डेटा सेंटरों की बिजली समस्या सुलझाने के लिए सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड तकनीक पर दांव

पारंपरिक गैस संयंत्रों और डेटा सेंटरों के ऊर्जा ढांचे का अंतर

अमेरिका में संचालित होने वाले अधिकांश बड़े गैस आधारित बिजली संयंत्र कंबाइंड-साइकिल प्रक्रिया का इस्तेमाल करते हैं। इस प्रणाली में सबसे पहले कंप्रेस्ड हवा और प्राकृतिक गैस को जलाकर टर्बाइन से बिजली बनाई जाती है। इसके बाद निकलने वाली अत्यधिक गर्म गैसों का इस्तेमाल एक अलग इंजन में पानी को उबालकर भाप बनाने और अतिरिक्त बिजली पैदा करने के लिए किया जाता है। इसके विपरीत, कई डेटा सेंटरों ने त्वरित बिजली आपूर्ति और जगह की कमी जैसे कारणों से साधारण सिंपल-साइकिल टर्बाइनों को चुना है, जिनमें भाप बनाने वाला दूसरा चरण शामिल नहीं होता।

सिंपल-साइकिल टर्बाइन ऊर्जा उत्पादन के मामले में बेहद अक्षम माने जाते हैं। सामान्यतः इन टर्बाइनों में ईंधन से मिलने वाली ऊर्जा का केवल 35 प्रतिशत हिस्सा ही बिजली में बदल पाता है, जबकि शेष 65 प्रतिशत ऊर्जा गर्म धुएं और गैसों के रूप में बेकार निकल जाती है। दूसरी तरफ, कंबाइंड-साइकिल संयंत्रों में ऊर्जा रूपांतरण की दक्षता 60 से 65 प्रतिशत के करीब पहुंच जाती है। सिंपल-साइकिल संयंत्रों से निकलने वाली गैसों में भारी मात्रा में ग्रीनहाउस गैसें शामिल होती हैं, जो पर्यावरण के लिए एक गंभीर संकट पैदा करती हैं।

जलवायु परिवर्तन और प्रदूषण का बढ़ता खतरा

कम दक्षता और विशाल आकार वाले ये पावर प्लांट जलवायु संकट को और गहरा कर रहे हैं। उदाहरण के तौर पर, अमेज़न टेक्सास में केवल सिंपल-साइकिल टर्बाइनों पर आधारित एक विशाल डेटा सेंटर बिजली संयंत्र का निर्माण कर रहा है। इस संयंत्र को हर साल 33 मिलियन टन से अधिक ग्रीनहाउस गैसें उत्सर्जित करने की अनुमति मिली हुई है। उत्सर्जन का यह आंकड़ा कई छोटे देशों के कुल वार्षिक कार्बन उत्सर्जन से भी अधिक है।

अमेरिकन सुपरक्रिटिकल का मानना है कि ये सभी छोटे और कम कुशल टर्बाइन सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड तकनीक के लिए सबसे उपयुक्त मंच बन सकते हैं। जब कार्बन डाइऑक्साइड को अत्यधिक दबाव में एक निश्चित तापमान पर रखा जाता है, तो वह सुपरक्रिटिकल अवस्था में पहुंच जाती है। इस विशेष स्थिति में कार्बन डाइऑक्साइड का घनत्व किसी तरल जैसा घना हो जाता है, लेकिन वह गैस की तरह स्वतंत्र गति करती है। इस भौतिक गुण के कारण यह अपेक्षाकृत छोटे उपकरणों के जरिए भी अत्यधिक कुशलता से ऊर्जा का संचरण कर सकती है।

सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड तकनीक कैसे करती है काम

कंपनी अपने 10 मेगावाट क्षमता वाले कॉम्पैक्ट यूनिटों को छोटे गैस टर्बाइनों से जोड़ने की तैयारी में है। मूल टर्बाइन तो प्राकृतिक गैस पर ही चलेंगे, लेकिन उनसे निकलने वाले अत्यधिक गर्म धुएं का इस्तेमाल सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड यूनिट द्वारा किया जाएगा। यहां पानी को उबालकर भाप बनाने के बजाय, उस उच्च तापमान को सीधे दबावयुक्त कार्बन डाइऑक्साइड में स्थानांतरित किया जाता है, जिससे बिना किसी अतिरिक्त धुएं या प्रदूषण के अतिरिक्त बिजली बनाई जाती है। साइमन शुहम के अनुसार, वे एक तरह से छोटे आकार के कंबाइंड-साइकिल संयंत्र तैयार कर रहे हैं।

इस तकनीक का एक और बड़ा लाभ पानी की खपत में भारी कमी लाना है। पारंपरिक बिजली संयंत्रों में भाप बनाने और ठंडा करने के लिए भारी मात्रा में पानी लगता है, जो डेटा सेंटरों के लिए हमेशा से विवाद का विषय रहा है। यह पूरी प्रक्रिया एक बंद चक्र में काम करती है, जिसका अर्थ है कि एक बार कार्बन डाइऑक्साइड भरने के बाद इसे बार-बार बदलने या दोबारा भरने की आवश्यकता नहीं होती। दशक भर से अधिक समय तक इस तकनीक पर शोध करने वाले सह-संस्थापक मैथ्यू कार्लसन इसकी तुलना उन आधुनिक रेफ्रिजरेशन प्रणालियों से करते हैं जहां कूलिंग के लिए कार्बन डाइऑक्साइड का लगातार चक्रण होता है।

