शक्ति – उद्‌गम

शक्ति-उद्‌गम : (ऊर्जा-उद्‌गम). उष्णता, प्रकाश आणि विद्युत् यांचा पुरवठा करण्याकरिता ज्यांपासून ऊर्जा मिळविता येते, अशी नैसर्गिक ऊर्जा साधने म्हणजे म्हणजे शक्ति-उदगम वा ऊर्जा-उदगम होत. गतिज ऊर्जा आणि स्थितिज ऊर्जा असे ऊर्जेचे दोन मुख्य प्रकार आहेत. गतिज ऊर्जा म्हणजे द्रव्याच्या स्थितीमुळे साठविलेले व स्थिर स्थितीत असलेले कार्य असते. गतिज किंवा स्थितीज अवस्थेमध्ये असलेली ऊर्जा पुढील पाचपैकी एका ऊर्जेमध्ये रूपांतरित होते: (१) पदार्थांच्या रासायनिक संरचनेमध्ये बदल झाल्यामुळे रासायनिक ऊर्जा निर्माण होते. (उदा. इंधनाचे ज्वलन होऊन). (२) विद्युत् प्रवाहामधील किंवा विद्युत् घट किंवा ⇨ इंधन-विद्युत् घट अशा प्रकारच्या तात्पुरत्या साठ्यांमधील इलेक्ट्रॉन व प्रोटॉन यांच्या गतीमुळे विद्युत ऊर्जा निर्माण होते. (३) द्रव, घन किंवा वायुरूप द्रव्यावर लावण्यात आलेल्या प्रेरणेमुळे यांत्रिक ऊर्जा निर्माण होते. (४) द्रव्याला उष्णता दिली असता उष्मीय ऊर्जा निर्माण होते. (५) न्यूट्रॉनांच्या आघाताने अणुकेंद्राचे दोन किंवा अधिक भागांमध्ये तुकडे होऊन अणुकेंद्रीय भंजन होते आणि अणुकेंद्रीय प्रोट्रॉन व न्यूट्रॉन यांना बांधून ठेवणारी प्रेरणा मुक्त होऊन ऊर्जा निर्माण होते.

दैनंदिन व्यवहारात एका ऊर्जेचे दुसऱ्या प्रकारच्या ऊर्जेत रूपांतर होऊन त्यायोगेच कार्य घडून येते. ऊर्जा शून्यातून निर्माण होऊ शकत नाही किंवा ती नाश पावत नाही पण तिचे रूपांतर होऊ शकते या तत्त्वाला ऊर्जा अक्षय्यतेचे (किंवा अविनाशितेचे) तत्त्व असे म्हणतात. [⟶ द्रव्य आणि ऊर्जा यांची अक्षय्यता].

खनिज तेल, दगडी कोळसा, नैसर्गिक वायू व अणुइंधने हे प्रमुख ऊर्जा-उदगम आहेत. यांना व्यापारी इंधने असेही म्हणतात. गोवऱ्या-शेण, लाकूड व लोणारी कोळसा [⟶ कोळसा, लोणारी] आणि वनस्पतिज अवशेष ही व्यापारेतर इंधने आहेत. व्यापारी इंधने मुख्यतः आधुनिक औद्योगिक क्षेत्रांत व नागरी भागांत वापरली जातात. ग्रामीण जनतेची ऊर्जेची गरज मुख्यत्त्वे व्यापारेतर इंधनांनी भागविली जाते.

दगडी कोळसा, खनिज तेल व नैसर्गिक वायू आणि अणुइंधने वापरली की संपतात. त्यामुळे टंचाई निर्माण होणार नाही अशा ऊर्जा-उदगमांचा कसा वापर करून घेता येईल यांविषयी प्रयत्न चालू आहेत. सूऱ्यापासून येणारे प्रारण (तरंगरूपी ऊर्जा), वारा, भरती-ओहोटी , सागरातील व पृथ्वीतील उष्णता इत्यादींचा यात समावेश होतो. या ऊर्जा-उदगमांची सहा वर्गामध्ये विभागणी करतात: प्राथमिक ऊर्जा, द्वितीयक ऊर्जा, पुनर्निर्मितिक्षम ऊर्जा, पुनर्निर्मितीक्षम नसलेली ऊर्जा, ज्वलन असलेली प्रक्रिया व ज्वलन नसलेली प्रक्रिया. (कोष्टक क्र. १ व २).

वर दर्शविलेल्या ऊर्जा-उदगमांचे पारंपरिक किंवा संपुष्टात येऊ शकणारे आणि अपारंपरिक किंवा संपुष्टात येण्याची शक्यता नसलेले अशा प्रकारेही वर्गीकरण करता. ऊर्जेचे विविध प्रकार उपलब्ध असले, तरीसुद्धा या सर्व प्रकारांत विद्युत ऊर्जा वापरण्यास अत्यंत सुलभ आणि सोयीस्कर ठरली आहे. विद्युत् ऊर्जा निर्मितीसाठी विकसित झालेले पारंपरिक तंत्रज्ञान तीन प्रमुख प्रकारांचे आहे : (१) औष्णिक उदगमांवर आधारित, (२) जलविद्युत आणि (३) आण्विक प्रकारचे. यांतही औष्णिक विद्युत् ऊर्जा आणि जलविद्युत ऊर्जा निर्मिती तंत्रज्ञान ऐतिहासिकदृष्ट्या प्रथम विकसित झाले. आण्विक विद्युत् ऊर्जा निर्मितीचा विकास विसाव्या शतकाच्या मध्यापासून होऊ लागला.

