Production of Advanced Products from Sargassum through Integrated Conversion

समुद्र केवल भोजन और यात्रा का स्रोत नहीं है; यह एक विशाल, जीवित कारखाना भी है जो आश्चर्यजनक मात्रा में बायोमास का उत्पादन करता है। हाल के वर्षों में, अटलांटिक महासागर और कैरिबियन में 'सारगासम' (Sargassum) नामक एक विशिष्ट प्रकार के भूरे रंग के समुद्री शैवाल ने अभूतपूर्व तीव्रता के साथ खिलना शुरू कर दिया है। जबकि यह प्रचुरता जैविक सामग्री का एक विशाल भंडार है, इसे व्यापक रूप से एक समस्या के रूप में देखा गया है। जब ये गुच्छे तटों पर आते हैं, तो वे सड़ते हैं, दुर्गंध छोड़ते हैं और तटीय पारिस्थितिक तंत्र का दम घोट देते हैं, जिससे स्थानीय समुदायों को सफाई के लिए सालाना लाखों डॉलर का खर्च उठाना पड़ता है। वैज्ञानिक लंबे समय से यह सोच रहे थे कि क्या इस परेशानी को कुछ उपयोगी चीज़ में बदला जा सकता है, यानी इस अपशिष्ट प्रबंधन संकट को ऊर्जा या सामग्रियों के स्रोत में बदला जा सकता है। ऐसा करने के लिए, शोधकर्ताओं को पहले इस समुद्री शैवाल की अनूठी रासायनिक संरचना को समझना होगा, जो भूमि पर पाए जाने वाले पौधों से काफी भिन्न है, और फिर इसे उन सरल निर्माण खंडों (building blocks) में तोड़ने का तरीका विकसित करना होगा जिन्हें सूक्ष्मजीव खा सकें।

नेशनल लैबोरेटरी ऑफ द रॉकीज़ और यूनिवर्सिटी ऑफ प्यूर्टो रिको के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस प्रश्न का उत्तर देने की दिशा में एक बड़ा कदम उठाया है। उन्होंने सारगासम को संसाधित करने के लिए एक पूर्ण प्रणाली विकसित की है, जो इसे कच्चे, गीले कटाई से उपयोगी शर्करा (sugars) की एक धारा और एक ठोस अवशेष तक ले जाती है। उनका कार्य यह प्रदर्शित करता है कि हालांकि समुद्री शैवाल को ईंधन के लिए लिपिड जैसे मूल्यवान उत्पादों में परिवर्तित किया जा सकता है, लेकिन इस प्रक्रिया की अर्थशास्त्र इस बात पर निर्भर करती है कि बचे हुए ठोस पदार्थ के साथ क्या होता है। अध्ययन बताता है कि केवल समुद्री शैवाल को ईंधन में बदलना व्यवसाय को व्यवहार्य बनाने के लिए पर्याप्त नहीं है; सफलता की असली कुंजी शेष बचे हुए ठोस अपशिष्ट के लिए एक उच्च-मूल्य वाला उपयोग खोजने में निहित है।

शोधकर्ताओं ने प्यूर्टो रिको के तट से टन के हिसाब से सारगासम एकत्र करके शुरुआत की। समुद्री शैवाल गीला और भारी पहुँचा, जिसमें पानी की एक बड़ी मात्रा थी जो प्रसंस्करण को महंगा और अक्षम बना देती। इसे हल करने के लिए, उन्होंने पहले बायोमास को एक बड़े 'स्क्रू प्रेस' के माध्यम से निचोड़ा, जो एक मशीन है जो एक विशाल निचोड़ने वाले यंत्र की तरह काम करती है। इस चरण ने पानी के एक महत्वपूर्ण हिस्से को निकाल दिया, जिससे समुद्री शैवाल के ठोस पदार्थों का एक गाढ़ा, घना केक और मैनिटोल (mannitol) नामक शुगर अल्कोहल से भरपूर तरल धारा प्राप्त हुई। उन्होंने पाया कि इस यांत्रिक दबाव ने समुद्री शैवाल के भीतर मौजूद मूल्यवान शर्करा को नष्ट नहीं किया बल्कि केवल उन्हें केंद्रित किया, जिससे सामग्री को संभालना और संग्रहीत करना आसान हो गया। उन्होंने यह भी खोजा कि वे थोड़े से एसिड (अम्ल) के साथ उपचार करके इस निचोड़े हुए समुद्री शैवाल को महीनों तक सुरक्षित रख सकते हैं, जिससे इसे सड़ने से रोका जा सके और सुविधा को साल भर संचालित करने की अनुमति मिल सके, भले ही समुद्री शैवाल का खिलना अपने चरम पर न हो।

