ઉર્જાનું અક્ષયપાત્ર - કોલ્ડ ફ્યુઝન

વર્ષોથી સમગ્ર સજીવ સૃષ્ટિ માટે અખૂટ ઉર્જા ભંડાર તરીકે આપણાં સૌરમંડળમાં તગતગી રહેલ સૂર્ય નામનો તારો અત્યારે તેની યુવા અવસ્થામાં છે અને કેટલાક અભ્યાસ પ્રમાણે આવનારા હજુ ચાર - સાડા ચાર અબજ વર્ષ સુધી આપણને ઉર્જા પૂરી પાડશે. સૂર્ય આખો હાઈડ્રોજન વાયુનો બનેલો છે એ આપણે સૌ જાણીએ જ છીએ. પરંતુ અહીં સવાલ એ થાય કે હાઈડ્રોજન તો અહીં પૃથ્વી ઉપર પણ ઉપલબ્ધ છે તો આપણને એટલી બધી ઉર્જા કેમ પ્રાપ્ત થતી નથી? કારણ એ કે સૂર્યનો જ્યારથી જન્મ થયો ત્યારથી સતત તે પોતાની પાસે રહેલા હાઈડ્રોજનનું હિલિયમમાં રૂપાંતર કર્યા કરે છે. જે આખી કુદરતી પ્રક્રિયા છે. સૂર્ય પ્રતિ સેકન્ડે આશરે 600 મિલિયન ટન (6 અબજ ટન) એટલે કે પ્રતિ મિનિટે આશરે 35 થી 40 અબજ ટન હાઇડ્રોજનનું હિલિયમમાં રૂપાંતર કરે છે. અને આવું અબજો વર્ષોથી ચાલે છે અને હજી કેટલાય અબજ વર્ષ સુધી ચાલશે. 

આ સમગ્ર પ્રક્રિયા દરમિયાન નોંધવા લાયક વાત એ છે કે, જ્યારે હાઈડ્રોજનનું હિલિયમમાં રૂપાંતર થતું હોય છે ત્યારે તે સંપૂર્ણ પણે રૂપાંતરિત થતો નથી. સામાન્ય ભાષામાં જોઈએ તો, હાઈડ્રોજનના બે અણુઓનું કુલ દળ જેટલું હોય એટલા પ્રમાણમાં હિલિયમના અણુનું દળ બનતું નથી. કહેવાનું તાત્પર્ય એ કે નજીવા પ્રમાણમાં દળ ક્યાંક લાપતા થાય છે. અહીં નજીવા પ્રમાણમાં લાગતું દળ સૂર્યના કિસ્સામાં ઘણો મહત્વનો ભાગ ભજવે છે. તો વળી પાછો બીજો પ્રશ્ન એ થાય કે તો એ એ લાપતા બનતું દળ જાય છે ક્યાં? કારણ કે (પૃથ્વી પર) ઉર્જા સંરક્ષણના નિયમ અનુસાર ઉર્જાનો કુલ જથ્થો તો અચળ રહે છે. તેનો નાશ નથી કરી શકાતો કે તેને ઉત્પન્ન કરી શકાતી. તો એનો જવાબ એ છે કે આઈન્સ્ટાઈનના સુત્ર પ્રમાણે તે લાપતા બનતી ઉર્જા છેવટે E=mc^2 અનુસાર ઉર્જામાં ફેરવાય છે અને સૂર્ય તેને બ્રહ્માંડમાં ચોમેર પ્રસરાવે છે. સૂર્ય માત્ર 1 કિલોગ્રામ હાઈડ્રોજનને હિલિયમમાં ફેરવતી વખતે 6.3 × 10^14 joules (જૂલ એ ઉર્જા માપનનો એક એકમ છે) જેટલી ઉર્જા મુક્ત કરે છે. ખેર, આજે વાત અહીં સૌરમંડળ કે ખગોળ વિજ્ઞાનની નથી કરવાની પરંતુ ભૌતિક શાસ્ત્રના સંદર્ભમાં પ્રાપ્ત થતી ઉર્જા વિષયક વાત છે. 