पारंपरिक ऊर्जा-उद्गम : मानव अनेक वर्षे ठरावीक ऊर्जा-उदगम वापरत आला आहे. उदा., जीवाश्म इंधन, जलऊर्जा-उदगम, अणु-ऊर्जा-उदगम इत्यादी. दगडी कोळसा, नैसर्गिक वायू, खनिज तेल ही इंधने शिलाभूत जवावशेषांची रूपे असल्याने त्यांना जीवाश्म वा जीवाश्मरूपी इंधने असे म्हणतात. यांमधील बहुतेक ऊर्जा-उदगमांचा साठा हा मर्यादित व पृथ्वीतलवार ठरावीक ठिकाणीच उपलब्ध आहे. तसेच हा साठा थोड्याच अवधीत संपुष्टात येणार असून पुनर्निर्मितिक्षम नाही.

 जीवाश्म इंधन : भूपृष्ठाखाली सहस्रावधी –लक्षावधी वर्षांपासून जीवाश्म इंधनाचे साठे गाडले गेले आहेत. औष्णिक ऊर्जानिर्मितीसाठी या इंधनांचा वापर करतात. पृथ्वीच्या अंतरंगात खनिज तेलाचे साठे एका अंदाजानुसार सु. १५,००० कोटी टन इतके आहेत. यापैकी सौदी अरेबिया, इराण, इराक, कुवेत, संयुक्त अरब अमिराती या देशांत अंदाजे ६,००० ते ७,५०० कोटी टन म्हणजे जागतिक साठ्याच्या ४०% ते ५०% खनिज तेलाचे साठे आहेत. रशिया, उत्तर व दक्षिण अमेरिका या प्रदेशांत सु. २,००० कोटी टन साठे आहेत. या तुलनेत भारतामध्ये फक्त अर्धा ते पाऊण टक्का तेलसाठे (७० ते ८० कोटी टन) आहेत. भारतात खनिज तेलाचा वापर विद्युत् ऊर्जानिर्मितीसाठी थोड्या प्रमाणात केला जातो. प्रमुख उपयोग पेट्रोल, डीझेल, घासलेट, घरगुती गॅस (द्रवीकृत खनिज तेल वायू), नॅप्था, डांबर, वंगणे वगैरेंमध्ये तसेच रासायनिक खते आदी पदार्थांच्या निर्मितीसाठी केला जातो. भारतात खनिज तेलाची गरज दरवर्षी ५-६ कोटी टन आहे. यापैकी ३ – ३.५ कोटी टन खनिज तेल भारतातील साठ्यातून काढले जाते आणि उरलेले आयात करावे लागते. [⟶ खनिज तेल].

कोष्टक क्र. १. प्राथमिक ऊर्जा-उद्गम

भारतात दगडी कोळशाचे अंदाजे एकूण १८,००० ते २०,००० कोटी टन (१ जानेवारी १९९९ रोजीचा अंदाज सु. २०,८७५ कोटी टन) साठे आहेत. हे साठे प्रामुख्याने बिहार, ओरिसा, मध्य प्रदेश, पश्चिम बंगाल, महाराष्ट्र या राज्यांत विखुरलेले आहेत. भारतात दगडी कोळसा विपुल असला, तरी तो उच्च प्रतीचा नाही. दगडी कोळशाला पऱ्यायी इंधन म्हणून त्याच्या लिग्नाइट या कमी दर्जाच्या प्रकारचा देखील वापर केला जाऊ शकतो. भारतात लिग्नाइटाचे साठे प्रामुख्याने तमिळनाडूमध्ये नेयवेली येथे आहेत. गुजरात, राजस्थान व जम्मू-काश्मीर या ठिकाणीदेखील थोडे लिग्नाइट मिळते. लिग्नाइटाचा एकूण साठा दगडी कोळशाच्या तुलनेत अगदी थोड्या म्हणजे ३% आहे. एका अंदाजानुसार दगडी कोळशाचा वार्षिक वापर ४ ते ४·५ कोटी टन आहे. यापैकी २·५ ते ३ कोटी टन दगडी कोळसा विद्युत निर्मितीसाठी आणि बाकीच्या औद्योगिक व घरगुती वापरासाठी आणि दळणवळणासाठी वापरला जातो. [⟶ कोळसा, दगडी लिग्नाइट].

कोष्टक क्र. २. द्वितीयक ऊर्जा- उदगम  

कोष्टक क्र. ३. ऊर्जा-उदगमांपासून होणारी विद्युत् निर्मिती (टक्केवारीमध्ये)

मृत वनस्पतींचे अवशेष कुजून नाश पावणे ही प्रक्रिया काही कारणांमुळे साचलेल्या पाण्यात वा दलदलीत पूर्ण न झाल्यामुळे अर्धवट कुजलेले पदार्थ साचून गडद तपकिरी वा काळा अवशेष तयार होतो. यालाच इंग्रजीत ‘पीट’ असे म्हणतात. हजारो वर्षांनंतर पिटाचे रूपांतर दगडी कोळशात होते. रशिया, कॅनडा, फिनलंड, स्वीडन, अमेरिकेची संयुक्त संस्थाने, आयर्लंड या ठिकाणी मोठ्या प्रमाणात पीट आढळते. भारतात फारच थोडे पीट आढळते. पिटापासून कोळसा, प्रोड्यूसर वायू, मोटारगाडीत वापरण्यायोग्य पॉवर अल्कोहॉल इ. बनवितात. पीट जाळून त्यापासून विद्युत ऊर्जा मिळविणे किंवा कृत्रिम इंधन वायू तयार करणे या दृष्टीनेही प्रयत्न चालू आहेत. [⟶ पीट].

