અંતરીક્ષમાં સૌર ઊર્જા મથકો

અંતરીક્ષમાં સૌર ઊર્જા મથકો : દુનિયાની વધતી જતી વસ્તી અને ઝડપી ઉદ્યોગીકરણને પહોંચી વળવા કોલસો, કુદરતી તેલ અને ગૅસ જેવાં ખનિજ-બળતણનો જથ્થો મર્યાદિત હોવાથી ભવિષ્ય માટે અનેક પ્રકારના ઊર્જાસ્રોત ઉપલબ્ધ થાય તે માટે સૂર્યશક્તિનો વ્યાવહારિક ઉપયોગ કરવા અંગે ઘણા દેશોમાં સંશોધન થઈ રહ્યું છે અને તેને અંગે કેટલાંક સાધનો પણ વિકસાવવામાં આવ્યાં છે. સૂર્યશક્તિનો વિશિષ્ટ લાભ એ છે કે એનાથી પ્રદૂષણરહિત ઊર્જા મેળવી શકાય છે. ઉપરાંત સૂર્ય-ઊર્જા ખૂટી જવાનો પણ કોઈ ભય નથી.

1978થી 1979 દરમિયાન અમેરિકન વૈજ્ઞાનિક પીટર ગ્લેસરે ભૂ-સમક્રમિક (geosynchronous) ભ્રમણકક્ષામાં મૂકેલા કૃત્રિમ ઉપગ્રહ વડે સૂર્યશક્તિનો ઉપયોગ કરીને પૃથ્વી ઉપર વિદ્યુતશક્તિ મેળવવા વિશે એક અભ્યાસપૂર્ણ લેખ લખ્યો હતો.

સૌર ઊર્જા ઉપગ્રહની કાર્યપદ્ધતિ : ભૂ-સમક્રમિક ભ્રમણકક્ષામાં ચોવીસે કલાક સૂર્યશક્તિ મળે છે એટલે ઉપગ્રહ ઉપર વિશાળ પરાવર્તક અરીસા મૂકીને તે દ્વારા પૃથ્વી ઉપર કોઈ સ્થળે સૂર્યશક્તિ કેન્દ્રિત કરવાથી તે ચોવીસે કલાક મળી શકે તો ઊર્જાનો સંગ્રહ કરવાની જરૂર ન રહે. આ પદ્ધતિમાં ઘણી મુશ્કેલીઓ છે. એક તો, ઉપગ્રહ ઉપર ઘણા વિશાળ કદના પરાવર્તક અરીસા મૂકવા પડે. બીજું, પૃથ્વીના વાતાવરણમાં ધુમ્મસ, વાદળાં, ધૂળ વગેરેને લીધે શોષણ થવાથી પૃથ્વી ઉપર મળતી સૂર્યશક્તિમાં ઘટાડો થાય. સૌથી અગત્યનો મુદ્દો એ છે કે પરાવર્તિત થતો સૂર્યનો પ્રકાશ પૃથ્વીના જે વિશાળ ભાગ પર પડતો હોય ત્યાં રાતદિવસનું અસ્તિત્વ ન રહેવાથી ત્યાંના પર્યાવરણ ઉપર ગંભીર અસર પડે. આમ હોવાથી આ પદ્ધતિ વ્યવહારુ જણાઈ નથી.

બીજો વિકલ્પ એવો છે કે અવકાશમાં ઉપગ્રહ ઉપર જ સૂર્યની ગરમી વડે ચાલતા એન્જિન દ્વારા અથવા સિલિકન સૌર કોષના ઉપયોગ દ્વારા વિદ્યુતશક્તિ ઉત્પન્ન કરવી. આ પદ્ધતિ અનુભવસિદ્ધ હોવાથી પસંદ કરવામાં આવી છે. એ રીતે ઉત્પન્ન થયેલી વિદ્યુતશક્તિને પૃથ્વી ઉપર મેળવવા માટે નીચેની બે પદ્ધતિઓ સૂચવવામાં આવી છે :

(1) વિદ્યુતશક્તિનું સૂક્ષ્મતરંગ(microwaves)માં રૂપાંતર કરીને મોટા પરવલયાકાર ઍન્ટેના વડે તે સૂક્ષ્મતરંગ વિકિરણને પૃથ્વી તરફ પ્રસારિત કરીને પૃથ્વી ઉપરના વિશાળ ઍન્ટેના વડે તેનું વિદ્યુતશક્તિમાં પુન:રૂપાંતર કરવું અથવા (2) વિદ્યુતશક્તિનું લેઝર કિરણોમાં રૂપાંતર કરવું અને એ લેઝર કિરણો પૃથ્વી ઉપર ગ્રહણ કરીને તેનું વિદ્યુતશક્તિમાં પુન:રૂપાંતર કરવું

