल्के और बहु-जंक्शन होते वाले हैं, जिसका अर्थ है कि वे कई परतों से बने होते हैं, जिनमें से प्रत्येक एक अलग अर्धचालक सामग्री से बना होता है और इसलिए सौर स्पेक्ट्रम के एक अलग हिस्से को अवशोषित करने में सक्षम होता है, इस प्रकार उजागर सतह क्षेत्र की समान मात्रा में अधिक ऊर्जा निकालता है। वे सिलिकॉन का उपयोग नहीं करते हैं, बल्कि इंडियम आर्सेनाइड या गैलियम आर्सेनाइड जैसी सामग्रियों का उपयोग करते हैं और वे दक्षता के उच्च स्तर तक पहुंच सकते हैं। वर्तमान में उनकी दक्षता 30 प्रतिशत है, लेकिन 10 वर्षों के भीतर 40 प्रतिशत तक पहुंचने की उम्मीद है (पृथ्वी पर उत्पादन संयंत्रों के लिए उपयोग किए जाने वाले वर्तमान में 21-22 प्रतिशत पर हैं, जबकि कैटेनिया में ‘3सन’ कारखाने में विकसित एचजटीे पैनल 24.5 प्रतिशत तक पहुंचते हैं)।

2025 में दक्षता मूल्यांकन, 2030 में पहला प्रक्षेपण

सोलारिस के लिए पहली महत्वपूर्ण तिथि अगले वर्ष, 2025 के लिए निर्धारित की गई है। तब तक यह आंकलन करना आवश्यक होगा कि वास्तविक संचरण दक्षता क्या है अर्थात कक्षा में उत्पादित ऊर्जा का कितना हिस्सा पृथ्वी तक पहुंचेगा। किसी विशाल केबल या अंतरिक्ष लिफ्ट के माध्यम से नहीं। फिलहाल, यह अभी भी विज्ञान कथा है बल्कि एक वायरलेस सिस्टम के माध्यम से। माइक्रोवेब ऊर्जा को पृथ्वी पर भेजा जाएगा और एंटेना की एक श्रृंखला द्वारा ‘‘कैप्चर‘‘ किया जाएगा, जो इसे बिजली में बदल देगा और इसे ग्रिड पर फीड करेगा।

कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी द्वारा विकसित और स्पेस सोलर पावर डेमोंस्ट्रेटर (एसएसपीडी-1) सैटेलाइट द्वारा इस्तेमाल की गई तकनीक की बदौलत अंतरिक्ष से बिजली का संचरण पहली बार 2023 में पूरा हुआ। यह एक ऐसा प्रयोग था, जिसमें दो एलईडी लाइटें चालू करके तकनीकी व्यवहार्यता का प्रदर्शन किया गया था। हालाँकि, अब सवाल यह है कि इस प्रक्रिया की औद्योगिक और आर्थिक व्यवहार्यता और स्थिरता क्या है। एक गीगावाट बिजली संयंत्र का वजन लगभग 11,000 टन होगा और सभी सामग्रियों को कक्षा में पहुंचाने के लिए 100 प्रक्षेपण करने होंगे।

आर्थिक रूप से टिकाऊ प्रणाली होने के लिए, संचरण दक्षता यानी कक्षा में उत्पादित ऊर्जा का हिस्सा जो पृथ्वी तक पहुंचेगा, जो आज तक अज्ञात है, यह 90 प्रतिशत से अधिक होना चाहिए। यदि सब कुछ ठीक रहा, तो अगला कदम 2030 के आस-पास पहला सौर फार्म कक्षा में भेजना होगा। एक मेगावाट का विद्युत संयंत्र जो पहले से ही स्थापित है तथा स्वचालित विस्तार में सक्षम है। उसके बाद, नई तकनीक का वास्तविक व्यावसायिक अनुप्रयोग शुरू करने के लिए 2040 और 2045 के बीच एक गीगावाट की स्थापित क्षमता तक अधिक से अधिक शक्तिशाली संयंत्र होंगे।

