“नेचर” ने चीन में कोयले से एलीन्स उत्पादन हेतु हुई इस महत्वपूर्ण प्रगति की पुष्टि की: उच्च दक्षता, कम खपत।

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“नेचर” ने चीन में कोयले से एलीन्स उत्पादन हेतु हुई इस महत्वपूर्ण प्रगति की पुष्टि की: उच्च दक्षता एवं कम ऊर्जा खपत।
लेखक/स्रोत: तारीख: 2016-03-07; लाइक्स: 16
हाल ही में, अंतरराष्ट्रीय स्तर पर प्रतिष्ठित “नेचर” पत्रिका ने चीन की वैज्ञानिक एवं तकनीकी प्रगति संबंधी एक और महत्वपूर्ण खोज की पुष्टि की। 4 मार्च को, आरईएन के प्रतिनिधि, चीनी विज्ञान अकादमी के डालियान रसायन भौतिकी संस्थान के शोधकर्ता, एवं चीनी विज्ञान अकादमी के सदस्य बाओ शिनहे ने इस नवीनतम शोध परिणाम की जानकारी दी। 　　जानकारी के अनुसार, अकादमिक बाओ शिनहे (जो वर्तमान में फुदान विश्वविद्यालय के कार्यकारी उपकुलपति एवं प्रोफेसर हैं) एवं शोधकर्ता पान शिउलियन के नेतृत्व में बनी टीम ने गैसीकरण के माध्यम से सीधे ऑलिफिन उत्पन्न करने संबंधी अनुसंधान में महत्वपूर्ण प्रगति हासिल की है। इस खोज ने 90 साल से अधिक समय से गैसीकरण उद्योग में इस्तेमाल हो रही “फी-टी” प्रक्रिया को चुनौती दी है। उन्होंने अधिक पानी एवं ऊर्जा की आवश्यकता वाली हाइड्रोजन उत्पादन प्रक्रियाओं को त्यागकर, गैसीकरण से प्राप्त होने वाली सिंथेटिक गैस (शुद्ध CO एवं H2 का मिश्रण) का उपयोग किया। एक नए प्रकार के संयुक्त उत्प्रेरक की मदद से, उन्होंने एक ही चरण में कम-कार्बन वाले ऑलिफिन उत्पन्न किए। इस खोज ने पारंपरिक गैसीकरण प्रक्रियाओं में उत्प्रेरकों की कार्यक्षमता एवं चयनात्मकता के बीच मौजूद समस्या का समाधान किया, एवं उच्च-कार्यक्षम उत्प्रेरकों एवं उत्प्रेरण प्रक्रियाओं के डिज़ाइन हेतु मार्गदर्शन प्रदान किया। इस उपलब्धि को उद्योग जगत में “कोयले के रूपांतरण के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण एवं ऐतिहासिक उपलब्धि” के रूप में माना गया है। “नेचर” ने चीन में कोयले से गैस उत्पादन हेतु हुई इस महत्वपूर्ण प्रगति की पुष्टि की। 4 मार्च को, बीजिंग में, चीनी विज्ञान अकादमी के भौतिकी विभाग में अकादमिशियन बाओ शिनहे ने इस उपलब्धि के बारे में जानकारी दी। 　　एलीन्स, आधुनिक उद्योगों में उपयोग होने वाली सबसे महत्वपूर्ण कच्ची सामग्रियों में से हमारे देश में एलीन्स का उत्पादन मुख्य रूप से तेल शोधन से ही होता है; इसकी लागत एवं पर्यावरणीय प्रभाव बहुत अधिक हैं। इसलिए, तेल-आधारित रसायन उद्योग के विकल्प के रूप में कोयला-आधारित रसायन उद्योग को अपनाना, हमारे देश में हाल के वर्षों में ऊर्जा विकास हेतु एक नया रास्ता माना 　　इस शोध के परिणाम 4 मार्च को अमेरिकी पत्रिका “साइंस” (Science) में प्रकाशित हुए। इस संबंध में चीन में आविष्कार पेटेंट एवं अंतरराष्ट्रीय PCT पेटेंट भी दायर किए गए हैं। “साइंस” पत्रिका के उसी अंक में “चयनात्मकता से आश्चर्यचकित” (Surprised by Selectivity) शीर्षक से एक विशेषज्ञों का लेख प्रकाशित हुआ। इस लेख में कहा गया कि भविष्य में यह प्रक्रिया औद्योगिक क्षेत्र में बहुत ही प्रतिस्पर्धात्मक साबित होगी। 　　