चला सूर्य जन्माला घालूया... (आनंद घैसास)

आनंद घैसास anandghaisas@gmail.com
रविवार, 11 डिसेंबर 2016

ऊर्जेच्या वाढत चालणाऱ्या गरजेमुळे ‘शाश्वत’ ऊर्जा पुरवणाऱ्या स्रोतांचा शोध घेणं जगभरात सुरू आहे. त्यातूनच चक्क ‘सूर्य’ जन्माला घालण्याचा एक प्रयोग साकार होतो आहे. आपल्या प्रयोगशाळेत, हायड्रोजनचं अणुसंमीलन घडवून आणणं म्हणजे एका ‘सूर्या’लाच जन्म देण्यासारखं आहे आणि ‘आयटर’ या भव्य प्रयोगातून त्याच्यावर सध्या काम सुरू आहे. दक्षिण फ्रान्सच्या प्रोव्हेन्स भागात या प्रकल्पाची उभारणी सध्या वेगानं सुरू आहे. हा या शतकातला सर्वांत किचकट अभियांत्रिकी प्रकल्प ठरणार आहे. या प्रकल्पावर एक नजर...

ऊर्जेच्या वाढत चालणाऱ्या गरजेमुळे ‘शाश्वत’ ऊर्जा पुरवणाऱ्या स्रोतांचा शोध घेणं जगभरात सुरू आहे. त्यातूनच चक्क ‘सूर्य’ जन्माला घालण्याचा एक प्रयोग साकार होतो आहे. आपल्या प्रयोगशाळेत, हायड्रोजनचं अणुसंमीलन घडवून आणणं म्हणजे एका ‘सूर्या’लाच जन्म देण्यासारखं आहे आणि ‘आयटर’ या भव्य प्रयोगातून त्याच्यावर सध्या काम सुरू आहे. दक्षिण फ्रान्सच्या प्रोव्हेन्स भागात या प्रकल्पाची उभारणी सध्या वेगानं सुरू आहे. हा या शतकातला सर्वांत किचकट अभियांत्रिकी प्रकल्प ठरणार आहे. या प्रकल्पावर एक नजर...

बाळाला जन्म द्यायचा हे निश्‍चित होतं, त्या वेळी आई-बाबांच्या मनात काय चाललेलं असतं, ते मोठं मजेशीर असतं. आनंद, हुरहूर, काळजी, जबाबदारी, भविष्याची स्वप्ने, यासोबत असंख्य प्रकारच्या तयाऱ्या या ‘गर्भार’अवस्थेसाठी केल्या जात असतात. आई-बाबांसाठी ही एक खासगी गोष्ट असली, तरी नातेवाइकांपासून आजूबाजूच्या शेजारपाजाऱ्यांपर्यंत सगळ्यांच्या कौतुकाचा आणि अनेक सल्ल्यांचा तो एक विषय ठरतो. डोहाळे लागतात तेव्हा आणि नंतर डोहाळजेवणाचं ठरतं तेव्हा ज्या काही घडामोडी कुटुंबातल्या सगळ्यांच्या बाबतींत होत असतात, त्याच सध्या जगभरातल्या अणुभौतिकी संशोधकांच्या कुटुंबाबाबत होत आहेत. कारण एका वैज्ञानिक प्रकल्पातून जन्माला येणार आहे चक्क सूर्य!