भारतात नैसर्गिक वायूचे साठे ५० कोटी टनांच्या आसपास आहेत. या वायूमध्ये ८३% ते ९३% मिथेन (CH₄) असते, हा सामान्यतः कच्च्या खनिज तेलाच्या सान्निध्यात आढळतो, तथापि काही नैसर्गिक वायूंच्या विहिरींमध्ये खनिज तेल निर्माण होत नाही. सर्व रासायनिक किंवा खनिज ऊर्जा-उदगमांमध्ये नैसर्गिक वायू सर्वांत चांगला आहे. कारण तो थेट ग्राहकांना नळावाटे देता येतो त्याच्या वितरणासाठी टाक्यांची गरज नसते, त्याचे ज्वलन स्वच्छ असल्याने म्हणजे ते प्रदूषण करणारे नसल्याने हवा-प्रदूषण नियंत्रण उपकरणाची आवश्यकता नसते आणि संपूर्ण ज्वलन होण्यासाठी हवेबरोबर तो सहजपणे मिसळला जातो. [⟶ नैसर्गिक वायू].

मानवाच्या सध्याच्या ऊर्जा गरजांसाठी व सध्याच्या प्रमाणात या ऊर्जा-उदमांचा वापर होईल असे गृहीत धरले, तर हे ऊर्जा साठे जास्तीत जास्त शे-दीडशे वर्षेच पुरतील. भारतातील खनिज तेल आणि नैसर्गिक वायू यांचे साठे अंदाजे २०५० सालापर्यंत पुरतील. भारतातील दगडी कोळशाचे साठे मात्र दोन-तीनशे वर्षांपर्यंत पुरू शकतील.

जल ऊर्जा-उदगम : प्राचीन काळी मानवाने वाहत्या पाण्याचा उपयोग पाणचक्क्या चालविण्यासाठी केला. युरोप खंडात सतराव्या शतकात तर अमेरिकेच्या संयुक्त संस्थानांत अठराव्या व एकोणिसाव्या शतकांत पाणचक्क्यांचा वापर धान्य मळण्यासाठी व दळण्यासाठी, लाकूड कापण्यासाठी त्याचप्रमाणे इतर यंत्रे चालविण्यासाठी केला जात होता. पाणचक्क्यांचा वापर मऱ्यादित स्वरूपाचा असल्याने आणि वापरण्यास त्या गैरसोयीच्या असल्याने विसाव्या शतकात त्यांच्यात सुधारणा झाली.

नैसर्गिकरीत्या उपलब्ध झालेल्या पावसाचे पाणी वाहत्या नद्यांवर निरनिराळ्या सोयीस्कर ठिकाणी धरणे बांधून बनणाऱ्या जलाशयांत साठवितात. हे पाणी नियत (ठरविलेल्या) प्रमाणात जलाशयातून नळ्यांमधून उंचावरून सोडतात. उंचीवर असलेल्या पाण्याच्या स्थितिज ऊर्जेचे वेगाने खाली येताना, गतिज ऊर्जेत रूपांतर होते. ही ऊर्जा वापरून पाण्याच्या प्रवाहात उभारलेली विद्युत् जनित्रे चालवून वीज निर्माण करतात. [⟶ जलविद्युत् केंद्र].

भूऔष्णिक ऊर्जा-उदगम : पृथ्वीच्या अंतरंगात प्रचंड प्रमाणात उष्णता सामावलेली आहे. भू-अंतर्गत उष्णतेचा वापर करून त्यायोगे विद्युत् ऊर्जा निर्माण करणे शक्य असते. अशा प्रकारचा प्रयत्न प्रथम इटलीत १९०४ मध्ये करण्यात झाला. भूऔष्णिक ऊर्जेचा वापर करून रशिया, जपान, न्यूझीलंड, आइसलँड, मेक्सिको आणि अमेरिकेच्या संयुक्त संस्थानांतील कॅलिफोर्निया या ठिकाणी विद्युत ऊर्जा निर्माण करण्यात येते. भूसांरचनिक चक्राशी संबंधित असलेल्या प्रदेशात भू-उष्णतेचे प्रमाण जास्त असते. अशा प्रदेशात या ऊर्जा-उदगमाद्वारे विद्युत् शक्ती निर्माण करणे शक्य होते. जलऔष्णिक अभिसरण पद्धती, तप्त अग्निजन्य पद्धती आणि भूभार पद्धती या तीन प्रकारांनी भू-उष्णता उपलब्ध होऊ शकते. अमेरिकेच्या संयुक्त संस्थांनात एकूण विद्युत् निर्मितीपैकी १% भूऔष्णिक विद्युत असते. संपूर्ण जगात या ऊर्जा-उदगमाचा वापर करून सु. ६,००० मेगॅवॉट वीज निर्माण केली जाते. भारतात यासाठी सर्वेक्षण करून ११३ भाग शोधून काढण्यात आले आहेत. त्यांमध्ये महाराष्ट्रात तापी खोरे व कोकण किनारपट्टीवरील काही ठिकाणांचा समावेश आहे.

अणुऊर्जा : पारंपरिक विद्युत् ऊर्जानिर्मितीसाठी विकसित झालेले हे अद्यावत तंत्रज्ञान आहे. युरेनिअम (२३५) या समस्थानिकाच्या अणुभंजन शृंखला विक्रियेत प्रचंड प्रमाणात उष्णता ऊर्जानिर्मिती होते. अँल्बर्ट आइन्स्टाइन यांच्या सिद्धांतानुसार एक ग्रॅम वस्तुमान लोप पावून एकूण ९ x १०^१३ जूल इतकी प्रचंड ऊर्जा निर्माण होते. ( १ किलोवॉट – तास = ३·६ x १०^६ जूल). अणुभंजनाची प्रक्रिया पूर्णपणे नियंत्रित करून तीच ऊर्जा विधायक कार्यासाठी – प्रामुख्याने वीजनिर्मितीसाठी –वापरून विकसित राष्ट्रांनी अणुऊर्जा विद्युत् निर्मिती केंद्रे उभारली आहेत. भारतीय अणुऊर्जा –आयोगाच्या कार्यक्रमांतर्गत तारापूर (महाराष्ट्र), राणा प्रताप सागर (राजस्थान), कल्पकम (तमिळनाडू), नरोरा (उत्तर प्रदेश), कैगा (कर्नाटक) वगैरे ठिकाणी अणुऊर्जा मंडळ/भाभा अणुसंशोधन केंद्र यांच्या प्रकल्पांतून भारतात सु. ३,१०० मेवॉ.(मार्च २००६) वीज निर्माण केली जाते. ह्याशिवाय नवे प्रकल्पही विचाराधीन आहेत.