वर्ष 1923 में, जर्मन वैज्ञानिकों फिशर एवं ट्रॉप्श ने कोयले को सिंथेटिक गैस में परिवर्तित करके उच्च-कार्बन युक्त रसायनों एवं तरल ईंधन उत्पन्न करने हेतु “फिशर-ट्रॉप्श प्रक्रिया” का आविष्कार किया। हालाँकि यह प्रक्रिया पूरी तरह से आदर्श नहीं है; इससे बड़ी मात्रा में कार्बन डाइऑक्साइड उत्पन्न होती है, साथ ही बहुत सारा पानी भी खर्च होता है। इसके अलावा, इस प्रक्रिया में प्राप्त उत्पादों की गुणवत्ता भी अच्छी नहीं होती, एवं उनके और शोधन हेतु भी बहुत ऊर्जा की आवश्यकता होती है। फिर भी, अंतरराष्ट्रीय ऊर्जा एवं रसायन उद्योग इस प्रक्रिया को अपरिहार्य मानता है। 　　आज, चीनी विज्ञान अकादमी के दालियान रसायन विज्ञान संस्थान के शोधकर्ताओं ने इस प्रक्रिया में बदलाव किया है। उन्होंने अधिक पानी एवं ऊर्जा की आवश्यकता वाली “वॉटर-गैस रूपांतरण” विधि को त्याग दिया, एवं सीधे ही गैसीकरण प्रक्रिया से प्राप्त होने वाली मिश्रित गैसों का उपयोग करके उच्च चयनात्मकता के साथ कम-कार्बन वाले ऑलिफिन प्राप्त किए। जब CO का एकतरफा रूपांतरण दर 17% होती है, तो कम-कार्बन वाले हाइड्रोकार्बन उत्पादों की चयनात्मकता 94% तक पहुँच जाती है; जिसमें कम-कार्बन वाले अल्कीनों (एथिलीन, प्रोपीलीन एवं ब्यूटीलीन) की चयनात्मकता 80% से अधिक होती है। इससे पारंपरिक फी-टो संश्लेषण प्रक्रिया में कम-कार्बन वाले अल्कीनों के उत्पादन हेतु 58% तक ही होने वाली सीमा (SF सीमा) टूट गई। 　　पारंपरिक फी-टो (F-T) प्रक्रिया में उत्प्रेरक के रूप में धातुओं (अपचयन अवस्था में) का उपयोग किया जाता है। धात्विक उत्प्रेरकों की सतह पर CO अणु, C परमाणुओं एवं O परमाणुओं में विघटित हो जाता है। ये C एवं O परमाणु, उत्प्रेरक की सतह पर मौजूद हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ अभिक्रिया करके मेथिलीन (CH2) नामक मध्यवर्ती पदार्थ बनाते हैं; इस प्रक्रिया में जल अणु भी उत्पन्न होते हैं। मेथिलीन मध्यवर्ती पदार्थ, उत्प्रेरक की सतह पर होने वाली “प्रवास-संश्लेषण” प्रक्रिया के माध्यम से स्वतंत्र रूप से संश्लेषित होते हैं; इस प्रक्रिया से विभिन्न संख्या में कार्बन परमाणुओं वाले हाइड्रोकार्बन उत्पाद बनते हैं (एक से लेकर तीस तक, कभी-कभी तो सौ से भी अधिक कार्बन परमाणु)। पूरी अभिक्रिया में हाइड्रोकार्बन उत्पादों में कार्बन परमाणुओं की संख्या में बहुत विविधता होती है, एवं वांछित उत्पादों का चयनात्मकता स्त साथ ही, इस प्रक्रिया में धातुओं के उत्प्रेरकों की सतह पर CO के विघटन से उत्पन्न होने वाले O परमाणुओं को हटाने हेतु बड़ी मात्रा में हाइड्रोजन की आवश्यकता होती है। यह मूल्यवान हाइड्रोजन “वॉटर-गैस रूपांतरण” प्रक्रिया द्वारा प्राप्त किया जाता है (CO + H2O → H2 + CO2)। वॉटर-गैस रूपांतरण एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, एवं इस प्रक्रिया में बड़ी मात्रा में CO2 भी उत्पन्न होता है। 　　