अर्थात ही आहे ‘शाश्वत ऊर्जा’ मिळवण्याची एक अटीतटीची धडपड. मानवाला असलेली जीवनावश्‍यक ऊर्जेची गरज ही एक वाढती समस्या आहे आणि या गरजेचं रोजचं वाढतं प्रमाण ही आणखी मोठी समस्या आहे. आपण परंपरागत ‘इंधन’ म्हणतो त्या वस्तू आजच्या घडीला कमी-कमी होत जात आहेत, हे मुख्य कारण आहे. एक तर पूर्वी इंधनाचा वापर करणारी लोकसंख्या आजच्याएवढी नव्हती. शिवाय त्या काळी माणसाच्या गरजाही कमी होत्या. दळणवळणही फार लांबचं नसे. पूर्वी गावातल्या गावात किंवा फार तर शहरापर्यंत पोचण्यासाठी बैलगाड्या असत. त्याहून लांबचा प्रवास असेल, तर घोडे. खनिज इंधनावर चालणाऱ्या मोटारी त्यानंतर आल्या. वाफेवर चालणारी रेल्वे आली, त्यातही जाळायला दगडी कोळसा वापरला जायचा. घरातला स्वयंपाक लाकूडफाटा, नाही तर कोळशावर चालायचा. रात्री प्रकाशासाठी कंदील, पणत्या असायचे, किंवा खाद्यतेलावर पेटणारे लामणदिवे. अंधारातून प्रवासासाठी चूड किंवा मशाली असायच्या- त्याही तेलाच्या. गावागावांत वीज पोचली आणि या साऱ्या पद्धती मागं पडल्या. घरातल्या चुली जाऊन गॅसच्या शेगड्या आल्या. रेल्वे आता विजेवर धावू लागली. घरोघरी संगणक, स्मार्टफोन आले. स्वयंपाकघरांत रेफ्रिजरेटर, मायक्रोवेव्ह ओव्हन, मिक्‍सर, तर हॉलमध्ये टीव्ही आणि बेडरूमला एसी लागायला लागला. या सर्व गोष्टींसाठी वीज ही अनिवार्य बाब बनली. दळणवळणासाठी रिक्षा, मोटारी, बसेस, सामानाच्या वाहतुकीसाठी ट्रक, तर लांबच्या प्रवासासाठी विमानं वापरणं आता सर्रास सुरू झालं. अर्थात सध्या पाहिलं, तर खनिज तेलापासून मिळणारी पेट्रोल आणि डिझेल ही दोन मुख्य इंधनं आणि वीज ही वापरातली ऊर्जा पुरवणारी तीन मुख्य साधनं म्हणायला हरकत नाही. यातले खनिज तेलसाठे (समुद्रातल्या खनिजतेलाचे शोध लागले असले तरी) एका मर्यादित संचयाचे आहेत. ते कधी तरी संपणार...मग आपण काय करणार?...

याच विचारातून ‘शाश्वत’ ऊर्जेची गरज भागवणाऱ्या स्रोतांचे शोध घेणं सुरू झालं. वीजनिर्मितीसाठी आधी दगडी कोळसा जाळून वाफेवर फिरणाऱ्या टर्बाईनवर वीजनिर्मिती होत असे. ते बंद पडू लागले. धरणांच्या पाण्याच्या प्रवाहांवर बसवलेली जनित्रं वीजनिर्मिती करू लागली. ही जलविद्युत केंद्रं हा सतत वीजपुरवठा करणारा आजचा मुख्य ऊर्जास्रोत आहे. त्यानंतर भूगर्भातून मिळणाऱ्या उष्णतेवर आधारित ‘भूऔष्णिक’ वीजनिर्मितीचा पर्याय योजला गेला. मग पवनऊर्जा, भरती-आहोटीच्या पाण्याची ऊर्जा, खोल समुद्रामध्ये उसळणाऱ्या लाटांची ऊर्जा, नद्या-ओढ्यांमधल्या वाहत्या पाण्याची ऊर्जा, रोज सूर्याकडून येणाऱ्या सूर्यप्रकाशाची ऊर्जा (सोलर पॅनेल वापरून) आणि त्या सूर्यप्रकाशाला एकत्रित करून त्यातून वीजनिर्मिती करणारी ऊर्जाकेंद्रं असे ‘अपारंपरिक’ विविध प्रकार पुढं आले आणि ते आता वापरातही आहेत. पण या सर्वांसाठी आधी येणारा प्रकल्प उभारणीचा खर्च आणि त्यातून मिळणारी ऊर्जा यांचा आर्थिक मेळ नेहमीच वादात राहिला आहे. यात अणुऊर्जेचा (युरेनियम विखंडनावर आधारित) पर्याय अनेक देशांनी ‘हरित’ म्हणून- म्हणजे हवेत कार्बनी उत्सर्जन कमी करणारा आणि जलविद्युत ऊर्जेच्या समान आर्थिक बाबतींतही बसणारा पर्याय म्हणूनही स्वीकारला. जैवकचऱ्यातून (गोबर गॅस) वायूनिर्मिती हाही पर्याय आहेच; पण तोही मर्यादित प्रमाणातच आहे. उसाच्या-मक्‍याच्या मळीपासून एथेनॉल हाही पर्याय फार कालावधीपर्यंत चालेल असा नाही, असंच जाणवून आलं आहे.