આપણે જોઈએ છીએ કે આજે પૃથ્વી પર ઉર્જા સંકટના નામે ઘણા સમયથી કકળાટ છે. વૈજ્ઞાનિકો સહિત મોટાભાગના લોકોને હવે ખબર છે કે આપણા આવનારા ભવિષ્યમાં ઉર્જાનું ગંભીર અને ઘેરું સંકટ ઉભું થઈ રહ્યું છે. માનવ વસ્તી ખૂબ મોટી માત્રામાં ઊર્જાનો ઉપયોગ કરે છે, અને જેમ જેમ વસ્તી વધે છે તેમજ જીવનધોરણ વધે છે તેમ તેમ આપણને વધુ ઊર્જાની જરૂર પડશે. કમનસીબે, હાલમાં આપણા બધા માટે ઉપલબ્ધ ઉર્જા સ્ત્રોતોમાં લાંબા ગાળે મોટી સમસ્યાઓ દ્રષ્ટિગોચર થઈ રહી છે. પૃથ્વીના પેટાળમાંથી મળતું કાચું તેલ કાર્યક્ષમ છે, પરંતુ આબોહવા પરિવર્તનમાં ખૂબ મોટો ફાળો આપે છે અને ટૂંક સમયમાં (એક અંદાજ પ્રમાણે આવનારા 20-25 વર્ષોમાં) તે સમાપ્ત થઈ જશે. કોલસો પુષ્કળ છે પરંતુ ગંભીર વાયુ પ્રદૂષણ ફેલાવે છે. સૌર ઉર્જા ઉપયોગી બની શકે છે પરંતુ માત્ર દિવસ દરમિયાન પ્રાપ્ત થાય એટલી જ. એટલે એક સ્વચ્છ તેમજ ભરોસાપાત્ર ઉર્જા સ્ત્રોત કે જે કોઈ પણ સમયે અને જલ્દી ખતમ ન થઈ શકે તેમ હોય તો તે આપણી ઉર્જા સમસ્યાઓને હલ કરશે અને વિશ્વમાં ક્રાંતિ લાવશે. હકીકતમાં, તે પહેલેથી જ શોધાયેલ છે — દરિયાનું પાણી! દરિયાના પાણીમાં વધારાના ન્યુટ્રોન સાથે ડ્યુટેરિયમ હાઇડ્રોજન નામનું તત્વ હોય છે. જ્યારે બે ડ્યુટેરિયમ પરમાણુને એકસાથે પર્યાપ્ત નજીક ધકેલવામાં આવે છે, ત્યારે તેઓ એક જ અણુમાં ફ્યુઝ (ભેગા) થશે અને ડ્યુટેરિયમના ટ્રીટીયમ સાથેની પ્રક્રિયામાં ઘણી બધી ઊર્જા મુક્ત કરશે. આમ જોઈએ તો દરિયાનું પાણી હેવી વોટર તરીકે પણ વાપરી શકાય. કારણ કે પાણીનું અણુ બંધારણ H2O હોવાથી તેમાં હાઈડ્રોજનના બે અણુ અને ઑક્સિજનનો એક અણુ સમાયેલો છે. 

કોલ્ડ ફ્યુઝન — અથવા લો-એનર્જી ન્યુક્લિયર રિએક્શન (LENR) કે જેનો આજે ઘણી જગ્યાએ ઉલ્લેખ કરવામાં આવે છે. આ એક અનુમાનિત પ્રકારની પરમાણુ પ્રતિક્રિયા છે જે ઓરડાના તાપમાને અથવા તેની નજીકના તાપમાને થાય છે. જેમાં મસમોટા ન્યુક્લિયર રિએક્ટરની જરૂર રહેતી ન હોવાથી સુરક્ષિત પણ છે. ઈ.સ. 1989 માં, બે વિદ્યુત રસાયણશાસ્ત્રીઓ, માર્ટિન ફ્લીશમેન અને સ્ટેનલી પોન્સે દાવો કર્યો હતો કે તેઓ નાના ટેબલટોપ પર તેમના ઉપકરણનો ઉપયોગ કરીને પરમાણુ ફ્યુઝન દ્વારા ઉર્જા ઉત્પન્ન કરી શકે છે. આ રીતે ઉર્જા પેદા કરવા માટે પેલેડિયમ નામના કેથોડને હેવી વોટરમાં રાખવામાં આવે છે જેથી પેલેડિયમ ડ્યુટેરિયમના પરમાણુને પોતાનામાં ફ્યુઝ કરવા ખેંચે છે અથવા પોતાનામાં સમાવી લે છે. જેના કારણે અંતે હિલિયમ બને છે. પ્રક્રિયામાંથી વધારાની ઉર્જા ઉષ્મા તરીકે વિખેરાઈ જાય છે. ફ્લીશમેન અને પોન્સે જણાવ્યું હતું કે આ પ્રક્રિયા કોઈપણ જાણીતી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાને કારણે થઈ શકતી નથી, અને તેની સાથે પરમાણુ પ્રતિક્રિયા શબ્દ "કોલ્ડ ફ્યુઝન" જોડાયેલ છે. આ રીતે શરૂઆતમાં તેમણે કરેલા દવાઓના આધારે વૈજ્ઞાનિક જગત આખુ સ્તબ્ધ બની ગયું. કારણ કે 1989 સુધી તો કોઈને પણ વિચાર સુદ્ધાં આવ્યો ન હતો કે ફ્યુઝન પ્રક્રિયા દ્વારા પણ ઉર્જા મેળવી શકાય. જેથી તેમના દાવાઓનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું, જે બાદમાં અવિશ્વસનીય હોવાનું જણાયું હતું. 

