Techno-Economic Comparison of Conventional and Heated Water-Assisted Alginate Extraction from Sargassum crassifolium Using Process Simulation

तकनीकी सारांश: पारंपरिक और गर्म जल-सहायता प्राप्त एल्जिनेट निष्कर्षण का तकनीकी-आर्थिक तुलनात्मक अध्ययन

समस्या विवरण
एल्जिनेट, एक मूल्यवान समुद्री-व्युत्पन्न पॉलीसैकराइड, खाद्य, फार्मास्युटिकल और बायोमेडिकल क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। हालांकि Sargassum crassifolium जैसी भूरी समुद्री घास इंडोनेशिया के तटीय जल में प्रचुर मात्रा में उपलब्ध है, इस विशिष्ट बायोमास से एल्जिनेट निकालने की औद्योगिक व्यवहार्यता अभी भी जांच का विषय है। पारंपरिक निष्कर्षण प्रक्रियाएं अक्सर ऊर्जा-गहन और समय लेने वाली होती हैं, जो आर्थिक व्यवहार्यता को सीमित कर सकती हैं। यह अध्ययन इस बात का मूल्यांकन करने की आवश्यकता को संबोधित करता है कि क्या प्रक्रिया गहनता (process intensification)—विशेष रूप से गर्म जल-सहायता प्राप्त निष्कर्षण का परिचय—पारंपरिक आधार रेखा की तुलना में S. crassifolium से एल्जिनेट उत्पादन के तकनीकी-आर्थिक प्रदर्शन में सुधार कर सकता है।

कार्यप्रणाली
अनुसंधान में SuperPro Designer (SPD) सॉफ्टवेयर का उपयोग करके प्रक्रिया सिमुलेशन और तकनीकी-आर्थिक विश्लेषण किया गया। अध्ययन ने एक बैच-संचालित संयंत्र का मॉडल तैयार किया जिसका वार्षिक परिचालन समय 7,920 घंटे (330 दिन) था, जो प्रति बैच 5.5 टन कच्चा S. crassifolium संसाधित करता है।

दो अलग-अलग प्रक्रिया विन्यासों का अनुकरण और तुलना की गई:

1. आधारभूत नियंत्रण प्रक्रिया (BCP): एक पारंपरिक निष्कर्षण प्रवाह जिसमें प्रीट्रीटमेंट, एसिड वॉशिंग, सोडियम कार्बोनेट के साथ क्षारीय निष्कर्षण, अवक्षेपण (precipitation) और सुखाना शामिल है।
2. संशोधित गर्म प्रक्रिया (MHP): BCP का एक रूपांतर जिसमें गर्म जल-सहायता प्राप्त निष्कर्षण को सुविधाजनक बनाने के लिए अतिरिक्त पंप और हीटर इकाइयों को शामिल किया गया है। इस विन्यास का उद्देश्य अभिक्रिया गतिकी (reaction kinetics) को तेज करना और थ्रूपुट में सुधार करना था।

मुख्य इनपुट और धारणाएं:

• कच्चा माल (Feedstock): गुनंग किदुल, इंडोनेशिया से Sargum crassifolium बायोमास, जिसकी रासायनिक संरचना साहित्य पर आधारित है (34.0% एल्जिनेट्स, 32.59% राख, 31.98% बायोमास, 1.43% पानी)।
• रासायनिक मॉडलिंग: एल्जिनेट्स और कैल्शियम एल्जिनेट के लिए कस्टम घटकों को परिभाषित किया गया, जबकि सॉल्वैंट्स (सोडियम कार्बोनेट, हाइड्रोक्लोरिक एसिड) और उपयोगिताओं के लिए मानक डेटाबेस घटकों का उपयोग किया गया।
• आर्थिक पैरामीटर: उपयोगिता लागत 2026 की शुरुआत के लिए अनुमानित इंडोनेशियाई औद्योगिक कीमतों (बिजली: $0.056/kWh; पानी: $0.4/MT; भाप: $12/MT) पर आधारित थी। नेट प्रेजेंट वैल्यू (NPV) विश्लेषण के लिए डिस्काउंट रेट की गणना 18.95% पर की गई थी, जिसमें कैपिटल एसेट प्राइसिंग मॉडल (CAPM) का उपयोग किया गया, जिसमें इंडोनेशियाई सरकारी बॉन्ड यील्ड, इक्विटी रिस्क प्रीमियम और इस विशिष्ट समुद्री घास उद्यम के लिए 1.30 का विशिष्ट बीटा शामिल है।
• राजस्व: दोनों परिदृश्यों के लिए $6,585 प्रति टन अंतिम उत्पाद का एक निश्चित बाजार राजस्व माना गया।

