राखेत दडलेले सोने : साखर उद्योगातील बायो-पोटॅशची संधी

स्पेंटवॉश राखेतून बायो-पोटॅश : साखर उद्योगासाठी नवे हरित अर्थकारण

लेखक: दिलीप पाटील

भारताचा साखर उद्योग आता केवळ हंगामी ऊस प्रक्रिया केंद्र राहिलेला नसून तो वर्षभर चालणाऱ्या एकात्मिक जैव-शुद्धीकरण कारखान्यात (Bio-Refinery) रूपांतरित होत आहे. या परिवर्तनाला चालना देणारी एक महत्त्वाची तांत्रिक प्रगती म्हणजे — शून्य द्रव विसर्जन (Zero Liquid Discharge – ZLD) नियमांनुसार, मद्यनिर्मिती प्रक्रियेतील सांडपाण्याच्या (Vinasse) भस्मीकरणातून निर्माण होणाऱ्या बॉयलर राखेमधून पोटॅश पुनःप्राप्त करणे. बंद-वर्तुळ (Closed-Loop) रासायनिक निष्कर्षण आणि आम्लीकरण प्रणाली उभारून, कारखाने आता अत्यंत क्षारयुक्त औद्योगिक राखेचे रूपांतर शंभर टक्के पाण्यात विरघळणाऱ्या, खत-दर्जाच्या पोटॅशियम लवणांमध्ये करू शकतात.

सांडपाण्याच्या राखेची रासायनिक रचना

मोलॅसेस-आधारित सांडपाण्यात (Spent Wash) सेंद्रिय पदार्थांचा मोठा भार असतो, त्यासोबत ऊस पिकाने वाढीच्या काळात शोषलेल्या महत्त्वाच्या पोषक घटकांचाही समावेश असतो. जैव-मिथेनेशन (Biomethanation) केलेले किंवा कच्चे सांडपाणी बहु-परिणाम बाष्पीभवक यंत्रणेद्वारे (Multi-Effect Evaporators – MEE) ६०-६५% घन पदार्थ सांद्रतेपर्यंत आटवले जाते आणि त्यानंतर भस्मीकरण बॉयलरमध्ये सह-ज्वलन (Co-firing) केले जाते. यात सेंद्रिय घटक जळून जातात आणि मागे उरते अत्यंत क्षारीय, खनिज-समृद्ध राख.

• पोटॅशियमचे वितरण: या राखेत साधारणतः ३०-४०% एकूण पोटॅशियम (K₂O समतुल्य) असते. कच्च्या अवस्थेत, खनिज संरचना प्रामुख्याने पोटॅशियम कार्बोनेट (K₂CO₃), काही प्रमाणात पोटॅशियम सल्फेट (K₂SO₄), आणि अल्प प्रमाणात पोटॅशियम क्लोराईड (KCl) यांनी बनलेली असते.
• सोबतचे अशुद्ध घटक: पोटॅशियमसोबत कच्च्या राखेत अनाकार (Amorphous) आणि अर्ध-स्फटिकीय सिलिका (SiO₂), मॅग्नेशियम (Mg), कॅल्शियम (Ca), न जळलेला कार्बन, आणि थोडे सोडियम लवण असतात.

रासायनिक निष्कर्षण व अभियांत्रिकी प्रक्रिया

या विविधांगी खनिज मिश्रणातून शुद्ध, विशेष पोटॅशियम खते काढण्यासाठी विरघळण्याच्या गतिशास्त्रावर (Dissolution Kinetics), स्टोइकिओमेट्रिक रूपांतरणावर, आणि तापमान नियंत्रणावर अत्यंत काटेकोर नियंत्रण ठेवावे लागते.

१. घन कच्चा माल तयार करणे व प्रमाण निश्चिती

भस्मीकरण यंत्रातील उडती राख (Fly Ash) आणि तळाची राख (Bed Ash) गोळा करून थंड केली जाते. त्यानंतर एकसमान कणांच्या आकारासाठी यांत्रिक चाळणी केली जाते, ज्यामुळे पुढील निष्कर्षण प्रक्रियेसाठी जास्तीत जास्त पृष्ठभाग उपलब्ध होतो.