डालियान रसायन विज्ञान संस्थान के शोधकर्ताओं द्वारा विकसित प्रक्रिया में, आंशिक रूप से अपचयित संयुग्मित ऑक्साइडों का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया गया। CO अणु, उत्प्रेरक की ऑक्सीजन-संबंधी कमियों पर आसंजित होकर विघटित हो जाते हैं। गैसीय हाइड्रोजन अणु, विघटन से उत्पन्न C परमाणुओं के साथ प्रतिक्रिया करके मेथिलीन फ्री रेडिकल बनाते हैं; जबकि उत्प्रेरक की सतह पर CO के विघटन से उत्पन्न ऑक्सीजन परमाणु, दूसरे CO अणुओं के साथ प्रतिक्रिया करके CO2 बनाते हैं। पारंपरिक F-T प्रक्रिया के विपरीत, ऑक्सीजन-दोष वाले स्थानों पर उत्पन्न होने वाले मेथिलीन फ्री रेडिकल, कैटालिस्ट की सतह पर नहीं रुकते एवं वहाँ कोई सतही अभिक्रिया भी नहीं करते। बल्कि, ये तेजी से मॉलिक्यूलर सीवेज के छिद्रों में प्रवेश कर जाते हैं, एवं वहाँ चयनात्मक रूप से अभिक्रिया करके कम-कार्बन वाले अल्कीन उत्पन्न करते हैं। इससे उत्पादों की चयनात्मकता में वृद्धि होती है। आणविक छिद्रों एवं अम्लीय गुणों को नियंत्रित करके, उत्पादित आणविक पदार्थों में आवश्यक परिवर्तन किए जा सकते हैं। “नेचर” ने चीन में कोयले से गैस उत्पादन हेतु हुई इस महत्वपूर्ण प्रगति की पुष्टि की है। इस प्रगति के द्वारा, H2 की जगह CO का उपयोग करके हाइड्रोकार्बनों के निर्माण में अतिरिक्त ऑक्सीजन परमाणुओं को दूर किया गया। इस प्रक्रिया में CO2 के कुल उत्सर्जन में कोई परिवर्तन नहीं हुआ। इस तरह, अधिक ऊर्जा एवं पानी की आवश्यकता वाली पारंपरिक प्रक्रियाओं को त्यागकर, कोयले को बिना अधिक पानी के ही रूपांतरित करने का एक नया तरीका खोजा गया। इस प्रकार, **प्रधानमंत्री की उस चिंता का समाधान हो गया, जिसमें उन्होंने “क्या कोयला-रसायन उद्योग में पानी का उपयोग बिना या कम मात्रा में किया जा सकता है?” ऐसा पूछा था। 　　इसी तरह, अकादमिक बाओ शिनहे की टीम ने रचनात्मक तरीकों का उपयोग करके ऑक्साइड उत्प्रेरकों को आणविक सूखे के साथ संयोजित किया। इस तरह CO को सक्रिय करने एवं मध्यवर्ती पदार्थों को आपस में जोड़ने जैसी दोनों उत्प्रेरकीय प्रक्रियाओं को प्रभावी ढंग से अलग-अलग किया गया। पारंपरिक फिटो तकनीक में “बेतरतीब एवं अनियंत्रित” रूप से विकसित होने वाले “मुक्त रेडिकलों” को आणविक सूखे नामक “पिंजरे” में बंद कर दिया गया। इस तरह उनके व्यवहार पर नियंत्रण रखकर अंततः हम वांछित उत्पाद (कम-कार्बन वाले अल्कीन) प्राप्त कर सके। पारंपरिक उत्प्रेरक अभिक्रियाओं में उत्साहजनकता एवं चयनात्मकता के बीच मौजूद इस “तोल-बोल” समस्या का समाधान किया गया है; इससे उच्च दक्षता वाले उत्प्रेरकों एवं उत्प्रेरक अभिक्रियाओं के डिज़ाइन हेतु मार्गदर्शन प्राप्त होता है। 　　