अनेक देशांमध्ये ऊर्जानिर्मितीचा मोठा भाग अणुऊर्जा हा असला, तरी त्यातही वापरून उरलेल्या टाकाऊ; पण किरणोत्सारी इंधनाचा निचरा करणं ही एक समस्या आहेच. शिवाय अणुऊर्जेच्या आस्थापनांतून होऊ शकणाऱ्या किरणोत्साराची एक भीतीयुक्त भावना जनमानसात आहे. निदान भारतात तरी असं चित्र निर्माण करण्यात येतं. आधी चेर्नोबिल आणि नंतर जपानच्या फुकुशिमा आस्थापनांच्या अपघातांचा सतत उल्लेख त्यात केला जातो. कदाचित तो एक राजकीय खेळही असावा- कारण अजूनही प्रत्येक वेळी असा प्रकल्प उभारताना होणारा विरोध ही एक नित्याचीच बाब होऊन बसली आहे. पण आजच्या काळात सर्वांत हरित, पर्यावरणाला पोषक आणि कदाचित काही काळांत परवडणारी अशीच ही अणुऊर्जा ठरत आहे. आज फ्रान्स, जपान आणि काही प्रमाणात अमेरिका हे अणुऊर्जेचा फार मोठ्या प्रमाणात वापर करणारे देश आहेत. बराच काळ चालणारा युरेनियमच्या इंधनाचा पुरवठा यात अध्याहृत धरला असला, तरी त्यालाही काही मर्यादा आहेतच. त्यामुळे ‘अणुविखंडन’ अभिक्रिया पद्धतीवर आधारित अशी ही अणुऊर्जाही काही शाश्वत ऊर्जा ठरणार नाही. एका ठराविक वस्तुमानाच्या संचयातून युरेनियमच्या विखंडनास सुरवात होते आणि त्यातून दोन वेगवेगळी मूलद्रव्यं तयार होताना जी ऊर्जा उत्सर्जित होते, त्यातून उष्णता मिळवून पाण्याची वाफ तयार केली जाते, त्यावर टर्बाईन फिरवून वीजनिर्मिती केली जाते, असं या अणुऊर्जाकेंद्राचं स्वरूप असतं.  

या पार्श्वभूमीवर, शाश्वत ऊर्जेच्या पाठपुराव्यासाठी गेल्या काही वर्षांत संशोधक आणि तंत्रज्ञ यांची जी एक धडपड चालू आहे, ती फार महत्त्वाची वाटते. त्याचं असं आहे, की पृथ्वीवर पाणी मुबलक आहे, पण ते समुद्रात. जलविद्युत निर्मितीसाठी मात्र पावसाचं, धरणांमधून साठवलेलं पाणीच उपयोगात येऊ शकतं. मात्र समुद्राच्या पाण्यातून हायड्रोजनची ‘जड’ समस्थानिकं, ज्यांना ‘ड्युटेरियम’ आणि ‘ट्रिटियम’ आयन म्हणतात, ते मात्र मुबलक प्रमाणात मिळू शकतात. याच हायड्रोजनच्या समस्थानिकांच्या (आयनांच्या) अणुसंमीलनातून ऊर्जा मिळवता आली तर?
हायड्रोजन अणुबाँबच्या स्फोटातून तयार होणारी ऊर्जा आपल्याला माहीत आहे. ती किती प्रमाणात बाहेर येते, तेही थोड्याफार प्रमाणात आता माहीत आहे. या ऊर्जेलाच सुसंगत, बंदिस्त करून आणि स्फोटाप्रमाणं तिचं अमर्याद उत्सर्जन होऊ न देता ती आपल्याला हवी तशी मिळवणं शक्‍य होईल का? अशा प्रकारचं संमीलन खरं तर सगळ्याच ताऱ्यांच्या अंतरंगात-सूर्याच्याही अंतरंगात, गाभ्यात सतत होत असतं. अर्थात आपल्या प्रयोगशाळेत, हायड्रोजनचं अणुसंमीलन घडवून आणणं म्हणजे एका सूर्यालाच जन्म देण्यासारखं... जमेल का हे? जर जमलं, तर शाश्वत ऊर्जेचा प्रश्न कायमचा मिटण्याकडं नेणारं ते पहिलं पाऊल ठरेल.

