Biochemical Methane Potential Assay as a Tool for Selecting Elephant Grass Genotypes for Anaerobic Co-Digestion with Cattle Manure

दुनिया ऐसे ऊर्जा स्रोतों की तलाश में है जो हवा को जहरीला न बनाएं या ग्रह को गर्म न करें। हालांकि सूर्य का प्रकाश और हवा शक्तिशाली हैं, वे चंचल होते हैं, जो रात में या हवा थम जाने पर गायब हो जाते हैं। इसने वैज्ञानिकों का ध्यान हमारे पैरों के नीचे की जमीन की ओर आकर्षित किया है, विशेष रूप से पादप पदार्थ (plant matter) की विशाल क्षमता की ओर। पौधे अनिवार्य रूप से सौर बैटरियां हैं; वे सूर्य के प्रकाश को पकड़ते हैं और उसे अपने तनों और पत्तियों में रासायनिक ऊर्जा के रूप में संग्रहीत करते हैं। जब हम इस संचित ऊर्जा को जलाए बिना तोड़ते हैं, तो हम मीथेन नामक एक गैस छोड़ सकते हैं, जो घरों और वाहनों को शक्ति दे सकती है। यह प्रक्रिया, जिसे एनारोबिक डाइजेशन (anaerobic digestion) कहा जाता है, ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में होती है, ठीक वैसे ही जैसे गहरे जंगल में पत्तियों के धीरे-धीरे सड़ने की प्रक्रिया होती है, लेकिन एक नियंत्रित वातावरण में जहाँ गैस को हवा में खोने के बजाय एकत्र किया जाता है।

इस प्रक्रिया के सफल होने के लिए, सामग्रियों का मिश्रण बहुत मायने रखता है। कुछ पौधे ईंधन प्रदान करते हैं, जबकि अन्य पोषक तत्व और सूक्ष्मजीवों (microscopic workers) को प्रदान करते हैं जो ईंधन को तोड़ने के लिए आवश्यक हैं। कई स्थानों पर, किसानों के पास पशुओं के गोबर (cattle manure) का अधिशेष होता है, जो पोषक तत्वों से भरपूर होता है लेकिन अकेले पचाने में कठिन हो सकता है। इस गोबर को ऊर्जा फसलों के साथ मिलाने से एक साझेदारी बनती है जहाँ गोबर पौधे को तोड़ने में मदद करता है, और पौधा ईंधन का मुख्य हिस्सा प्रदान करता है। चुनौती सही पौधे को खोजने में निहित है। सभी घास एक समान नहीं होतीं; कुछ सख्त और रेशेदार होती हैं, जो टूटने का विरोध करती हैं, जबकि अन्य नरम और सूक्ष्मजीवों द्वारा उपभोग करने में आसान होती हैं। लक्ष्य एक ऐसा पौधा खोजना है जो तेजी से बढ़े, बहुत अधिक द्रव्यमान (mass) पैदा करे, और संसाधित होने पर सबसे अधिक गैस दे।

एक हालिया अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने इस पहेली को सुलझाने के लिए दस अलग-अलग किस्मों के हाथी घास (elephant grass) का परीक्षण किया, जो एक लंबा, तेजी से बढ़ने वाला बारहमासी प्रजाति है जिसका उपयोग व्यापक रूप से चारा और बायोमास के रूप में किया जाता है। वे यह देखना चाहते थे कि हाथी घास की कौन सी विशिष्ट आनुवंशिक किस्म, पशुओं के गोबर के साथ मिश्रित होने पर सबसे अधिक मीथेन उत्पन्न करेगी। टीम ने ब्राजील में एक प्रायोगिक क्षेत्र में काम किया, जहाँ उन्होंने इन दस किस्मों को समान परिस्थितियों में उगाया। उन्होंने घास की कटाई की, उसे छोटे टुकड़ों में काटा, और परीक्षण के लिए तैयार किया। परिणामों को वास्तविक दुनिया की क्षमता के अनुरूप सुनिश्चित करने के लिए, उन्होंने प्रयोगशाला पद्धति का उपयोग किया जो एक बड़े बायोगैस डाइजेस्टर के भीतर की स्थितियों की नकल करती है। उन्होंने प्रत्येक घास की किस्म को पशुओं के गोबर की एक विशिष्ट मात्रा के साथ मिलाया, जो आवश्यक बैक्टीरिया युक्त स्टार्टर कल्चर के रूप में कार्य करता था। इस मिश्रण को सीलबंद कंटेनरों में रखा गया और गर्म रखा गया, जिससे सूक्ष्मजीवों को घास पर भोजन करने और तीन सप्ताह की अवधि में गैस छोड़ने का अवसर मिला।