२. गरम पाण्याने उष्मागतिक निक्षालन (Thermodynamic Hot-Water Leaching)

प्रक्रिया केलेली राख स्वयंचलित, ढवळल्या जाणाऱ्या पाचन अभिक्रिया यंत्रांमध्ये टाकली जाते. राख ते पाणी वजन प्रमाण १:४ ते १:६ यांच्यामध्ये काटेकोरपणे राखत गरम पाणी सोडले जाते. हे संतुलन अकाली लवण संपृक्तता (Premature Saturation) टाळते आणि अतिरिक्त पाण्याचा वापर कमी करते. निक्षालन ७०°C ते ८०°C तापमानावर केले जाते, ज्यामुळे अत्यंत पाण्यात विरघळणारे पोटॅशियम अंश निवडकपणे विरघळतात.

३. स्टोइकिओमेट्रिक आम्लीकरण व रूपांतरण

कच्चे पोटॅशियम कार्बोनेट (K₂CO₃) अत्यंत क्षारीय असल्याने ते थेट स्फटिकीय खत म्हणून वापरण्यासाठी अयोग्य असते. त्यामुळे स्वच्छ केलेल्या निक्षालन द्रवावर (Leachate) एक महत्त्वाची आम्लीकरण प्रक्रिया केली जाते. हायड्रोक्लोरिक अॅसिड (HCl) किंवा सल्फ्युरिक अॅसिड (H₂SO₄) स्वयंचलित नियंत्रणाखाली सूक्ष्म प्रमाणात मिसळला जातो. यामुळे रासायनिक विनिमय प्रतिक्रिया होऊन मूळ पोटॅशियम कार्बोनेटचे उच्च-मूल्याच्या पोटॅशियम क्लोराईड (KCl) किंवा पोटॅशियम सल्फेट (K₂SO₄) मध्ये रूपांतर होते, तर कार्बन डायऑक्साईड (CO₂) बाहेर पडतो आणि कॅल्शियम व सिलिकेट अशुद्धी तळाशी बसतात.

४. उच्च-कार्यक्षमता घन-द्रव पृथक्करण

प्रक्रिया केलेला द्रव स्वयंचलित फिल्टर प्रेस किंवा उच्च-दर स्पष्टीकरण यंत्रांमध्ये पाठवला जातो. या टप्प्यात ९०% पर्यंत पोटॅश पुनःप्राप्ती शक्य होते — पोटॅश-समृद्ध द्रव आणि अविद्राव्य घन केक वेगळे केले जातात. सिलिका, मॅग्नेशियम आणि जैव-कोळसा (Bio-Char) असलेला घन केक मृदा सुधारक (Soil Conditioner) निर्मितीसाठी वळवला जातो.

५. अंशात्मक स्फटिकीकरण व बहु-स्तरीय वाळवणी

स्वच्छ निक्षालन द्रव बाष्पीय स्फटिकीकरण (Evaporative Crystallization) किंवा अंशात्मक शीतकरण प्रणालीत प्रवेश करतो. लक्ष्यित पोटॅशियम लवणांच्या विरघळण्याच्या क्षमतेत तापमानानुसार फरक असल्याने, नियंत्रित शीतकरणाने उच्च-शुद्धतेचे पोटॅशियम स्फटिक निवडकपणे वेगळे करता येतात. त्यानंतर मिश्रण अपकेंद्रित (Centrifuge) केले जाते, सोडियम अवशेष काढण्यासाठी विरुद्ध-प्रवाह धुलाई (Counter-Current Washing) केली जाते, आणि वाळवून उच्च दर्जाचे स्फटिकीय उत्पादन तयार केले जाते.

प्रगत शुद्धीकरण मार्ग

या क्षेत्राचे व्यापारीकरण मोठ्या प्रमाणावर मालकीच्या आणि पेटंट-प्राप्त तंत्रज्ञान मार्गांवर अवलंबून आहे:

१. CSIR-CSMCRI निवडक अवक्षेपण पद्धत

केंद्रीय मीठ व सागरी रसायन संशोधन संस्थेने (CSIR-CSMCRI) विकसित केलेल्या या पद्धतीत द्रव प्रवाहांवर प्रगत आयन-एक्सचेंज किंवा लक्ष्यित रासायनिक अवक्षेपण (Targeted Chemical Precipitation) केले जाते. पुनर्वापरयोग्य निष्कर्षकांच्या (Recyclable Extractants) साह्याने शुद्ध पोटॅशियम संयुगे वेगळी केली जातात, त्याचवेळी उरलेल्या द्रवातील एकूण विरघळलेले घन पदार्थ (TDS) कमी होतात. ही प्रक्रिया खत नियंत्रण आदेश (Fertiliser Control Order – FCO) मानकांनुसार अत्युच्च-शुद्धतेचे, शंभर टक्के पाण्यात विरघळणारे सल्फेट ऑफ पोटॅश (SOP) तयार करते.