આ રીતે ફ્યુઝન પ્રક્રિયા દ્વારા પ્રાપ્ત થતી ઉર્જા કે ન્યુકિલયર રિએક્ટરમાં ફિઝન પ્રક્રિયા દ્વારા પ્રાપ્ત થતી ઉર્જા છે તો અણુ ઉર્જા જ. માટે સહેજ ડર પણ અનુભવાય. હવે જો બંને પ્રક્રિયા દ્વારા પ્રાપ્ત થતી ઉર્જા જો અણુ ઉર્જા જ હોય તો બંને વચ્ચે તફાવત શો? જો ફ્યુઝન પ્રક્રિયા દ્વારા ઓરડાના તાપમાને જ ઉર્જા મેળવી શકાતી હોય તો પછી કરોડો રૂપિયાના ખર્ચે ન્યુક્લિયર રિએક્ટર બાંધવાની શી જરૂરિયાત (આજની તારીખે ભારતના 22 સહિત સમગ્ર વિશ્વમાં કુલ 441 ન્યુકિલયર રિએક્ટર કાર્યરત છે.) અને એ પછી પણ કાયમ ભયના ઓથાર નીચે રહેવાનું. તો એના માટે ઘી વાળી લાપસી જેમ એક ઝાટકે ગળે ઉતરી જાય એવો જવાબ એમ છે કે, ફ્યુઝન પ્રક્રિયામાં બે અણુઓનું સંયોજન થાય છે, ભેગા થાય છે. તો વળી ફિઝન પ્રક્રિયામાં બે અણુઓનું વિભાજન કરીને અને તે અણુઓ વળી પોતાનામાંથી બીજા અણુઓનું વિભાજન કરીને વહેંચાય છે. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન નવા જન્મ લેતા અણુઓનું કુલ દળ અણુ જેટલું હોતું નથી. માટે ઓછું જણાતું દળ E=mc^2 અનુસાર ઉર્જામાં ફેરવાય છે. અણુ બોમ્બમાં ફિઝન પ્રક્રિયા જ થાય છે. 

આજની તારીખે પણ ફ્યુઝન પ્રક્રિયા દ્વારા સાવ મફતના ભાવે અખૂટ ઉર્જા કઈ રીતે મેળવી શકાય તેના અખતરા વિશ્વના ઘણાં દેશોમાં થાય છે. સફારી નોંધે છે તે પ્રમાણે 1992 માં જાપાનના વૈજ્ઞાનિકોને ઉર્જાના ઈનપુટ કરતા ઉર્જાનો આઉટપુટ 70% જેટલો વધુ મળ્યો. અમેરિકાના સંશોધકોને પણ એવી જ રીતે 300% જેટલો વધારો જોવા મળ્યો. આપણે ત્યાં ભારતમાં પણ હૈદરાબાદના સિદ્ધાર્થ દુરાઈરાજનના સ્થાપેલા HYLENR સ્ટાર્ટઅપએ કોલ્ડ ફ્યુઝનના અનેક સફળ પ્રયોગો કરી બતાવ્યા છે. આમ, આવનારા સમયમાં જ્યારે ઉર્જાના સ્ત્રોતોની અછત વર્તાવવાની છે ત્યારે આ પદ્ધતિ જ અસરકારક તેમજ ફાયદાકારક બની રહેવાની છે. સંદર્ભ સાભાર: University of California, British magazine - Nature, સફારી, C&EN.