भारतात युरोनिअमाचे खनिज बिहार राज्यात जादुगुडा येथे थोड्या प्रमाणात उपलब्ध आहे. प्लुटोनिअम, थेरिअम वगैरे मूलद्रव्यांच्या भंजनक्षम समस्थानिकांपासूनही अणुऊर्जा निर्माण होऊ शकते. केरळ राज्यात बऱ्याच मोठ्या प्रमाणात थेरिअम खनिज उपलब्ध आहे. थेरियमचा वापर करून विद्युत ऊर्जा निर्मिती प्रकल्प करण्यासाठी संशोधन चालू आहे.

हायड्रोजनाचे चार अणू संघटित विक्रियेनुसार एकत्र आले, तर त्यांच्या संयोगातून हीलिअमाचा एक अणू निर्माण होतो. ही विक्रिया घडण्यासाठी अतिशय उच्च तापमान लागते. आइन्स्टाइन यांच्या सापेक्षता सिद्धांतानुसार विक्रिया घडताना काही वस्तुमानाचे ऊर्जेत रूपांतर होते. ही ऊर्जा अणुभंजन विक्रियेत मिळणाऱ्या ऊर्जेपेक्षा अनेक पटींनी अधिक असते. सूऱ्याच्या प्रचंड ऊर्जानिर्मितीमागे हीच अणुसंघटन विक्रिया आहे. अणुसंघटन विक्रियेद्वारा विद्युत ऊर्जा निर्मिती करणे अद्याप तरी शक्य झाले नाही. [⟶ अणुऊर्जा अणुऊर्जा-मंडळे अणुकेंद्रीय अभियांत्रिकी].

अपारंपरिक ऊर्जा-उदगम : पृथ्वीच्या पोटातील जीवाश्म इंधने म्हणजे दगडी कोळसा, खनिज तेल, नैसर्गिक वायू इ. पारंपरिक ऊर्जा-उदगमांचे मर्यादित साठे लवकरच संपणार आहेत. म्हणूनच पर्यायी ऊर्जा-उदगमांबद्दल संशोधन संपूर्ण जगभर मोठ्या प्रमाणावर चालू आहे. सौर ऊर्जा, पवन ऊर्जा, जैविक ऊर्जा, सागरी ऊर्जा, इ. ऊर्जा-उदगम अविनाशी आणि न संपणारे असून त्यांना अपारंपरिक ऊर्जा-उदगम म्हणतात.

सौर ऊर्जा : सूर्या पासून पृथ्वीवर सतत येणारी ऊर्जा कधी न संपणारा ऊर्जा-उदगम आहे. सूऱ्यापासून बाहेर फेकली जाणारी ही ऊर्जा अवकाशात सर्व दिशांनी विखुरली जाते. पृथ्वीच्या वातावरणाबाहेर सूऱ्यापासून मिळणाऱ्या विद्युत चुंबकीय प्रारणाच्या तीव्रतेचे प्रमाण दर चौरस मीटरला ~ १,३०० वॉट इतके मापले गेले आहे. म्हणजेच सूर्यकिरणांना लंब अशा एक मीटर लांब, एक मीटर रुंद प्रतलावर सु. १,३००० वॉट इतक्या मात्रेने ही शक्ती पडत असते. यापैकी काही ऊर्जा पृथ्वीच्या वातावरणात शोषली जाते, तरीदेखील पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर येणाऱ्या या शक्तीची तीव्रता दर चौरस मीटरला ८०० ते ९०० वॉट असते. सौर ऊर्जेच्या विद्युत चुंबकीय तरंगांचा आलेख काढला, तर असे दिसते की, ही सौर ऊर्जा प्रामुख्याने दृश्य प्रकाश तरंग आणि त्याच्या कंप्रतेपेक्षा कमी कंप्रतेच्या तरंग स्वरूपात असते (दर सेकंदास होणाऱ्या कंपनांच्या संख्येला कंप्रता म्हणतात). कमी कंप्रतेच्या अवरक्त (दृश्य वर्णपटातील तांबड्या रंगाच्या अलीकडील अदृश्य) तरंगांमधील ऊर्जा उष्णतेच्या म्हणजेच सूऱ्याच्या उन्हाच्या स्वरूपात असते.

कोष्टक क्र. ४ विद्युत् ऊर्जानिर्मिती प्रकल्प – एक दृष्टिक्षेप 

हा ऊर्जा-उदगम किती विशाल आहे याची कल्पना स्पष्ट होण्याकरिता पुढे एक उदाहरण दिले आहे. महाराष्ट्रात विसाव्या शतकाच्या अखेरीस सु. ९,००० ते १०,००० मेवॉ. इतकी विद्युत शक्ती निर्मितीक्षमता होती. सूर्य आकाशमध्यावर असताना, सौर शक्ती दर चौ. मीटरला ८०० ते ९०० वॉट इतकी असल्याचे वर वर्णन आले आहेच. इतक्या मात्रेने ९,००० ते १०,००० मेवॉ. शक्ती मिळविण्यास सु. १२ चौ. किमी. क्षेत्रावरील सौर शक्ती गोळा करावी लागेल. महाराष्ट्रातील एखाद्या प्रातिनिधिक खेडेगावाचे क्षेत्रफळ अंदाजे इतकेच होते. म्हणजेच महाराष्ट्रातील एकूण सु. ३९,००० गावांपैकी फक्त एका गावाच्या जमिनीवर संबंध महाराष्ट्राच्या विद्युत निर्मितिक्षमतेइतकी सौर शक्ती पडते. दुसऱ्या शब्दात महाराष्ट्राच्या विद्युत निर्मितीच्या ३९,००० पट इतकी प्रचंड ऊर्जा सूर्य देत असतो.