ઉપરની બેમાંથી કોઈ એક પદ્ધતિ પસંદ કરતાં નીચેના અગત્યના મુદ્દાઓ ધ્યાનમાં લેવામાં આવ્યા છે :

(1) વિદ્યુતશક્તિ → લેઝર કિરણો અથવા સૂક્ષ્મતરંગ → વિદ્યુતશક્તિ – એ જાતનાં બેવડાં રૂપાંતર કરવાની કાર્યક્ષમતા. (2) લેઝર કિરણો અથવા સૂક્ષ્મતરંગ વિકિરણનું પૃથ્વીના અયનાવરણ અને/અથવા વાતાવરણમાં શોષણ. (3) કોઈ કારણસર ઉપગ્રહનું દિશા-નિયંત્રણ તંત્ર બરાબર કાર્ય ન કરે અને તેથી લેઝર કિરણો અથવા સૂક્ષ્મતરંગ વિકિરણનું નિર્ધારિત દિશામાં પ્રસારણ ન થઈ શકે તો તેવી પરિસ્થિતિમાં પૃથ્વી પરની માનવવસ્તી માટે યોગ્ય રક્ષણ અને સલામતી. આ બધા મુદ્દા ધ્યાનમાં લઈને સૂક્ષ્મતરંગ પ્રસારણનો વિકલ્પ પસંદ કરવામાં આવ્યો છે. પ્રાયોગિક ચકાસણીમાં આ વ્યવસ્થાતંત્રની 80થી 90 ટકા જેટલી કાર્યક્ષમતા મેળવી શકાઈ છે.

વિદ્યુતશક્તિના એક અવકાશી ગંજાવર કારખાનાની મહત્વાકાંક્ષી યોજના વિચારવામાં આવી છે. પૃથ્વીથી 36,000 કિમી. દૂર વિષુવવૃત્તીય ‘ભૂ-સ્થાયી’ ભ્રમણકક્ષામાં એક રાક્ષસી કદના ઉપગ્રહમાં અસંખ્ય સૌર કોષ ધરાવતી 30 ચોકિમી.ની બે વિશાળ સોલર પૅનલ રાખવામાં આવશે. તેનાથી આશરે 9,000 મેગાવૉટ જેટલી વિદ્યુતશક્તિ ઉત્પન્ન થશે. આ સમગ્ર ઉપગ્રહનું વજન 18,000 ટન જેટલું હશે. આ ઉપગ્રહના જુદા જુદા ભાગ પ્રથમ અવકાશમાં લઈ જઈ તેમને જોડીને ઉપગ્રહ તૈયાર કરવામાં આવશે. એ જ રીતે સિલિકનના સૌર કોષ પણ અવકાશમાં જ તૈયાર કરવામાં આવશે. ભૂમિ પરના રાક્ષસી કદના વિદ્યુત-જનરેટરની સરખામણીમાં અવકાશી સૌર ઊર્જા ઉપગ્રહતંત્રનો મોટો લાભ એ છે કે વજનવિહીનતાને લીધે તેને કોઈ આધારની જરૂર નહિ રહે. વળી અવકાશમાં પવન, વરસાદ, ધરતીકંપ વગેરેનું અસ્તિત્વ ન હોવાથી આ ઉપગ્રહ-તંત્ર ઘસારા કે નુકસાનથી મુક્ત રહી લાંબા સમય સુધી કાર્યક્ષમ રહેશે. બીજો લાભ એ છે કે આ પ્રકારના તંત્રમાં કોઈ જાતનો કચરો પેદા થશે નહિ તેમજ વિદ્યુતશક્તિનું માઇક્રોવેવમાં રૂપાંતર કરવાની પ્રક્રિયામાં પેદા થતી ગરમીનો નિકાલ અવકાશમાં જ કરી શકાશે. સૂક્ષ્મ તરંગવિકિરણની માત્રા આંતરરાષ્ટ્રીય સલામતીનાં ધોરણો મુજબ નક્કી કરવામાં આવશે. સૂક્ષ્મ ઉલ્કા-કણના મારાથી લાંબે ગાળે સૌર કોષની કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો થશે અને તેથી વિદ્યુતશક્તિનું ઉત્પાદન પણ ઘટશે.

સૌર ઊર્જા ઉપગ્રહ દ્વારા ભૂમિ ઉપર વિદ્યુતશક્તિ મેળવવા માટેના તંત્ર માટે લગભગ 300 ચોકિમી. જેટલો વિશાળ પ્રદેશ જોઈશે. સૂક્ષ્મતરંગ ઍન્ટેનાની નીચે સૂર્યપ્રકાશ અને વરસાદ મળી શકશે અને તેથી તે ભૂમિપ્રદેશ ઉપર ખેતી થઈ શકશે અને સલામતી પણ જળવાશે. ઊડતાં પક્ષીઓ અને વિમાનો, વિવિધ રડારતંત્ર, રેડિયો વગેરેની કાર્યક્ષમતામાં સૂક્ષ્મ તરંગ-વિકિરણ કેટલે અંશે નડતરરૂપ બનશે તે પ્રયોગને આધારે નક્કી કરવું પડશે.