२. डॉ. मोहन के. डोंगरे यांची जलीय-अवस्था निष्कर्षण पद्धत

ही पद्धत अत्यंत अनुकूलित कच्च्या जल-निष्कर्षणावर आणि धोरणात्मक आम्ल-रूपांतरण चक्रांवर केंद्रित आहे. यातून उच्च-शुद्धतेचे स्फटिकीय MOP/SOP किंवा स्थिर, सांद्र द्रव पोटॅश (अंदाजे ११% K₂O सांद्रतेवर स्थिरीकृत) तयार केले जाते. द्रव प्रकार ऊर्जा-गहन उष्णतेने वाळवण्याचा टप्पा संपूर्णपणे टाळतो आणि पर्णीय फवारणी (Foliar Spray) व ठिबक सिंचनाद्वारे (Fertigation) थेट शेतीसाठी वापरण्यास सज्ज असतो.

अवशेष उप-उत्पादनांचे मूल्यवर्धन

वर्तुळाकार अर्थव्यवस्थेच्या तत्त्वांनुसार, निष्कर्षण प्रक्रियेत कोणताही दुय्यम कचरा शिल्लक राहत नाही:

• अनाकार सिलिका मॅट्रिक्स: प्राथमिक गाळणीतील अवशेष अत्यंत क्रियाशील, अ-स्फटिकीय सिलिकामध्ये समृद्ध असतो. हा मृदा सुधारक म्हणून (वनस्पती पेशींच्या भिंती मजबूत करण्यासाठी व कीड-प्रतिरोधकतेसाठी) किंवा हरित बांधकाम सामग्री म्हणून वापरता येतो.
• कार्बनी जैव-कोळसा (Bio-Char): बॉयलरमधील न जळलेला कार्बन एक उत्कृष्ट सच्छिद्र कोळसा माध्यम म्हणून काम करतो. घन केकमध्ये राहिल्यास तो जमिनीतील ओलावा टिकवून ठेवतो आणि मुळाजवळ सूक्ष्मजीव जीवन स्थिर करतो.

धोरणात्मक महत्त्व व नीती एकीकरण

या तंत्रज्ञानाचे विस्तारीकरण भारताच्या कृषी व औद्योगिक क्षेत्रातील अनेक मूलभूत आव्हानांना उत्तर देते:

• राष्ट्रीय खत सुरक्षा: भारत ऐतिहासिकदृष्ट्या आपल्या जवळपास शंभर टक्के पोटॅशियम खत गरजेसाठी आयातीवर अवलंबून आहे. देशभरातील विस्तृत मद्यनिर्मिती कारखाना जाळ्यात राख-आधारित पुनःप्राप्ती व्यापकपणे राबवल्यास “मोलॅसेसपासून मिळवलेले पोटॅश” (Potash Derived from Molasses – PDM) चा विश्वसनीय, पूर्णतः देशांतर्गत पुरवठा उपलब्ध होईल आणि आयात अवलंबित्व थेट कमी होईल.
• नियामक पाठिंब्याची गरज: या तंत्रज्ञानाला स्थानिक कार्यांपासून उद्योगव्यापी उपयोजनापर्यंत नेण्यासाठी सुधारित धोरण आराखडा आवश्यक आहे. यामध्ये राष्ट्रीय खत नियंत्रण आदेशांतर्गत (FCO) उत्पाद नोंदणीला प्राधान्य देणे आणि आयातित पर्यायांशी स्पर्धात्मक समानता सुनिश्चित करण्यासाठी देशांतर्गत जैव-पोटॅशला पोषक-आधारित अनुदान (Nutrient-Based Subsidy – NBS) यंत्रणेत समाविष्ट करणे यांचा समावेश आहे.

सांडपाण्याच्या भस्मीकरण राखेतून उच्च-तापमान निक्षालन, सुस्पष्ट गाळणी, आणि अंशात्मक स्फटिकीकरणाद्वारे पोटॅश पद्धतशीरपणे पुनःप्राप्त करून, साखर कारखाने केवळ कचरा व्यवस्थापनाच्या पलीकडे निश्चितपणे जाऊ शकतात. उच्च-तापमान निक्षालन, सुस्पष्ट गाळणी आणि अंशात्मक स्फटिकीकरणाचे एकत्रीकरण आधुनिक कारखान्याला एकाच बंद-वर्तुळ प्रणालीतून अन्न, इंधन, वीज आणि उच्च-दर्जाची कृषी पोषक तत्त्वे उत्पादित करणाऱ्या सर्वांगीण जैव-शुद्धीकरण केंद्रात रूपांतरित करते.