सौर ऊर्जेचा वापर दोन प्रकारांनी करता येतो: (१) निष्क्रिय सौर पद्धती अथवा अप्रत्यक्ष सौर ऊर्जा रूपांतर. उदा., औष्णिक, प्रकाशसंश्लेषण इत्यादी. (२) सक्रिय सौर पद्धती अथवा प्रत्यक्ष सौर ऊर्जा रूपांतर. उदा., प्रकाशविद्युतचालक घटाद्वारे किंवा प्रकाशविद्युत रासायनिक घटाद्वारे विद्युत निर्मिती.

औष्णिक : सौर ऊर्जेपासून उष्णता निर्माण होते. उष्णता शोषण झाल्याने पाण्याचे, हवेचे, जमिनीचे तापमान वाढते. निरनिराळ्या इंधनांचा  वापर करून विद्युतनिर्मिती करण्याच्या परंपरागत तंत्रज्ञानासाठी उच्च तापमानावर आणि दाबाची वाफ प्रथम बनवावी लागते. सौर ऊर्जा वापरून औष्णिक पद्धतीने विद्युतनिर्मिती करण्यासाठी तऱ्हेतऱ्हेचे प्रायोगिक संशोधन जगभर चालू आहे. मोठ्या आकारमानाचे अंतर्गोल आरसे सूर्याच्या आकाशातील स्थितीनुसार फिरते ठेवून सूर्यकिरण एका विशिष्ट जागी केंद्रित करून उच्च तापमानावर आणि दाबावर वाफ बनविणे साध्य झाले आहे. भारत हा उष्ण कटिबंधातील देश असल्याने इतर प्रगत देशांपेक्षा येथे अधिक सौर ऊर्जा मिळते. भारतात दर. चौ. मी. मागे वर्षभरात १,००० किलोवॉट-तास सौर ऊर्जा मिळते.

सौर ऊर्जेचे केंद्रीकरण न करता पाणी तापविणे, पाण्याचे ऊर्ध्वपातन करून ते शुद्ध करणे, कृषी उत्पादने वाळविणे, सुकविणे इत्यादींसंबंधी यशस्वी संशोधन झाले आहे. अशी बरीच संयंत्रे विकसित करण्यात आली आहेत. रोजचे अन्न शिजविण्यासाठीही सौर ऊर्जेचा वापर चांगला करता येतो. (उदा., सौर चुली, शेगड्या). [⟶ सौर ऊर्जा].

पवन ऊर्जा : सौर ऊर्जा भूतलावर पडली की, तिचे जमिनीत शोषण झाल्याने जमिनीचे तापमान वाढते. त्यामुळे जमिनीलगतची हवा गरम होते. ही गरम हवा हलकी असल्याने वर उचलली जाते आणि त्या जागी उंचावरली थंड हवा जड असल्याने खाली येते आणि त्यामुळे वातावरणात हवेचे प्रवाह निर्माण होतात व वारा वाहू लागतो. अशा तऱ्हेने वाऱ्याच्या गतीमुळे प्राप्त झालेली ऊर्जा (पवन ऊर्जा) हीदेखील सौर औष्णिक ऊर्जेचे एक महत्त्वाचे रूपांतर आहे.

पवन ऊर्जेचा वापर शिडाची जहाजे चालविण्याकरिता फार पूर्वीपासून जगभर होत आहे. पवनचक्की हे पवन ऊर्जेच्या वापराचे महत्त्वाचे उदाहरण आहे. प्रामुख्याने धान्य दळण्यासाठी पवनचक्क्यांचा वापर होत असे. पवनचक्कीचा वापर वीजनिर्मितीसाठी करण्याकरिता आधुनिक तंत्रज्ञान विकसित झाले. पवनचक्क्यांच्या एकेका पंख्याचा व्यास ४० –५० मी. पर्यंत सहज असतो. साधारण तासाला ४० –५० किमी. इतक्या वेगाने वारा वाहत असेल, तेव्हा अशा पवनचक्कीची क्षमता प्रत्येकी १-२ मेवॉ. असू शकते. भारतात तमिळनाडू, गुजरात, आंध्र प्रदेश, कर्नाटक वगैरे राज्यांत अशा अनेक पवनचक्क्या प्रत्येकी २५० – ४०० किवॉ. वीज निर्माण करतात. कारण या राज्यांत ठिकठिकाणी वाऱ्याचा वार्षिक सरासरी वेग ताशी २० ते २५ किमी. आढळतो. महाराष्ट्रात प्रामुख्याने सातारा, रत्नागिरी, सांगली, कोल्हापूर, सिंधुदुर्ग या जिल्ह्यांत वाऱ्याचा वेग सरासरी ताशी १८ –२० किमी. आढळल्याने पवनविद्युत् जनित्रे कार्यरत आहेत. भारतात प्राथमिक अंदाजानुसार किमान २०,००० मेवॉ. प्रमाणात पवनविद्युत् निर्माण होऊ शकेल, असे दिसते. ताशी २९ किमी. वाऱ्याचा बेग असेल, तर जनित्राच्या निर्धारित क्षमतेच्या १५% ते २०% वीज निर्माण होते. [⟶ पनवचक्की].

