ભૂતાપીય અને સમુદ્રતાપીય ઊર્જા

ભૂતાપીય અને સમુદ્રતાપીય ઊર્જા (geothermal & ocean-thermal energy) : પૃથ્વીના ગર્ભમાં અતિ ઊંચા તાપમાનને લીધે સંગ્રહાયેલી ઉષ્મા-ઊર્જા અને સમુદ્રમાં સૂર્યનાં કિરણો પડવાથી સંગ્રહાતી ઉષ્મા-ઊર્જા. ભૂતાપીય ઊર્જા ક્યાંક ક્યાંક કુદરતી રીતે બહાર આવે છે તેમજ તેને ઇજનેરી પ્રયત્નો દ્વારા બહાર લાવીને માનવીના ઉપયોગોમાં લાવી શકાય છે. સમુદ્રતાપીય ઊર્જા પણ ઇજનેરી પ્રયત્નો દ્વારા એકત્ર કરીને માનવીના ઉપયોગોમાં લાવી શકાય છે.

ઉપર્યુક્ત બંને ઊર્જાઓને બિનપ્રણાલિકાગત ઊર્જાસ્રોતોમાં ગણી શકાય. વળી, ભૂગર્ભની અંદરનું તાપમાન અત્યંત ઊંચું હોઈને હજુ લાખો વર્ષો સુધી ભૂતાપીય ઊર્જા મળતી રહે તેમ છે. આથી આ પ્રકારની ઊર્જા તેમજ સમુદ્રતાપીય ઊર્જા પુન:પ્રાપ્ય (renewable) પણ ગણાય.

ધરતીની સપાટી પરથી ઊંડે જતાં તાપમાન વધે છે. તેના વધવાનો દર પ્રતિ કિલોમીટરે લગભગ 30° સે. હોય છે. પૃથ્વીના કેન્દ્રભાગનું તાપમાન આશરે 4,500° સે.થી 7000° C હશે એમ મનાય છે. પૃથ્વીના ઉદભવ સમયે, એટલે કે થોડાં અબજ વર્ષો પૂર્વે, તે એક ધગધગતો વાયુપિંડ હશે. ઉષ્મા-નિર્ગમનથી ઉપલું સ્તર ઠરીને સખત બન્યું. પણ પૃથ્વીની અંદરના ભાગે તો તે ઉષ્મા હજીયે જળવાયેલ છે અને ખૂબ ધીમા દરે તે બહાર આવે છે. ભૂતાપીય ઊર્જા કુદરતી રીતે ગરમ પાણીના ઝરા કે ફુવારા (geysers) મારફતે બહાર પડે છે. ગુજરાતમાં લસુન્દ્રા (ખેડા જિલ્લો) અને તુલસીશ્યામ (સૌરાષ્ટ્ર) તેમજ ઉત્તર ભારતમાં બદરી-કેદાર નજીકના ગરમ પાણીના કુંડો, તથા અમેરિકાના Yellow Stone National Parkમાં આવેલા ગરમ પાણીના ઝરા આનાં ઉદાહરણો છે. વળી જ્વાળામુખીમાંથી ફેંકાતાં લાવારસ, રાખ, પાણીની વરાળ તેમજ ગરમ વાયુઓ વગેરે પણ ભૂતાપીય ઊર્જાને બહાર લાવે છે. કેટલાંક સ્થળોએ ધરતીના પેટાળમાં ખોદકામ કરીને આ ઊર્જાને પ્રાપ્ત કરી શકાય તેમ હોય છે. આ સ્થળોમાં અર્થાત્ ભૂતાપીય ક્ષેત્રો(fields)માં તે ઊર્જા ગરમ પાણી અથવા તપ્ત ખડકો, તપ્ત દ્રવ (hot brine), વરાળ તેમજ એ તમામના મિશ્રણના રૂપમાં રહેલ હોય છે. ઊર્જાના આ સ્વરૂપનું વિદ્યુત-શક્તિમાં રૂપાન્તર કરવાની દિશામાં તાંત્રિક-આર્થિક (techno-economic) મુશ્કેલીઓ આડે આવે છે; તેથી તેનો ઉપયોગ હજુ મર્યાદિત પ્રમાણમાં થાય છે. હાલમાં જગતના વીસેક દેશોમાં આ દિશામાં સફળ પ્રયત્નો થયેલા છે; જેમાં ઇટાલી, ચિલી, ફિલિપાઇન્સ, અમેરિકા, રશિયા વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. ભૂતાપીય ઊર્જામાંથી વિદ્યુત મેળવવાનું સૌપ્રથમ ઈ. સ. 1904માં ઇટાલીમાં શરૂ થયું હતું.

આ પ્રકારની ઊર્જાની ઉપયુક્તતાનો આધાર (1) ભૂતાપીય તરલ(fluid)નાં તાપમાન, (2) તેના વહેવા(discharge)નો દર, (3) તેના કૂવા(geothermal well)ની ઊંડાઈ તેમજ તેનું આયુષ્ય વગેરે બાબતો પર છે. અલબત્ત, આવાં ક્ષેત્રોમાં મળતા ઉષ્ણ તરલને અન્ય ઉપયોગોમાં પણ લાવી શકાય; જેમાં તેની ગરમીનો સીધો ઉપયોગ મુખ્ય છે. એક અંદાજ પ્રમાણે ઈ. સ. 2000 સુધીમાં જગતભરમાં ભૂતાપીય ઊર્જામાંથી બધું મળીને આશરે 8,000 MW વિદ્યુત-શક્તિ ઉત્પન્ન થવાની શક્યતા છે.