ये मानक एक गीगावाट अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा संयंत्र धातु की संरचनाएं होंगी, जिनमें समानांतर में लगे फोटोवोल्टिक पैनल होंगे, लगभग पांच वर्ग किलोमीटर के कुल क्षेत्र में, एक बड़े संचारण एंटीना के साथ। पृथ्वी पर लगभग 25 वर्ग किलोमीटर के क्षेत्र में व्यवस्थित अन्य एंटेना माइक्रोवेब प्राप्त करेंगे। अंतरिक्ष में स्थापित क्षमता का एक गीगावाट पृथ्वी पर स्थापित एक से छह या सात गुना अधिक ऊर्जा का उत्पादन कर सकता है, लगभग चैबीसों घंटे इसलिए अगर सब कुछ ठीक रहा, तो देशों और कंपनियों द्वारा अंतरिक्ष फोटोवोल्टिक्स की ओर दौड़ पड़ने की भी संभावना है।

‘‘स्थलीय‘‘ सौर ऊर्जा पर प्रभाव

सोलारिस परियोजना तेजी से कुशल फोटोवोल्टिक कोशिकाओं के विकास में उत्प्रेरक के रूप में भी काम करती है, जिनका उपयोग पृथ्वी पर बिजली उत्पादन संयंत्रों में भी किया जा सकता है। आज, अंतरिक्ष प्रयोगों के लिए सौर सेल जटिल माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक प्रक्रियाओं का उपयोग करके उत्पादित किए जाते हैं और उनकी लागत बहुत अधिक है। इसलिए परियोजना के दो लक्ष्य हैं- सौर पैनलों की दक्षता को 40 प्रतिशत तक बढ़ाना (जो बहुत अधिक है) और उत्पादन की लागत को कम करना। कम लागत पर उच्च दक्षता का लक्ष्य स्थलीय उपयोगों के लिए सौर पैनलों की एक पूरी नई पीढ़ी के विकास को सक्षम कर सकता है। पहले केवल घरेलू प्रयोगों के लिए और फिर बड़े पैमाने पर, जमीन-आधारित उत्पादन संयंत्रों के लिए प्रौद्योगिकी के विकास के लिए। इस प्रकार सौर ऊर्जा को ऊर्जा संक्रमण के एक आवश्यक स्तंभ के रूप में पुष्टि की जा सकती है और 2050 तक दुनिया की लगभग 90 प्रतिशत ऊर्जा को नवीकरणीय स्रोतों से उत्पादित करने के लक्ष्य में योगदान दिया जा सकता है।

सौर ऊर्जा, सूर्य से विकिरण उत्पन्न करने में सक्षमगर्मी, रासायनिक प्रतिक्रियाएं उत्पन्न करना या बिजली पैदा करना। पृथ्वी पर सौर ऊर्जा की कुल मात्रा दुनिया की वर्तमान और प्रत्याशित ऊर्जा आवश्यकताओं से बहुत अधिक है। यदि उचित तरीके से उपयोग किया जाए, तो इस अत्यधिक विसरित स्रोत में भविष्य की सभी ऊर्जा आवश्यकताओं को पूरा करने की क्षमता है। 21वीं सदी में सौर ऊर्जा अपनी अक्षय आपूर्ति और गैर-प्रदूषणकारी प्रकृति के कारण अक्षय ऊर्जा स्रोत के रूप में तेजी से आकर्षक हो गई है, जो सीमित जीवाश्म ईंधन कोयला, पेट्रोलियम और प्राकृतिक गैस के विपरीत है।