दक्षता में सुधार और पर्यावरणीय सीमाएं

कंपनी के अनुमान के अनुसार, इन यूनिटों को जोड़ने से गैस टर्बाइनों की समग्र दक्षता में 50 प्रतिशत तक की बढ़ोतरी हो सकती है, और इसके लिए न तो अतिरिक्त पानी की आवश्यकता होगी और न ही ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन बढ़ेगा। गैस संयंत्रों के मानकों के अनुसार 10 मेगावाट का यह उपकरण अपेक्षाकृत छोटा है, जिससे इसे मौजूदा ढांचों में आसानी से रेट्रोफिट किया जा सकता है।

हालांकि, सभी पुराने और अकुशल टर्बाइनों में सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड सिस्टम लगा देने से भी कार्बन उत्सर्जन पूरी तरह शून्य नहीं होगा। प्राकृतिक गैस का निष्कर्षण और उसका दहन, चाहे वह कितने भी उन्नत टर्बाइन में हो, वैश्विक तापमान को बढ़ाने का काम करता है। डेटा सेंटर ऐसे समय में बड़े पैमाने पर प्रदूषण के नए स्रोत बनकर उभर रहे हैं, जब पूरी दुनिया को जीवाश्म ईंधन पर अपनी निर्भरता घटाने की तत्काल आवश्यकता है।

दशकों का शोध और वाणिज्यिक चुनौतियां

ऊर्जा उत्पादन के लिए सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड के इस्तेमाल पर अमेरिकी राष्ट्रीय प्रयोगशालाओं में 50 से अधिक वर्षों से वैज्ञानिक अध्ययन चल रहे हैं। पिछले दो दशकों में दबाव नियंत्रण और सामग्री विज्ञान में हुई तकनीकी प्रगति के चलते यह शोध सैद्धांतिक पन्नों से निकलकर व्यावहारिक परीक्षणों तक पहुंचा है। जीई में दो दशक तक टर्बाइन इंजीनियर रहे और अब कंपनी के सलाहकार डग होफर बताते हैं कि हाल के वर्षों में अधिक कॉम्पैक्ट और किफायती हीट एक्सचेंजर्स का विकास एक क्रांतिकारी कदम रहा है, जिससे कार्बन डाइऑक्साइड को तेजी से गर्म और ठंडा करना संभव हुआ है।

यूनिवर्सिटी ऑफ सेंट्रल फ्लोरिडा के सेंटर फॉर एडवांस्ड टर्बोमशीनरी एंड एनर्जी रिसर्च में प्रयोगशाला चलाने वाले इंजीनियरिंग प्रोफेसर सुबिथ वासु का कहना है कि इस तकनीक को बाजार में उतारने की कोशिश करने वाली यह अकेली कंपनी नहीं है। नई तकनीकों को व्यावसायिक स्तर पर सफल बनाने के लिए पूरी सप्लाई चेन और सहायक कलपुर्जों का मौजूद होना जरूरी होता है, साथ ही तकनीकी जटिलताएं और अत्यधिक लागत भी एक बड़ा रोड़ा रही हैं।

डग होफर का मानना है कि इस तकनीक को बाजार में आने में देरी का एक कारण यह भी रहा कि बड़ी कंपनियां अपने पारंपरिक बिजली संयंत्रों के प्रदर्शन से संतुष्ट थीं और नए प्रयोगों में निवेश करने से बचती रहीं। इसके अतिरिक्त, पारंपरिक टर्बाइन निर्माता भी संभावित प्रतिस्पर्धियों को वित्तीय मदद देने में रुचि नहीं रखते थे।

भविष्य की संभावनाएं और नए ऊर्जा स्रोत

वर्ष 2030 तक दुनिया भर में डेटा सेंटरों पर सात ट्रिलियन डॉलर का भारी निवेश होने का अनुमान है। एआई की होड़ में आगे निकलने के लिए टेक कंपनियों को तत्काल और विशाल मात्रा में बिजली की जरूरत है, जिसने इस तकनीक के लिए एक बड़ा बाजार खोल दिया है। साइमन शुहम बताते हैं कि ऊर्जा खरीदार बिजली के लिए कोई भी कीमत चुकाने को तैयार हैं लेकिन उत्पादन क्षमता सीमित है, और उनका लक्ष्य मौजूदा संयंत्रों को रेट्रोफिट करके अधिक बिजली उपलब्ध कराना है।

इस तकनीक का दायरा केवल गैस टर्बाइनों तक सीमित नहीं है। इस साल की शुरुआत में चीन ने सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग करने वाले दुनिया के पहले भू-तापीय बिजली संयंत्र का संचालन शुरू किया है। मैथ्यू कार्लसन बताते हैं कि उन्होंने परमाणु, भू-तापीय और सौर ऊर्जा में इसके अनुप्रयोगों पर काम किया है। इन यूनिटों को छोटे मॉड्यूलर रिएक्टरों के साथ भी जोड़ा जा सकता है, जिसे ट्रंप प्रशासन का मजबूत समर्थन प्राप्त है। कंपनी ने एक अज्ञात संस्थान के साथ शुरुआती समझौते पर हस्ताक्षर भी कर लिए हैं। कार्लसन का स्पष्ट कहना है कि उन्हें बस किसी ताप स्रोत की आवश्यकता है, जिसे वे सीधे बिजली में बदल सकते हैं।