शोधकर्ताओं ने दो महत्वपूर्ण चीजों को मापा: प्रति इकाई वजन पर घास कितनी गैस पैदा करती है, और एक हेक्टेयर भूमि से कुल कितनी गैस उत्पन्न की जा सकती है। दूसरा शायद किसानों और ऊर्जा योजनाकारों के लिए सबसे महत्वपूर्ण मीट्रिक है, क्योंकि यह घास की गुणवत्ता को उसके द्वारा दिए गए स्थान में उगाई जाने वाली मात्रा के साथ जोड़ता है। परिणामों ने किस्मों के बीच एक स्पष्ट अंतर दिखाया। हालांकि सभी घासों ने कुछ गैस पैदा की, लेकिन एक विशिष्ट जीनोटाइप (genotype), जिसे T_23.1 के रूप में पहचाना गया, उल्लेखनीय रूप से अलग खड़ा हुआ। इस विशेष किस्म ने प्रति किलोग्राम शुष्क पादप सामग्री के लिए लगभग 500 लीटर बायोगैस का उत्पादन किया, जो परीक्षण की गई अन्य नौ किस्मों की तुलना में बहुत अधिक था। इसने 65 प्रतिशत मीथेन सांद्रता भी प्राप्त की, जो ईंधन के लिए एक उच्च गुणवत्ता है।

जब शोधकर्ताओं ने प्रत्येक घास किस्म द्वारा उत्पादित बायोमास के आधार पर कुल संभावित उपज की गणना की, तो T_23.1 का लाभ और भी स्पष्ट हो गया। यह किस्म न केवल प्रति किलोग्राम सबसे अधिक गैस पैदा करती है, बल्कि प्रति हेक्टेयर सबसे अधिक द्रव्यमान भी पैदा करती है, जो एक वर्ष में 41 टन से अधिक शुष्क पदार्थ तक पहुँचती है। जब इन दोनों कारकों को मिलाया गया, तो इस एकल किस्म के लिए अनुमानित ऊर्जा उत्पादन प्रति हेक्टेयर प्रति वर्ष लगभग 18,000 घन मीटर बायोगैस था। यह अन्य जीनोटाइप के औसत उत्पादन से लगभग दोगुना था। अध्ययन में पाया गया कि अन्य किस्में, हालांकि अभी भी उपयोगी थीं, उनके प्रदर्शन में काफी भिन्नता थी। कुछ ने अच्छी तरह से बढ़ने के बावजूद कम गैस पैदा की, जबकि अन्य कम बढ़ीं और कम गैस पैदा की।

शोधकर्ताओं ने नोट किया कि घास की रासायनिक संरचना, जैसे कि इसका फाइबर और प्रोटीन सामग्री, यह सटीक भविष्यवाणी नहीं करती थी कि यह कितनी गैस उत्पन्न करेगी। समान रासायनिक संरचना वाली दो घासें बहुत अलग मात्रा में ऊर्जा दे सकती हैं। यह सुझाव देता है कि पौधे की कोशिका भित्ति (cell wall) की आंतरिक संरचना, जो यह निर्धारित करती है कि सूक्ष्मजीवों के लिए अंदर के भोजन तक पहुँचना कितना आसान है, सरल रासायनिक विश्लेषण की तुलना में अधिक जटिल भूमिका निभाती है। अध्ययन ने पुष्टि की कि हाथी घास को पशुओं के गोबर के साथ मिलाना एक अत्यधिक प्रभावी रणनीति है, क्योंकि गोबर ने आवश्यक पोषक तत्व और सूक्ष्मजीव समुदाय प्रदान किया जिससे कठिन पादप रेशों को कुशलतापूर्वक तोड़ा जा सके। प्रयोग के दौरान प्रक्रिया स्थिर रही, pH स्तर स्वस्थ सूक्ष्मजीव गतिविधि का समर्थन करने वाले दायरे के भीतर रहा।

यह कार्य इस बात पर प्रकाश डालता है कि बायोमास को संसाधित करने के लिए उपयोग की जाने वाली तकनीक जितनी महत्वपूर्ण है, सही आनुवंशिक किस्म का चयन करना भी उतना ही महत्वपूर्ण है। T_23.1 को एक श्रेष्ठ उम्मीदवार के रूप में पहचानकर, यह अध्ययन बड़े पैमाने पर बायोएनर्जी उत्पादन के लिए एक ठोस मार्ग प्रदान करता है। यह सुझाव देता है कि सही पौधे के साथ, किसान एक सामान्य कृषि फसल और अपशिष्ट उत्पाद को नवीकरणीय ऊर्जा के एक महत्वपूर्ण स्रोत में बदल सकते हैं। निष्कर्ष इस विचार का समर्थन करते हैं कि हाथी घास मक्का या ज्वार जैसी अन्य ऊर्जा फसलों का एक प्रतिस्पर्धी विकल्प है, विशेष रूप से इसलिए क्योंकि इसे साल में कई बार काटा जा सकता है और इसे स्थापित करने के लिए कम संसाधनों की आवश्यकता होती है। हालांकि निरंतर, बड़े पैमाने पर संचालन में इन परिणामों का परीक्षण करने और आर्थिक व्यवहार्यता को परिष्कृत करने के लिए आगे के शोध की आवश्यकता है, प्रयोगशाला के परिणाम टिकाऊ ऊर्जा उत्पादन के भविष्य को अनुकूलित करने के लिए एक मजबूत आधार प्रदान करते हैं।