असा अणुसंमीलन ऊर्जाप्रकल्प करण्याचं सूतोवाच फार पूर्वीच, म्हणजे १९८५च्या रशिया-अमेरिका अध्यक्षांच्या भेटीतच झालं होतं. पण या प्रकल्पाची खरी सुरवात झाली ती २००७ मध्ये ३५ देशांमध्ये झालेल्या एका ३५ वर्षांसाठीच्या सामंजस्य करारातून. या प्रकल्पाचं नाव ‘आयटर’ म्हणजे लॅटिन भाषेत ‘मार्ग’ किंवा ‘पथदर्शक’. दक्षिण फ्रान्सच्या प्रोव्हेन्स भागात या प्रकल्पाची उभारणी सध्या वेगानं सुरू आहे. यात सात देशांचं किंवा समूहांचं प्रमुख सदस्यत्व आहे, असं मानतात. चीन, रशिया, भारत, जपान, अमेरिका, कोरिया आणि युरोपियन युनियन (यात युरोपातले अनेक देश येतात). एकूण १८ अब्ज पौंड अर्थसंकल्प असणारा हा प्रकल्प साठ फुटबॉल मैदानांच्या क्षेत्रफळाएवढ्या जागेवर उभारला जातोय. हा या शतकातला सर्वांत किचकट अभियांत्रिकी प्रकल्प ठरणार आहे. कारण यात वापरलं जाणारं सामान आणि त्याच्या उभारणीत लागणारं मनुष्यबळही फारच उच्च दर्जाचं असावं लागणार आहे. एकूण प्रत्यक्ष अभिक्रिया करणारी संयंत्रं २३ हजार टन वजनाची भरतील. यात दोन हजार आठशे प्रचंड क्षमतेचे चुंबक (सुपरकंडक्‍टिंग मॅग्नेट) असतील. त्यातले काही सूक्ष्म आकाराचे, तर काही जंबो जेट विमानाच्या आकाराचे आणि वजनाचेही असणार आहेत. हे सारे विद्युतचुंबक असून एकमेकांशी अतिउच्चवाहक तारांनी जोडलेले असतील. या तारांची प्रस्तावित लांबी कमीत कमी दोनशे किलोमीटर आहे. हे सारे विभाग या संयंत्रात उणे २६९ अंश सेल्सिअसला अतिथंड स्थितीत राखण्यात येणार आहेत. यासाठी रोज सुमारे बारा हजार लिटर द्रव हेलियम या संयंत्रांमध्ये खेळता ठेवावा लागणार आहे. अर्थात हे संयंत्र म्हणजे जगातला सर्वांत मोठा आणि अधिक क्षमतेचा ‘क्रायोजेनिक प्रकल्प’ ठरेल. पण सध्या तरी याकडं एक प्रयोग म्हणूनच पाहिलं जात आहे. तो यशस्वी ठरला तरच त्याच्या व्यावसायिक उपयुक्ततेची गणितं ठरवली जाणार आहेत.
या प्रकारच्या संयंत्राला ‘टोकामॅक’ म्हटलं जातं ते त्याच्या एका जपानी नावावरून. मेदूवड्याच्या आकाराच्या एका नळीच्या, बांगडीच्या ‘टॉरस’ आकाराच्या जागेत, अतिउच्च तापमानाच्या प्लाझ्माला (सुमारे पंधरा कोटी अंश सेल्सिअस) पकडून ठेवायचं. असं प्लाझ्माला ‘स्थानबद्ध’ करण्यासाठी प्रचंड क्षमतेच्या चुंबकीय क्षेत्राची गरज असते. या प्लाझ्मात हायड्रोजनची अधिक अणुभार असणारी दोन समस्थानिकं (आयन) ज्यांना ‘ड्युटेरियम’ आणि ‘ट्रिटियम’ म्हणतात, त्याच्या छोट्या जेमतेम दोन ग्रॅम भरतील एवढ्या अतिशीत गोठवलेल्या (उणे २६९ अंश सेल्सिअस) गोळ्या, किंवा टिकल्या (पॅलेट) वेगानं आत घुसवतात. प्रचंड तापमान आणि चुंबकीय क्षेत्राखाली असणाऱ्या प्लाझ्मात या हायड्रोजनच्या अणुंचं संमीलन होऊन त्यातून हेलियमचे अणू जन्म घेतात. या वेळी हायड्रोजनच्या अणुंमधल्या प्रोटॉन-न्युट्रॉन-इलेक्‍ट्रॉन या घटकांमधल्या काही गोष्टी एकत्रित होतात आणि हेलियमचं संघटन होतं, तर एका न्युट्रॉनचं उत्सर्जन होतं. यात शिल्लक वस्तुमानाचं ऊर्जेत रूपांतर होतं. हीच ऊर्जा आपल्याला उपयोगात आणायची आहे. ही ऊर्जा युरेनियमच्या नेहमीच्या आण्विक विखंडनक्रियेतून मिळणाऱ्या ऊर्जेच्या सुमारे चौपट असते! अर्थात ही संमीलन प्रक्रिया कार्यान्वित करण्यासाठी जेवढी ऊर्जा खर्च करावी लागणार आहे, त्याच्या तुलनेत पाहिलं, तर अशा संमीलनातून मिळणारी ऊर्जा ही एकूण दहापट ठरेल, अशी अपेक्षा आहे.