सूर्य एक अत्यंत शक्तिशाली ऊर्जा स्रोत है और सूर्य का प्रकाश अब तक प्राप्त ऊर्जा का सबसे बड़ा स्रोत है। पृथ्वी पर लेकिन पृथ्वी की सतह पर इसकी तीव्रता वास्तव में काफी कम है। यह मुख्य रूप से दूर के सूर्य से विकिरण के विशाल रेडियल प्रसार के कारण है। अपेक्षाकृत मामूली अतिरिक्त नुकसान पृथ्वी के वायुमंडल और बादलों के कारण होता है, जो आने वाली सूर्य की रोशनी का 54 प्रतिशत तक अवशोषित या बिखेर देते हैं। जमीन तक पहुंचने वाले सूर्य के प्रकाश में लगभग 50 प्रतिशत दृश्य प्रकाश, 45 प्रतिशत अवरक्त विकिरण और कुछ मात्रा में पराबैंगनी और अन्य प्रकार के विद्युत चुम्बकीय विकिरण होते हैं। सौर ऊर्जा पृथ्वी पर अनगिनत प्राकृतिक प्रक्रियाओं को संचालित और प्रभावित करती है।

उदाहरण के लिए, पौधों, शैवाल और साइनोबैक्टीरिया द्वारा प्रकाश संश्लेषण सूर्य से ऊर्जा पर निर्भर करता है और पृथ्वी पर जीवन के रखरखाव में उस प्रक्रिया के महत्व को बढ़ा-चढ़ाकर बताना लगभग असंभव है। यदि प्रकाश संश्लेषण बंद हो जाए, तो पृथ्वी पर जल्द ही बहुत कम भोजन या अन्य कार्बनिक पदार्थ होंगे। अधिकांश जीव गायब हो जाएंगे और समय के साथ पृथ्वी का वायुमंडल गैसीय ऑक्सीजन से लगभग रहित हो जाएगा। जल चक्र में पानी के वाष्पीकरण, भूमि और पानी के तापमान और हवा के निर्माण के लिए भी सौर ऊर्जा आवश्यक है। ये सभी जलवायु पैटर्न में प्रमुख कारक हैं, जो पृथ्वी पर जीवन को आकार देते हैं।

सौर ऊर्जा की क्षमता

सौर ऊर्जा को सौर ऊर्जा के रूप में उपयोग करने की क्षमता बहुत अधिक है, क्योंकि पृथ्वी को प्रतिदिन दुनिया की कुल दैनिक विद्युत उत्पादन क्षमता का लगभग 2,00,000 गुना सौर ऊर्जा के रूप में प्राप्त होता है। दुर्भाग्य से, हालांकि सौर ऊर्जा स्वयं मुफ्त है, लेकिन इसके संग्रह, रूपांतरण और भंडारण की उच्च लागत अभी भी कई स्थानों पर इसके दोहन को सीमित करती है। सौर विकिरण को या तो तापीय ऊर्जा (गर्मी) या विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है। हालांकि, पूर्व विधि को पूरा करना आसान है। सौर ऊर्जा का उपयोग लंबे समय से सीधे तापीय ऊर्जा के स्रोत के रूप में किया जाता रहा है। 20वीं सदी की शुरुआत में तकनीकी प्रगति ने सूर्य की तापीय ऊर्जा के उपयोग और प्रयोगों की संख्या में वृद्धि की है और सौर ऊर्जा के उत्पादन के लिए दरवाजे खोल दिए। हम दुनिया की औद्योगिक अर्थव्यवस्थाओं को चलाने के लिए जीवाश्म ईंधन जलाते रहे हैं।

चाहे कोयला हो, तेल हो या प्राकृतिक गैस, ऊर्जा के इन स्रोतों ने हमारे पर्यावरण को काफी हद तक खराब कर दिया है। दशकों से हम इन जीवाश्म ईंधनों को निकालने के नकारात्मक प्रभावों के बारे में चिंतित हैं। खतरनाक कोयला खदानें और पर्यावरण के लिए विनाशकारी तेल रिसाव इसके दो उदाहरण हैं लेकिन अब हम महसूस करते हैं कि इससे कहीं ज्यादा बड़ा खतरा है जलवायु परिवर्तन। इन ईंधनों को जलाने से हमारे वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड की भारी मात्रा निकलती है, जो अब अपने चरम पर पहुंच गई है और जलवायु परिवर्तन के उदाहरण हर हफ्ते सुर्खियां बनते हैं।