प्रकाशसंश्लेषण : सूर्यप्रकाशातील ऊर्जेने हरितद्रव्य (क्लोरोफिल) असलेल्या वनस्पतींत कार्बन डाय-ऑक्साइड व पाणी यांसारख्या साध्या संयुगांपासून रासायनिक विक्रियेने काही जटिल संयुगे (उदा., कार्बोहायड्रेटे) तयार होतात. याचा उपयोग वनस्पतींच्या अन्नासाठी व वाढीसाठी होतो. या प्रक्रियेस प्रकाशसंश्लेषण म्हणतात. [⟶ प्रकाशसंश्लेषण].

वृक्षाच्या शरीरातील जैविक वस्तुमान (बायोमास) प्रामुख्याने लाकडाच्या स्वरूपात असते. वातावरणातील कार्बन डाय-ऑक्साइड, नायट्रोजन, पाण्यातील हायड्रोजन आणि जमिनीतील इतर पदार्थ (माती, खते वगैरे) या सर्वांचे लाकडासारख्या पदार्थात रूपांतर होण्यासाठी लागणारी ऊर्जा संपूर्णतः सूर्यप्रकाशातून मिळालेली असते. लाकूड ज्वलनशील असते. याच लाकडाचा मानवाने इंधन म्हणून वापर केला आहे. सूर्याच्या प्रकाशऊर्जेचे रूपांतर लाकडाच्या रूपाने -औष्णिक ऊर्जा साठवून- वनस्पतिसृष्टीने केले. या ऊर्जा रूपांतराच्या प्रक्रियेची क्षमता मात्र एक टक्क्यापेक्षाही कमी असल्याचे दिसते. क्षमता कमी असली, तरी सूर्यप्रकाश मुबलक असल्याने आणि तोही विनासायास उपलब्ध असल्याने क्षमतेची उणीव जाणवत नाही.

जैविक वस्तुमानाचे प्रथम ज्वलनशील वायूंत –प्रामुख्याने मिथेन आणि कार्बन मोनॉक्साइड वायूंत – रूपांतर करून या वायूंवर विद्युत जनित्र अगर पाणी उपासण्याचा पंप वगैरे चालविण्याचे तंत्रज्ञान विकसित झाले आहे. अशा तऱ्हेची काही संयंत्रे कार्यरत असली, तरी त्यांचा म्हणावा तसा प्रसार झालेला नाही. वनस्पतींची वाढ झपाट्याने करून जैविक वस्तुमान अधिक निर्माण करण्याचे प्रयत्न चालू आहेत. हे जैविक वस्तुमान इंधन म्हणून वापरून वीज निर्माण केली गेल्यास, तितक्या प्रमाणात दगडी कोळसा/खनिज तेलाचे साठे अधिक काळपर्यंत पुरू शकतील. हा एक महत्त्वाचा पर्यायी ऊर्जा-उदगम आहे.

प्रकाशविद्युत् चालक : सौर ऊर्जेचे थेट विजेत रूपांतर करू शकणारी ही पद्धत आहे. सौर प्रारणाच्या वर्णपटात दृश्य प्रकाशाचा प्रमुख अंतर्भाव आहे. दृश्य प्रकाशाची कंप्रता इतर सौर प्रारणांपेक्षा जास्त असल्याने याच्याशी निगडित ऊर्जादेखील अधिक आसते. दृश्य प्रकाशाच्या फोटॉनाची (प्रकाशकणाची) ऊर्जा फोटॉनाच्या कंप्रतेच्या प्रमाणात कमीजास्त असते. शास्त्रज्ञांनी निरनिराळ्या पदार्थांच्या गुणधर्मांचा अभ्यास करून अनेक अर्धसंवाहक [ज्यांची विद्युत् संवाहकता धातू व निरोधक यांच्या दरम्यानची असते असे पदार्थ ⟶ अर्धसंवाहक] बवविले आहेत. अशा पदार्थांवर प्रकाशकिरण पडला की, त्याची ऊर्जा शोषली जाऊन अणूंतून एक ऋण विद्युतभारित इलेक्ट्रॉन निराळा काढला जातो. अशा इलेक्ट्रॉनांमुळे विद्युत् प्रवाह निर्माण करण्यासाठी पुरेसा विद्युत् दाब तयार होतो. म्हणजेच प्रकाशाचे थेट विद्युत् शक्तीत रूपांतर होते.

सिलिकॉन हे मूलद्रव्य शुद्ध स्वरूपात निर्माण करून त्याच्या पातळ चकत्या काढतात. या चकत्यांवर विशिष्ट प्रक्रिया करून प्रकाशविद्युत् घट तयार करतात. यांचा विद्युत् दाब एकदिश प्रकाराचा (एकाच दिशेत वाहण्याचा गुणधर्म असलेला) असतो. घटांची एकसरी किंवा समांतर जोडणी करून हवा तितका विद्युत् दाब आणि विद्युत प्रवाह असलेले उदगम बनवितात. विद्युत् घटांची सौर ऊर्जेपासून विद्युत ऊर्जा निर्माण करण्याची क्षमता ~ १०% ते १५% वाढविण्यात संशोधकांना यश आले आहे. या प्रक्रियेत प्रकाशविद्युत् चालक घटाच्या वापरामुळे कोणत्याही प्रकारची झीज होत नाही. ही क्षमता वर्षानुवर्ष कायम राहू शकते. एकदा असा विद्युत् घट बनविला की, त्यापासून वीज पूर्णतया विनामूल्य मिळू शकते. या प्रणालीवर आधारलेली अनेक प्रकारची संयंत्रे विकसित झाली आहेत. निरनिराळ्या देशांत या प्रणालीवर चालणाऱ्या मोटारगाड्यांची अंदाजे ३,००० – ४,००० किमी. अंतर कापण्याची शर्यत नियमितपणे घेतली जाते. काही वर्षांपूर्वी प्रकाशविद्युत् चालक प्रणाली वापरून विमानोड्डाणही प्रायोगिकरीत्या करण्यात आले. अंतराळात सोडलेले कृत्रिम उपग्रह व अवकाशयाने देखील त्यांचे सर्व कार्य प्रकाशविद्युत चालक प्रणालीवरील विद्युत् उदगम बसवूनच करीत आहेत. [⟶ प्रकाशविद्युत्].