इसके बाद, टीम ने समुद्री शैवाल की सख्त कोशिका भित्तियों (cell walls) के भीतर फंसी शर्करा को अनलॉक करने के कठिन कार्य का सामना किया। भूमि के पौधों के विपरीत, सारगासम में जटिल पॉलिमर होते हैं जो टूटने के प्रति प्रतिरोधी होते हैं। शोधकर्ताओं ने इन भित्तियों को नरम करने और शर्करा को मुक्त करने के लिए गर्मी और तनु सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग किया। उन्होंने 'स्वीट स्पॉट' (उपयुक्त स्थिति) खोजने के लिए तापमान, समय और एसिड की शक्ति के कई विभिन्न संयोजनों का परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि सख्त स्टोरेज शुगर को तोड़ने के लिए उच्च तापमान और अधिक एसिड की आवश्यकता थी, लेकिन इन समान स्थितियों में नाजुक एसिड शुगर के नष्ट होने का जोखिम भी था। सावधानीपूर्वक प्रयोग के माध्यम से, वे तरल धारा में आधी से अधिक अंतर्निहित शर्करा को मुक्त करने में सफल रहे, जिससे अगले चरण के लिए एक खाद्य स्रोत तैयार हुआ।

शर्करा मुक्त होने के साथ, शोधकर्ताओं ने एक विशेष यीस्ट (yeast) पेश किया, जो एक कोशिकीय कवक (fungus) है और जो विभिन्न प्रकार की शर्करा को खाने और उन्हें वसा (fat) में बदलने की क्षमता के लिए जाना जाता है। उन्होंने यीस्ट को समुद्री शैवाल से निकले तरल और एसिड-उपचारित शुगर स्ट्रीम का मिश्रण खिलाया। यीस्ट फला-फूला, जिसने शर्करा का सेवन किया और अपने भीतर वसा का निर्माण किया। यह वसा, या लिपिड, नवीकरणीय ईंधन और रसायनों को बनाने के लिए एक मूल्यवान पूर्ववर्ती (precursor) है। हालांकि, यीस्ट को समुद्री शैवाल में पाई जाने वाली कुछ विशिष्ट शर्कराओं के साथ संघर्ष करना पड़ा, और उत्पादित वसा की कुल मात्रा शुगर स्ट्रीम के विरल (dilute) होने के कारण सीमित थी। इस बाधा को दूर करने, उन्होंने एक फिल्ट्रेशन सिस्टम का उपयोग किया जिसने यीस्ट कोशिकाओं को रिएक्टर के अंदर ही रखा, जबकि उपयोग किए गए तरल को हटा दिया और ताज़ा भोजन जोड़ा, जिससे कोशिकाएं अधिक समय तक और अधिक कुशलता से काम कर सकीं।

अध्ययन का सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा तब आया जब शोधकर्ताओं ने बड़े परिप्रेक्ष्य को देखा। उन्होंने एक बड़े पैमाने की फैक्ट्री का विस्तृत कंप्यूटर मॉडल बनाया जो इन चरणों को प्रतिदिन पूरा करेगी। मॉडल ने एक चौंकाने वाला सच उजागर किया: यीस्ट द्वारा उत्पादित वसा को बेचने से होने वाली कमाई, समुद्री शैवाल की कटाई और फैक्ट्री चलाने की उच्च लागत को कवर करने के लिए पर्याप्त नहीं थी। यह प्रक्रिया केवल तभी आर्थिक रूप से तर्कसंगत बनती है यदि शर्करा निष्कर्षण से बचे ठोस अवशेषों को काफी बड़ी राशि में बेचा जा सके। शोधकर्ताओं ने गणना की कि पूरी प्रक्रिया को लाभदायक बनाने के लिए इस ठोस अवशेष को लगभग एक हजार डॉलर प्रति टन की दर से बेचना होगा। जबकि समुद्री शैवाल के ठोस पदार्थों का उपयोग उर्वरक, पशु आहार या प्लास्टिक के घटक के रूप में किया जा सकता है, इन उत्पादों के वर्तमान बाजार मूल्य आवश्यक राशि से बहुत कम हैं।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि सारगासम को बायोफ्यूअल में बदलना तकनीकी रूप से संभव है लेकिन आर्थिक रूप से नाजुक है। तकनीक काम करती है, लेकिन एक टिकाऊ उद्योग का मार्ग अवशिष्ट ठोस पदार्थों (residual solids) की पहेली को सुलझाने पर निर्भर है। यदि वैज्ञानिक बचे हुए समुद्री शैवाल केक को एक उच्च-मूल्य वाले उत्पाद में बदलने का तरीका खोज लेते हैं, या यदि समुद्री शैवाल की कटाई की लागत को नाटकीय रूप रूप से कम किया जा सकता है, तो यह तटीय समस्या एक वास्तविक संसाधन बन सकती है। तब तक, सारगासम का रूपांतरण एक आशाजनक अवधारणा है जो आर्थिक पहेली के अंतिम टुकड़े के फिट होने की प्रतीक्षा कर रही है।