પ્રણાલિકાગત ઉષ્મીય શક્તિ (thermal power) મથકમાં કોલસો, બળતણ-તેલ કે વાયુને બાળીને ગરમી પેદા કરી તેનાથી પાણીની  વરાળ ઉત્પન્ન કરાય છે અને તેના દ્વારા ટર્બાઇન ચલાવીને વિદ્યુત પેદા કરી શકાય છે. ભૂતાપીય વિદ્યુત મથકમાં આ માટે જરૂરી ગરમી ભૂતાપીય તરલમાંથી શોષવામાં આવે છે. અલબત્ત, આ માટે તે તરલનું તાપમાન ઊંચું (આશરે 150° સે. કે વધુ) હોવું જોઈએ. અનુકૂળ સંજોગોમાં ભૂતાપીય વિદ્યુત-મથક લગભગ 100 મેગાવૉટ (MW) કે તેથી થોડી વધુ વિદ્યુત પેદા કરી શકે છે. તેની તુલનામાં પ્રણાલિકાગત તાપવિદ્યુત મથકનું ઉત્પાદન વધારે હોય છે. વળી, ભૂતાપીય મથકો અમુક જગ્યાએ આવેલાં હોઈને વિદ્યુત-પુરવઠાને ઉપભોક્તા સુધી પહોંચાડવા જતાં તેનો કેટલોક વ્યય થતો હોય છે.

ભારતમાં  જે કેટલાંક સ્થળોએ ભૂતાપીય સંસાધનો ઉપલબ્ધ છે તેમાં, જમ્મુ-કાશ્મીરમાં પુગા (Puga), ગુજરાત તેમજ મહારાષ્ટ્રના ગરમ પાણીના ઝરા અને મધ્યપ્રદેશનું ટટ્ટાપાની ક્ષેત્ર મુખ્ય ગણાય. આ સ્થળોએ મળી આવતા ગરમ તરલનું તાપમાન બહુ વધારે ન હોવાથી તેના દ્વારા વિદ્યુત-ઉત્પાદનની શક્યતા નહિવત્ છે. પારંપરિક રીતે ગરમ પાણીના ઝરા કે કુંડો ચિકિત્સાકીય ઉપયોગો માટે વધુ જાણીતા છે.

વિશ્વભરમાં, The Geysers–USA ખાતે આવેલ ભૂતાપીય વીજમથકની ક્ષમતા સૌથી વધુ, એટલે કે આશરે 900 MW હોવાનો અંદાજ છે.

સમુદ્રતાપીય (ocean thermal) ઊર્જા ઓછા જાણીતા સ્રોતોમાં ગણાય. આ જાતની ઊર્જા એ બાબત પર નિર્ભર છે કે સમુદ્રો-મહાસાગરો ગરમીના મોટા સંચાયકો (reservoirs) છે. દિવસના ભાગમાં સૂરજના તાપથી દરિયાની સપાટી ગરમ થાય છે. દરિયાની સપાટીનું તાપમાન દિવસે લગભગ 25° સે. જેટલું હોય છે. તેની સરખામણીમાં દરિયાની ઊંડાઈએ કે તળિયા નજીક તાપમાન 10° સે. જેટલું હોય છે. સૈદ્ધાંતિક રીતે, તાપમાનના આ તફાવતનો ઉપયોગ કરીને ઉષ્મા-વિનિમયકો (heat exchangers) મારફતે ઉષ્મા-ઊર્જા શોષીને ટર્બાઇન જનરેટર ચલાવી શકાય છે અને વિદ્યુત ઉત્પન્ન થઈ શકે છે. પરંતુ સિદ્ધાંતમાં પણ આ પ્રકારના ઊર્જા-રૂપાન્તરની ક્ષમતા (efficiency) ખૂબ ઓછી રહે છે. હકીકતે આ પ્રકારના ઊર્જા-સ્રોતના વ્યવહારુ ઉપયોગમાં પણ ઘણી તાંત્રિક-આર્થિક મુશ્કેલીઓ હોવાથી તેમજ આવા ઊર્જા-મથકની ક્ષમતા 2 %થી પણ ઓછી રહેતી હોવાથી હાલમાં (2001) સમુદ્રતાપીય પરિવર્તક(ocean thermal converter)નો વ્યવહારુ ઉપયોગ નહિવત્ છે. તેના ઉપયોગની એક ભાવિ શક્યતા માની શકાય.

ભારતનું સર્વપ્રથમ સમુદ્રતાપીય મથક તમિલનાડુમાં શરૂ કરવાની એક યોજના છે. તે દરિયાકાંઠાથી દૂર (off-shore) હશે. શ્રીલંકા, અમેરિકા અને અન્ય દેશોમાં પ્રાયોગિક ધોરણે આવી કામગીરી કરવામાં આવે છે.

કમલનયન ન. જોશીપુરા