महासागर ऊर्जा : पृथ्वीवरील जवळजवळ ७० – ७५% क्षेत्रावर पाणी आहे. यांत पॅसिफिक, अटलांटिक, हिंदी इ. महासागर तसेच लहान मोठे समुद्र आहेत. या सागरसंपत्तीमध्ये दडलेल्या ऊर्जेबद्दल प्रामुख्याने दोन-तेन रूपांत शास्त्रज्ञांनी अभ्यास केला आहे.

भरती-ओहोटी : पृथ्वीतलावरील पाण्यावर सूर्य आणि चंद्र यांच्या गुरूत्वाकर्षणाचा प्रभाव पडत असल्याने सागरातील पाण्याला भरती-ओहोटीच्या चक्राचा अनुभव अव्याहतपणे येत असतो. भरतीच्या वेळी पाण्याची स्थितिज ऊर्जा वाढलेली असते. ओहोटी वळल्यावर पाणी कमी होत असताना या स्थितिज ऊर्जेचा वापर करून पाहिजे असलेल्या प्रकारची ऊर्जानिर्मिती करता येते. भरती-ओहोटीच्या पातळींमधील फरक जितका अधिक, तितक्या प्रमाणात ऊर्जानिर्मिती अधिक होण्याची शक्यता असते. भारताच्या पश्चिम किनाऱ्याच्या केलेल्या एका सर्वेक्षणात गुजरातच्या खंबायत आखातात भरती-ओहोटीमधील फरक सर्वांत अधिक आढळला.

सागरी लाटा : समुद्रकिनाऱ्यावर रात्रंदिवस लाटा एकीपाठोपाठ एक येत असतात. या लाटा म्हणजे वेगाने वाहणारे पाणीच असते. लाटांमध्ये असलेली ही गतिज ऊर्जा वापरून वीज निर्माण करण्याचे तंत्र शास्त्रज्ञांनी विकसित करण्याचा प्रयत्न केला आहे. ज्या किनाऱ्यावर लाटांची उंची आणि वारंवारता अधिक, तितकी तेथील लाटांपासून मिळू शकणारी ऊर्जाही अधिक असते. अशा जोरदार लाटांचा शोध घेऊन त्या ठिकाणी विद्युत् जनित्रे बसविल्यास किफायतशीररीत्या वीज निर्माण होऊ शकते. भारतीय तंत्रज्ञानावर आधारित काही प्रायोगिक जनित्रे केरळ राज्याच्या अरबी समुद्रकिनाऱ्यावर तिरूअनंतपुरमजवळ विझिज्जम येथे कार्यंवित आहेत.

महासागरी उष्णता: सागरी औष्णिक विषमतेवर आधारित ऊर्जानिर्मिती. महासागरातील पृष्ठभागावर सूर्याच्या उन्हात वर्षाव दिवसभर होतो, तेव्हा ह्या पाण्यात औष्णिक ऊर्जा शोषली जाऊन पाण्याचे तापमान वाढते. या तुलनेत सागरात जसे खोल जावे, तसे पाण्याचे तापमान कमी असलेले आढळते. समुद्राच्या खोल पाण्यात मंच (प्लॅटफॉर्म) उभे करण्याचे तंत्रज्ञान विकसित झालेले आहे. त्याचा आधार घेऊन पृष्ठभागाजवळच्या कोमट पाण्यात शोषलेली ऊर्जा त्यामधून काढून घेऊन विद्युत् ऊर्जा निर्माण करणे शक्य आहे, हे शास्त्रज्ञांनी सिद्ध केले आहे. हा भविष्यातील एक लक्षणीय शक्ती-उदगम ठरेल.

बायोमास : ही संज्ञा जैव पदार्थांच्या राशीकरिता म्हणजे वनस्पती व प्राणी यांपासून निर्माण झालेल्या विविध प्रकारच्या वस्तूंकरिता वापरली जाते. अन्न शिजविणे आणि पाणी तापविणे या गरजांपोटी भारतासारख्या प्रगतशील देशांतील बहुसंख्य खेड्यात लाकूडफाटा, पालापाचोळा, शेरमालांतील टाकाऊ पदार्थ, जनावरांच्या शेणाच्या गोवऱ्या यांसारखे ऊर्जा-उदगम वापरले जातात. या कामांसाठी दररोज प्रतिव्यक्ती अंदाजे एक किग्रॅ. लाकूड अगर तत्सम इंधन जाळले जाते. एक किग्रॅ. लाकूड जाळून जवळजवळ २.५ ते ४ हजात किकॅ. उष्णता निर्माण होते. इतकी उष्णता निर्माण करण्यासाठी ४किलोवॉट-तास इतकी वीज लागते. भारतात विद्युत ऊर्जेचा वापर दररोज सरासरी एक किवॉ.होतो. ज्या चुलीवर लाकूडफाटा जाळला जातो, तिची कार्यक्षमता फक्त १० –१५ % असते. इंधनाच्या एकूण उष्णतेपैकी फक्त १० –१५% इतका अंश अन्न शिजविण्याच्या कामी येतो. इतर ८५ – ९०% उष्णता वाया जात असते. जैविक वायू (बायोगॅस), गोबर वायूचे तंत्रज्ञान विकसित करण्यात आले असून, यात गुरांचे शेण, शेतमालातील टाकाऊ पदार्थ, उसाची मळी, उष्टे-खरकटे, मानवी मलमूत्र, कोंबड्यांची विष्ठा वैगेरे निरुपयोगी पदार्थांची हितकारकरीत्या विल्हेवाट लावली जाते. [⟶ गोबर वायू].

