छोट्या इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांना ऊर्जा देऊ शकतील अशी सूक्ष्म दहन इंजिन संशोधकांनी विकसित केली आहेत

जगभरातील शास्त्रज्ञ पारंपारिक रासायनिक बॅटऱ्यांना पर्यावरण-पूरक पर्याय शोधत आहेत.  अशाच प्रकारचा प्रयत्न भारतीय तंत्रज्ञान संस्था मुंबई येथील संशोधकांनी केला आहे. त्यांनी एक पर्यावरणपूरक आणि कार्यक्षम सूक्ष्म दहनकक्ष विकसित केला आहे. विज्ञान आणि अभियांत्रिकी मंडळ, भारत सरकार आणि विज्ञान व तंत्रज्ञान विभाग, भारत सरकार यांच्याकडून आर्थिक सहाय्य लाभलेल्या अभ्यसाबद्दल ऍप्लाइड फिजिक्स लेटर्स, एनर्जी कॉन्झर्वेशन ऍंड मॅनेजमेंट व ऍप्लाईड एनर्जी ह्या आणि इतर कालिकांमध्ये लेख प्रकाशित झाले आहेत. 

अचल अश्या कॉम्प्यूटर आणि दूरभाष यांपासून सहज सोबत घेऊन जाता येतील अशा लॅपटॉप व भ्रमणध्वनी (मोबाईल) पर्यंतच्या प्रवासासाठी, बॅटरी अत्यंत आवश्यक ठरली आहेत. दळणवळणाच्या पद्धतींमध्ये क्रांतिकारी बदल होऊन जग जवळ आणले जात असताना, बॅटऱ्यांमुळे पर्यावरणावर मात्र दुष्परिणाम दिसून आले आहेत. बॅटऱ्यांमध्ये खूपदा निकेल, कोबाल्ट व शिसं यांसारख्या जड धातूंचा उपयोग केला जातो. बॅटरी फेकून दिली की जड धातू मातीत मिसळतात, व वनस्पती ते शोषून घेतात व ते अन्न साखळीमध्ये साठत राहतात. हे जड धातू जास्त प्रमाणात शरीरात गेले तर ते हानिकारक असतात व शरीराच्या कार्यांमध्ये अडथळा निर्माण करतात. 

सूक्ष्म दहनकक्ष म्हणजे पेनापेक्षा लहान असलेले, इंधनावर चालणारे एक छोटेसे दहन इंजिन आहे. ह्या दहनकक्षात उष्णता निर्माण करण्यासाठी एलपीजी, म्हणजे स्वयंपाकाच्या गॅस सारखे इंधन वापरले जाते व निर्माण झालेल्या उष्णतेपासून वीजनिर्मिती केली जाते.नेहमी वापरल्या जाणाऱ्या बॅटऱ्यांपेक्षा हे जास्त पर्यावरण पूरक असतात.

“इंधन वापरणाऱ्या उर्जा स्रोतांमुळे होणारी पर्यावरणाची हानि जरी काळजीचे कारण असली, तरी, ह्या सूक्ष्म दहन कक्षाचे एका दिवसातील कार्बन डाय ऑक्साईड व पाण्याचे उत्सर्जन एका मानवाच्या सरासरी उत्सर्जनापेक्षा कमी असते,” असे भारतीय तंत्रज्ञान संस्था मुंबईतील संशोधक, व ह्या अभ्यासाचे लेखक श्री. बी. अरविंद सांगतात.  सूक्ष्म दहनकक्षाला इंधनाचा सतत पुरवठा असल्यामुळे तो सतत ऊर्जा पुरवत राहतो. बॅटरील जशी रीचार्ज करायची गरज असते तश्या कुठल्हाही प्रकारची गरज हे वापरताना भासत नाही.     

शेफिल्ड विद्यापीठाच्या प्राध्यापक भूपेन्द्र खंडेलवाल यांच्या साथीने भारतीय तंत्रज्ञान संस्था मुंबईच्या प्रा. सुदर्शन कुमार आणि त्यांच्या चमूने दुहेरी सूक्ष्म दहनकक्ष संरचित केला आहे. ह्यामध्ये एका सूक्ष्म दहन कक्षाच्या ऐवजी दोन सूक्ष्म दहनकक्ष एका शेजारी एक जोडले आहेत, ज्यात दोन ज्वाला असल्यामुळे उष्णता नीट पसरते व उष्णतेचा जास्तीत जास्त भाग वीज निर्माण करायला वापरता येतो. परिणामत: उपलब्ध सूक्ष्म दहनकक्षांच्या तुलनेत हा दुहेरी दहनकक्ष तेवढ्याच इंधनात जास्त वीज निर्माण करू शकतो. हा दुहेरी दहनकक्ष आकाराने आटोपशीर आहे व उत्पन्न शक्तीशी तडजोड करत नाही. 