मुख्य परिणाम
सिमुलेशन से पता चला कि MHP विन्यास ने प्रक्रिया गतिशीलता और आर्थिक परिणामों को महत्वपूर्ण रूप से बदल दिया:

• प्रक्रिया दक्षता: हीटिंग इकाइयों के जुड़ने से रेसिपी बैच का समय 16.33 घंटे (BCP) से घटकर 9.17 घंटे (MHP) हो गया। फलस्वरूप, वार्षिक बैच की संख्या 2,108 से बढ़कर 2,877 हो गई, जो उत्पादन चक्रों में 36.5% की वृद्धि को दर्शाती है।
• उपयोगिता खपत: MHP संयंत्र को उच्च उपयोगिता इनपुट की आवश्यकता थी। वार्षिक बिजली की मांग दोगुनी से अधिक हो गई (लगभग 1.94 मिलियन kWh से ~4.62 मिलियन kWh तक), और थर्मल प्रबंधन आवश्यकताओं के कारण चिल्ड वॉटर का उपयोग भी काफी बढ़ गया।
• आर्थिक प्रदर्शन: उच्च पूंजी निवेश (CAPEX) और परिचालन लागत (OPEX) के बावजूद, MHP प्रक्रिया ने बेहतर आर्थिक मेट्रिक्स प्रदर्शित किए:
  • इकाई उत्पादन लागत: $6.06/kg (BCP) से घटकर $5.90/kg (MHP) रह गई।
  • निवेश पर प्रतिफल (ROI): 23.25% (BCP) से बढ़कर 26.50% (MHP) हो गया।
  • पेबैक अवधि: 4.30 वर्ष (BCP) से घटकर 3.77 वर्ष (MHP) हो गई।
  • नेट प्रेजेंट वैल्यू (NPV): 18.95% की डिस्काउंट दर पर, BCP ने नकारात्मक NPV (-$1,282,000) दिया, जो इन धारणाओं के तहत दिवालियापन को दर्शाता है। इसके विपरीत, MHP ने लगभग $17,000 का सकारात्मक NPV दिया, जो बहुत ही मामूली रूप से ब्रेक-ईवन (बराबर) स्तर पर है।
  • इंटरनल रेट ऑफ रिटर्न (IRR): MHP का IRR (18.98%) डिस्काउंट दर से थोड़ा अधिक था, जबकि BCP का IRR (15.39%) इससे कम था।

महत्ता और दावे
लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि हालांकि दोनों प्रक्रियाएं सिमुलेशन फ्रेमवर्क के भीतर तकनीकी रूप से व्यवहार्य हैं, लेकिन गर्म जल-सहायता प्राप्त विन्यास (MHP) अधिक आर्थिक रूप से अनुकूल विकल्प है। अध्ययन दावा करता है कि हीटिंग और पंपिंग इकाइयों के माध्यम से प्रक्रिया गहनता, बैच दक्षता बढ़ाकर और इकाई उत्पादन लागत को कम करके S. crassifolium से एल्जिनेट उत्पादन की औद्योगिक व्यवहार्यता में सुधार कर सकती है।

हालाँकि, शोध पत्र इन निष्कर्षों के संबंध में एक विनम्र लहजा बनाए रखता है। लेखक इस बात पर जोर देते हैं कि MHP का आर्थिक लाभ तुलनात्मक रूप से कम है, और परियोजना उपयोगिता कीमतों, बायोमास संरचना और बाजार राजस्व संबंधी धारणाओं के प्रति अत्यधिक संवेदनशील बनी हुई है। सकारात्मक NPV मामूली है, जो यह सुझाव देता है कि परियोजना की व्यवहार्यता पूर्ण होने के बजाय सशर्त है। इसके अलावा, अध्ययन सीमाओं को स्वीकार करता है, जिसमें एल्जिनेट गुणवत्ता का सरलीकृत प्रतिनिधित्व, अपशिष्ट प्रबंधन अनुकूलन (विशेष रूप से उच्च राख सामग्री के संबंध में) की कमी, और सिम्युलेटेड यील्ड के लिए प्रयोगात्मक सत्यापन का अभाव शामिल है। लेखक तर्क देते हैं कि हालांकि MHP इस सिमुलेशन में बेहतर है, फिर भी वास्तविक दुनिया के औद्योगिक कार्यान्वयन के लिए इसकी मजबूती की पुष्टि करने हेतु आगे के प्रयोगात्मक कार्य और संवेदनशीलता विश्लेषण की आवश्यकता है।