अणुविखंडन किंवा केंद्रकीय विखंडन प्रक्रियेतून जी ऊर्जा मिळते, तिचा वापर सध्याच्या ऊर्जानिर्मिती केंद्रात केला जातो. पण गेली साठ वर्षं सततच्या प्रयोगांमधूनही संमीलन प्रक्रियेतून ‘अविध्वंसक’ ऊर्जानिर्मिती शक्‍य आहे काय, याचं उत्तर चक्क ‘नाही’ असं मिळत आलं आहे. या पार्श्वभूमीवर ही नव्या संमीलन प्रकल्पाची उभारणी म्हणजे मोठी महत्त्वाकांक्षाच आहे. कारण जरी १९८५ मध्ये या प्रकल्पाची संकल्पना तयार झाली असली, तरी ‘कोल्ड वॉर’च्या अंमलाखाली १९९८ ते २००३ आणि नंतर काही राजकीय आर्थिक कारणं देत २००८मध्ये अमेरिकेनं या प्रयोगातलं आपलं अंगच काढून घेतलं होतं. आर्थिक मदतही बंद केली होती. त्यामुळं संपूर्ण प्रकल्पाला बार वर्षं पुढं ढकलावं लागलं आहे. पण आता मात्र काम जोमानं सुरू आहे. या आधी १९९७ मध्ये ब्रिटननं ‘जेट रिॲक्‍टर’ प्रकल्पात हा संमीलनाचा प्रयोग केला होता, तेव्हा एका अभिक्रियेतून सर्वाधिक ऊर्जा सोळा मेगावॉट मिळाली होती. फ्रान्समधल्या ‘तोरे सुप्रा’ रिॲक्‍टर प्रकल्पातून सहा मिनिटं तीस सेकंद एवढ्या कमाल वेळाकरता अभिक्रिया सतत सुरू राहिली होती, असं दिसून आलं आहे. या नव्या ‘आयटर’ प्रकल्पातून दर पन्नास मिनिटांच्या एका अभिक्रियेतून पाचशे मेगावॅट ऊर्जा मिळवण्याचं नियोजन आहे. या अभिक्रिया एकामागून एक, प्लाझ्मा बदलण्याचा कालावधी गृहीत धरून चालू राहिल्या, तर त्यातून अशा किती अभिक्रिया, किती कालावधीसाठी चालू ठेवल्यास ते व्यावसायिकदृष्ट्या फायद्याचं ठरेल, हेही या प्रकल्पातून समजून येणार आहे. २०२५ मध्ये पहिला प्लाझ्मा (फक्त दोन ग्रॅमचा) तयार होणार आहे. तो उच्च तापमानाच्या या तीस मीटरच्या नळीत चुंबकीय क्षेत्राच्या बंधनात राहील. त्यात हायड्रोजनच्या समस्थानिकांच्या टिकल्या फेकण्यात आल्याक्षणी संमीलन प्रक्रियेला सुरवात होईल. तत्क्षणी ऊर्जानिर्मितीला सुरवात होईल....नवा सूर्य आपल्या प्रयोगशाळेत जन्म घेईल! पण सगळं काही नियोजनाप्रमाणं होत गेलं, तर हे होईल.