5,000 મેગાવૉટ વિદ્યુતશક્તિની ક્ષમતા ધરાવતા સૌર ઊર્જા ઉપગ્રહનો ખર્ચ 760 કરોડ ડૉલર જેટલો અંદાજવામાં આવ્યો છે. છેલ્લાં ઘણાં વર્ષોથી અમેરિકામાં ‘નાસા’ અને કેટલીક ખાનગી કંપનીઓ દ્વારા સૌર ઊર્જા ઉપગ્રહતંત્રનાં વિવિધ પાસાંઓ અંગે સંશોધન કરવામાં આવી રહ્યું છે. આ યોજનાના કાર્યક્રમને ત્રણ તબક્કામાં વહેંચવામાં આવ્યો છે : (1) પૃથ્વી ઉપર અને પૃથ્વીની ભ્રમણકક્ષામાં નાના પાયે પ્રયોગ કરવો. (2) 250થી 750 મેગાવૉટ ક્ષમતાવાળા એક નમૂનાનો સૌર ઊર્જા ઉપગ્રહ ભૂ-સમક્રમિક ભ્રમણકક્ષામાં મૂકવો. (3) છેલ્લા તબક્કામાં ઈ. સ. 2000ના વર્ષમાં 5,000 મેગાવૉટનો એક ઉપગ્રહ ભૂ-સમક્રમિક ભ્રમણકક્ષામાં મૂકવામાં આવશે; જ્યારે ઈ. સ. 2025 સુધીમાં આવા સો જેટલા સૌર ઊર્જા ઉપગ્રહો અવકાશમાં કાર્યરત બનશે એવો અંદાજ છે.

પીટર ગ્લેસરનો આ પ્રયાસ માત્ર અભ્યાસ અને પ્રારંભિક સંશોધનકાર્ય પૂરતો જ મર્યાદિત રહ્યો છે, કારણ કે અમેરિકાની નાસા સંસ્થા તથા અમેરિકન સરકારના ઊર્જા વિભાગે તેમાં આગળ રસ લીધો નથી અને નાણાકીય સહાય આપી નથી.

સૌર ઊર્જા ઉપગ્રહને ભૂ-સમક્રમિક કક્ષાને બદલે પૃથ્વીથી નજીક 700-800 કિમીની ઊંચાઈ પર રાખવા માટે હવે વિજ્ઞાનીઓ વિચારી રહ્યા છે. ઉપગ્રહને નીચલી કક્ષામાં રાખવાથી મુખ્ય લાભ એ મળશે કે ઉપગ્રહના ઍન્ટેના દ્વારા પ્રસારિત થતા સૂક્ષ્મતરંગો અંતરીક્ષમાં આજુબાજુ ફેલાયા વગર કેન્દ્રિત રીતે પૃથ્વી પર પહોંચી શકશે અને તેથી ઊર્જાનો વ્યય ઘણો ઓછો થશે. આ કારણથી અંતરીક્ષમાં સૂર્યનો પ્રકાશ ગ્રહણ કરવા માટે નાની સૌર પૅનલોની જરૂર પડશે. એ જ રીતે ઉપગ્રહ પરથી સૂક્ષ્મ તરંગો પ્રસારિત કરવા માટે અને પૃથ્વી પર એ સૂક્ષ્મ તરંગો ગ્રહણ કરવા માટે ઘણા નાના કદના ઍન્ટેના રાખી શકાશે. આ રીતે અંતરીક્ષમાં વિશાળ સૌર ઊર્જા ઉપગ્રહતંત્ર તૈયાર કરવાના ખર્ચમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થઈ શકશે. આ ઉપરાંત, વિજ્ઞાનીઓનું બીજું સૂચન એ છે કે પૃથ્વીથી નજીકની કક્ષામાં મૂકવામાં આવનાર સંખ્યાબંધ સંદેશાવ્યવહાર ઉપગ્રહો(દા.ત., ઇરિડિયમ ઉપગ્રહતંત્ર, જેમાં કુલ 66 ઉપગ્રહો 780 કિમી.ની ઊંચાઈએ રાખવામાં આવશે)ની સાથે સૌર ઊર્જાનું તંત્ર પણ સામેલ કરવામાં આવે તો ઘણા ઓછા ખર્ચમાં પૃથ્વી પર મોટા જથ્થામાં વિદ્યુતશક્તિ મેળવી શકાય.

પરંતપ પાઠક