भयंकर जंगल की आग, विनाशकारी सर्दियों के तूफान और मरती हुई चट्टानें, इसके कुछ उदाहरण हैं। निकट भविष्य में एक ऐसी दुनिया की कल्पना करें, जहां लाखों पशु प्रजातियां विलुप्त हो गई हों, महासागर मर रहे हों, कृषि विफल हो रही हो और मानवता एक धागे से बंधी हो। हममें से कोई भी ऐसा नहीं चाहता, लेकिन हम इस संभावित अस्तित्वगत खतरे का सामना कर रहे हैं। हम जानते हैं कि क्या करने की जरूरत है और हमें आपकी मदद की जरूरत है।

क्या होगा अगर हम ऊर्जा का एक नया स्रोत खोज पाएं, जो न केवल पृथ्वी के पर्यावरण को नुकसान से बचाए, बल्कि हमारे ग्रह के वायुमंडल को भी ठीक होने दे ? ऐसा स्रोत जो असीमित हो, जिसमें कार्बन उत्सर्जन शून्य हो और जो कोयला, प्राकृतिक गैस और परमाणु ऊर्जा के साथ अत्यधिक प्रतिस्पर्धी हो ? ऐसा स्रोत जो सौर और पवन ऊर्जा के साथ सामंजस्य में काम करेगा, हमें विदेशी तेल पर निर्भरता से मुक्त करेगा और जो पृथ्वी के सबसे दूरस्थ, गरीब क्षेत्रों में सीधे बिजली पहुंचा सकता है ? इसे अंतरिक्ष सौर ऊर्जा कहा जाता है और यह हमारी उंगलियों पर है। 1970 के दशक से संयुक्त राज्य अमेरिका में और 1980 के दशक से एशिया में अध्ययन किया गया है, अंतरिक्ष सौर ऊर्जा के लिए कोई तकनीकी बाधा नहीं है।

हमें बस इसे साकार करने की इच्छाशक्ति की आवश्यकता है। कुछ लोग इस बात से चिंतित होंगे कि इस ऊर्जा को उत्पन्न करने वाले परिक्रमा प्लेटफॉर्म बनाने के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले रॉकेट हमारे वायुमंडल को प्रदूषित करेंगे, लेकिन चिंता न करें। उद्यमी ‘‘ग्रीन‘‘ लॉन्चर बनाने के लिए काम कर रहे हैं, जो प्रदूषण को कम करते हैं और स्टेशनों को लॉन्च करने के लिए आवश्यक लॉन्च की संख्या जीवाश्म ईंधन के निरंतर जलने की तुलना में कार्बन की बाल्टी में एक शाब्दिक बूंद है। जो भी देश इस तकनीक का सबसे पहले उपयोग करेगा, वह न केवल ऊर्जा वितरण में बहुत आगे होगा बल्कि दुनिया भर के देशों के साथ इस तकनीक को साझा भी कर सकेगा।

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स्वच्छ ऊर्जा, स्वच्छ पर्यावरण और दुनिया के सबसे गरीब हिस्सों में ऊर्जा पहुंचाना, इसके लाभ लगभग कल्पना से परे हैं। जमीन पर आधारित सौर पैनलों के विपरीत, अंतरिक्ष सौर ऊर्जा मौसम से अप्रभावित रहेगी। परमाणु ऊर्जा के विपरीत, इसमें कोई खतरनाक उपोत्पाद नहीं हैं और जीवाश्म ईंधन के जलने के विपरीत, अंतरिक्ष सौर ऊर्जा हमारे पर्यावरण के लिए अनुकूल है।

निरंकार सिंह

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