सध्या सुमारे एक हजार तंत्रज्ञ-अभियंते या प्रकल्पाच्या उभारणीत मग्न असून, विविध सात देशांतून तयार होऊन येणारे सूक्ष्म यंत्रविभाग आणि प्रचंड आकारातल्या संयंत्राच्या विभागांची एकमेकांशी जोडणी करण्याच्या कामात गुंतले आहेत.

‘आयटर इंडिया’ची प्रयोगशाळा गुजरातमध्ये गांधीनगरला ‘इंडियन प्लाझ्मा रिसर्च’ संस्थेच्या अंतर्गत आहे. त्याचाही एक किस्सा आहे. या प्रयोगशाळेतल्या संशोधनासाठी ४५ टक्के आर्थिक साह्य युरोपियन युनियनकडून, तर प्रत्येकी ९ टक्के साह्य इतर सहा देशांकडून मिळते. तसंच प्रयोगासाठी लागणारी साधनसामग्रीही निरनिराळ्या ठिकाणांवरून इथं दाखल होते. यातच हॉलंडमधून ‘क्रायोजेनिक लाइन्स’चा पुरवठा करणारी एक आस्थापना आहे. त्याचे संचालक रोनाल्ड डेकर आणि त्यांचा तरुण मुलगा मॉरिस, ज्याचं महाविद्यालयीन शिक्षण नुकतंच पूर्ण झाले, या दोघांनी चक्क हॉलंडच्या त्यांच्या जन्मगावापासून, बर्गेनपासून सायकलनं प्रवास करत गांधीनगरच्या ‘आयटर इंडिया’ला भेट द्यायचं ठरवलं. एकूण १०८ दिवस, दहा हजार दोनशे किलोमीटरचा रस्ता आणि एकूण सोळा देशांतून प्रवास करत, फक्त दोनदा टायर फुटण्याचा अनुभव घेत ते गांधीनगरमध्ये दाखल झाले! ही सायकलयात्रा का बरं केली, असं त्यांना विचारलं असता, ‘‘मुलाच्या शिक्षणाची सांगता ही योग्य वेळ आणि ‘आयटर’च्या निमित्तानं भारतीय संस्कृतीशी झालेली ओळख, आणि त्याबद्दलचं कुतूहल ही दुसरी बाब. ‘ध्येय नव्हे तर ध्येयाप्रत नेणारा रस्ता आणि प्रवासच खरं जीवन असतं, आणि हे समजून आलं की जीवनाचा प्रवास अनुभवसमृद्ध आणि आनंददायी होत जातो,’ या भारतीय तत्त्वचिंतकांच्या शिकवणीतून ही यात्रा करण्याचं मनात आले,’’ असं त्यांनी सांगितलं. गांधीनगरमध्ये दाखल झाल्यावर त्यांनी व्यवस्थापकीय अधिकारी, क्रायोजेनिक संयंत्र प्रणालीचे प्रमुख रितेश भट्टाचार्य आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांची भेट घेतली. कार्यालयीन कामकाजासोबतच त्यांनी नंतर भारताच्या ‘स्वच्छ भारत अभियानात’ योजलेल्या सायकल रॅलीतही अहमदाबाद ते वडोदरा येथे भाग घेतला. ‘आयटर’ म्हणजे ‘पथदर्शी मार्ग’ याचंच हे वेगळं दर्शन!

अधिक माहितीसाठी : www.iter.org ही वेबसाइट, त्यातला पॅसेज टू इंडिया हा सायकल यात्रेचा लेख, तसंच www.iter-india.org आणि www.ipr.res.in या वेबसाइट जरूर पाहाव्यात. या विषयात करिअर करणाऱ्यांसाठीही त्या उपयुक्त आहेत. या आस्थापनात नव्या संधीही उपलब्ध आहेत, तसंच विद्यार्थ्यांसाठी समर कॅंपही या संस्थांमध्ये आहेत हे लक्षात घ्यावे...