बायोमासपासून ऊर्जा मिळविणे याला बायोमास-ऊर्जा रूपांतर असे म्हणतात. या रूपांतरणाचे अनेक महत्त्वाचे फायदे आहेत : (१) हे अंशतः पुनर्निर्मितिक्षम आहेत. जैव प्रक्रियांनी बायोमास पदार्थांचा पुनःपुन्हा पुरवठा होतो. यांमधील पोषकद्रव्ये आणि खनिज द्रव्ये जमिनीत पुन्हा मिसळली जातात. (२) याचे द्रव किंवा वायुरूप इंधनामध्ये रूपांतर करता येते. (३) या रूपांतरणांचा साठा करण्यात कोणतीही अडचण येत नाही.

बायोमासमध्ये ५०% ते ९०% पाणी असल्यामुळे त्याची वाहतूक परवडणारी नसते. ज्या ठिकाणी ते मुबलक आढळते, त्याच भागात त्याचा जास्त वापर करावा लागतो. लाकूड आणि लाकडाच्या टाकाऊ वस्तू हा बायोमासचा ऊर्जा-उदगम अत्यंत महत्त्वाचा आहे. जगात ३९० कोटी हेक्टर वनक्षेत्र आहे. त्यांपैकी १६० कोटी हेक्टर क्षेत्रफळ या दृष्टीने आर्थिकदृष्ट्या उपयुक्त आहे.

इतर : स्कूटर, मोटारसायकल, मोटारगाडी, रिक्षा, बसगाडी, ट्रक, रेल्वे, बोटी, विमाने, मोठी जहाजे अशा अनेक वाहनांसाठी बऱ्याच मोठ्या प्रमाणावर पेट्रोल, डीझेल, हवाई इंधन वगैरे इंधनांचा वापर करावा लागतो. संपीडित (दाब दिलेल्या) नैसर्गिक वायूचा वापर करून मोटारगाड्या चालविल्या जात आहेत. ही सर्व इंधने खनिज तेलासारख्या परिमित उदगमापासून काढावी लागत असल्याने या इंधनांना पऱ्यायी अशी पुनर्निर्मितिक्षम इंधने शोधण्याकडे शास्त्रज्ञांची दृष्टी वळली आहे. अल्कोहॉल (द्रव) आणि हायड्रोजन (वायू) या दोन प्रकारच्या इंधनांचा सक्षम वापर करण्याबद्दलचे सर्वंकष संशोधन चालू आहे. या अल्कोहोलाचा वापर पेट्रोल वापरणाऱ्या एंजिनांत पऱ्यायी इंधन म्हणून करता येऊ शकेल, असा विश्वास वाटत आहे. हायड्रोजन वायू निर्माण करण्यासाठी पाण्यासारख्या सदैव उपलब्ध असलेल्या कच्च्या मालाचा वापर होऊ शकतो. पाण्याचे विद्युत् विच्छेदन केल्यास हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन मिळतात. त्यासाठी सौर ऊर्जेवर चालणाऱ्या प्रकाशविद्युत् चालक घटकांचाही उपयोग विद्युत उदगम म्हणून करता येईल.

निसर्गामध्ये विविध प्रकरचे ऊर्जा-उदगम उपलब्ध आहेत. काही साचलेल्या तळ्यासारखे सीमित, तर काही अपरिमित आहेत. काही थेट उपयोगात आणण्याजोगे, तर काहींवर योग्य प्रक्रिया करून वापरता येण्याजोगे आहेत. काही हवे तेव्हा मिळू शकणारे, तर काही निसर्गाची अनुकूलता असेल, तेव्हा आणि तितकेच मिळणारे आहेत. काही पर्यावरणाची हानी करणारे, तर काही पर्यावरण दूषित होऊ न देणारे आहेत. काही महाग पण वापरण्यास सोपे, तर काही स्वस्त पण वापर करण्यास गुंतागुंतीचे व किचकट आहेत. भविष्यातील वाटचालीसाठी या संदर्भात योग्य मार्गाची निवड करावी लागेल. अर्थात हा मार्ग सर्व जगभर एकाच प्रकारचा असणार नाही.

पाहा : अणुऊर्जा इंधन इंधन-विद्युत घट ऊर्जा कोळसा, दगडी खनिज तेल जलविद्युत केंद्र डांबर ड्यूटेरियम, ट्रिटियम व जड पाणी तंत्रविद्या थोरियम नैसर्गिक वायू पवनचक्की पाणवायू पीट प्रकाशविद्युत प्रोड्यूसर वायू प्लुटोनिअम बेरिलिअम युरेनिअम लिथिअम शक्ति-उत्पादन केंद्र, सौर ऊर्जा.

संदर्भ : 1. Aldridge, B crow, L Aiuto, R. Energy Sources and Natural Fuels, 1993.

           2. Marier, D Stoiaken, L (eds) Alternative Sources of Energy, 1988.

           3. Ohta, T. Energy Technology : Sources, Systems and Frontier Conversion, 1994.

           4.  Smith, H.B. Energy Soures, Applications, Alternatives, 1993.

           ५. काळे वसंत, विज्ञान तरंग, कोल्हापूर, १९९४.

           ६. बक्षी ए. के. (अनु.) देशपांडे, अ. पा ऊर्जा, मुंबई, २०००.

           ७. शिरवाडकर, वसंत, ऊर्जेच्या शोधात, मुंबई, १९८५.

भिडे, गो. के.