अकादमिक बाओ शिनहे की टीम द्वारा विकसित इस नए आविष्कार के परिणामस्वरूप न केवल पानी की बचत होती है, एवं उत्पादन प्रक्रिया में CO2 उत्सर्जन में कमी आती है (प्रक्रिया को संक्षिप्त करके एवं ऊर्जा खपत को कम करके), बल्कि इससे आर्थिक लाभ भी होता है। चाइना पेट्रोकेमिकल इंजीनियरिंग कंस्ट्रक्शन कंपनी लिमिटेड (SEI) के प्रारंभिक आकलन के अनुसार, वर्तमान परिस्थितियों में इस प्रक्रिया की आंतरिक रिटर्न दर (IRR) 14% से अधिक हो सकती है। 　　“प्रौद्योगिकी को ‘ऊर्जा क्रांति’ को सहायता प्रदान करनी चाहिए। ”बाओ शिनहे का कहना है कि देश-विदेश की कई रसायन कंपनियाँ इस प्रक्रिया के और अधिक उपयोग एवं प्रसार में बहुत रुचि रखती हैं। गहन मूल्यांकन एवं विचार-विमर्श के बाद, डालियान रसायन विज्ञान संस्थान ने देश की प्रमुख रासायनिक कंपनियों एवं विदेशी प्रसिद्ध रसायन उद्यमों के साथ प्रारंभिक समझौते किए हैं। अब दोनों पक्ष उत्प्रेरकों के निर्माण एवं उत्पादन प्रक्रियाओं के विकास में सहयोग करेंगे, ताकि जल्द से जल्द इस तकनीक का औद्योगिक उपयोग संभव हो सके, एवं इस मौलिक खोज को वास्तविक उत्पादक शक्ति में बदला जा सके। 　　जब जर्मनी की BASF कंपनी के विशेषज्ञ, डॉ. श्वाब, जो 20 साल से अधिक समय से फीटो प्रक्रिया के माध्यम से ऑलिफिन उत्पादन संबंधी अनुसंधान कर रहे थे, को इस प्रक्रिया के बारे में जानकारी मिली, तो वे निराश होकर बोले, “यह विचार हमें ही क्यों नहीं सूझा?” ”अकादमिक बाओ शिनहे ने गर्व से जवाब दिया, “आपलोगों ने पहले ही कई विचार दिए हैं… अब हमारी बारी है।” 　　ऐसा कहने का आधार, एक उत्कृष्ट अनुसंधान टीम के दशकों तक चले प्रयास, एवं चीन की लगातार बढ़ती वैज्ञानिक अनुसंधान क्षमताएँ हैं। इस अनुसंधान में ही उस टीम ने नौ साल से अधिक समय लगाया; साथ ही, हेफेई सिंक्रोट्रॉन स्रोत सहित देश की कई अन्य अनुसंधान संस्थाओं के साथ मिलकर, विभिन्न उन्नत अनुसंधान उपकरणों का उपयोग किया गया। इस अवधि के दौरान, टीम ने कई चीनी पेटेंट एवं अंतरराष्ट्रीय PCT पेटेंटों के लिए आवेदन किया; लेकिन इस संबंध में कोई भी शोध-लेख प्रकाशित नहीं किया। 　　संबंधित परियोजनाओं के अनुसंधान को **प्राकृतिक विज्ञान फंड कमेटी, विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी मंत्रालय, एवं चीनी विज्ञान अकादमी की रणनीतिक प्रौद्योगिकी योजनाओं से वित्तीय सहायता प्राप्त हुई है।** मूल शीर्षक है: “नेचर” ने चीन में कोयले से गैस उत्पादन संबंधी एक महत्वपूर्ण प्रगति की पुष्टि की: उच्च दक्षता, कम खपत। यह निश्चित रूप से गलत है; इसके बजाय कोयले से एलीन्स बनाना चाहिए।