सूक्ष्म दहनकक्ष संरचित करताना, ज्वाला दीर्घकाळ जळत राहील ह्याची खात्री करणे हे एक मोठे आव्हान असते. श्री. अरविंद सांगतात, “छोट्या दहनकक्षात ज्वाला लहान असते आणि उष्णताही कमी निर्माण होते. निर्माण झालेल्या उष्णतेच्या तुलनेत वाया गेलेली उष्णता जास्त असते. उष्णतेचे उत्सर्जन झाल्यामुळे ज्वाला विझून जाऊ शकते.” खूप वारा असताना शेकोटी जळत ठेवणे कठीण असते ना? हे तसेच काहीसे आहे. हा प्रश्न सोडवण्यासाठी, संशोधकांनी ज्वलन होते त्या भागाच्या आणि इंधन जळल्यावर वायू जिथून बाहेर पडतात त्या भागाच्या मधे सिरॅमिक वूल भरले. ह्यामुळे ज्वाला स्थिर झाली.

छायाचित्र क्रेडिट्स - प्रा.सुदर्शन कुमार, आयआयटी बॉम्बे

सिरॅमिक वूल वायूंना बाहेर जाउ देते, पण वायू बाहेर जाण्याचा वेग कमी करते. ह्यामुळे बाहेर जाणाऱ्या वायूंमधील उष्णता पकडली जाते आणि आत येणारे थंड इंधन ज्वलन व्हायच्या आधी थोडे गरम होते, व ते लवकर पेटते. “सिरॅमिक वूल, सिलिकॉन कार्बाईड आणि इतर अनेक सच्छिद्र सामग्रीच्या वपराचा फायदा होऊ शकतो, ह्यावर अद्याप पुरेसे संशोधन झालेले नाही,” असे श्री. अरविंद सांगतात. प्रस्तुत नवीन संरचनेमध्ये बाहेर फेकल्या जाणाऱ्या वायूंमधील उष्णता वापरली जाते, जी वापरली नसता वाया गेली असती.

ज्वला स्थिर करण्यासाठी, संशोधकांनी दहनकक्षाच्या नळीची रचना टप्प्याटप्प्याने रुंद होत जाणारी केली. प्रत्येक टप्प्याला नळीचा आकार आधीच्या टप्प्याच्या तुलनेत लक्षणीय मोठा होतो, त्यामुळे इंधनाचा प्रवाह विस्कळित होतो आणी छोटे छोटे उपप्रवाह तयार होतात व त्यामुळे इंधनाच्या प्रवाहाचा वेग कमी होतो. “आपल्याला नळीत जास्तीत जास्त वेळ इंधन थांबवून ठेवायचे आहे ज्यामुळे ते पूर्णत: जळेल आणि त्याचा पूर्ण विनियोग होईल. शिवाय ही नळी तयार करणे अवघड नाही कारण ही तयार करायला फक्त ड्रिलिंग च आवश्यक आहे,” असे श्री. अरविंद सांगतात.

सदर नवरचित दुहेरी सूक्ष्म-दहनकक्ष ४ वॉट शक्ती निर्माण करू शकतो, जी एक मोबाईल चार्ज करायला पुरेशी आहे. प्रा. सुदार्शन कुमार यांच्या गटाचा आता ही शक्ती चौपट करायचा प्रयत्न सुरू आहे, म्हणजे लॅपटॉप सारखी मोठी उपकरणेही चार्ज करता येतील. पण आपल्या रोजच्या आयुष्यात हे दहनकक्ष नियमितपणे वापरायला लागायला अजून खूप अवकाश आहे. सध्यातरी हे दहनकक्ष चालवायला ऑक्सिजनच्या टाक्या, तापविद्युत जनित्र अश्या बोजड सामग्रीची आवश्यकता भासते. म्हणून वातावरणातूनच ऑक्सिजन शोषून घेऊ शकणारे सूक्ष्म-दहनकक्ष संशोधक विकसित करत आहेत.

श्री. अरविंद सांगतात, “सूक्ष्म-दहनकक्ष वापरून एक स्वतंत्र, सुटसुटीत व सुवाह्य, परवडणारा आणि विश्वसनीय उर्जास्रोत तयार करणे व त्याचे व्यापरी उत्पादन करणे आमचे उद्दीष्ट आहे.”