उसाच्या अवशेषांपासून 2G इथेनॉल आणि SAF चे उत्पादन, तेही शून्य उत्सर्जनासह

लेखक – दिलीप पाटील (सह-अध्यक्ष, आयएफजीई शुगर बायोएनर्जी फोरम आणि कौन्सिल सदस्य, डीएसटीए)

दी डेक्कन शुगर टेक्नोलॉजिस्ट्स असोसिएशनच्या (डीएसटीए) काल झालेल्या वार्षिक परिषदेत, स्प्रे इंजिनिअरिंग डिव्हायसेस लिमिटेडचे (एसईडीएल) व्यवस्थापकीय संचालक श्री. विवेक वर्मा यांनी विमर्श वर्मा यांच्यासोबत लिहिलेल्या एका अत्याधुनिक शोधनिबंधावर प्रभावी सादरीकरण केले. “दुसऱ्या पिढीतील इथेनॉल (२-जी) आणि शाश्वत विमान इंधनासाठी पुढील पिढीचे बायोमास शुद्धीकरण: भारताच्या जैव-अर्थव्यवस्थेसाठी एक वृद्धीयोग्य मार्ग” या शीर्षकाच्या या शोधनिबंधात, उसाची चिपाडे (बगॅस) आणि इतर अखाद्य बायोमासचे दुसऱ्या पिढीतील (२-जी) इथेनॉल आणि शाश्वत विमान इंधनामध्ये (Sustainable Aviation Fuel – SAF) रूपांतर करण्यासाठी डिझाइन केलेली एक अभिनव, इलेक्ट्रोलायझर-एकात्मिक प्रणाली सादर करण्यात आली आहे. हा महत्त्वपूर्ण शोध भारताला ऊर्जा स्वातंत्र्याकडे आणि एका मजबूत वर्तुळाकार जैव-अर्थव्यवस्थेकडे (circular bioeconomy) नेण्याचे आश्वासन देतो.

साखर उद्योगातील नवप्रवर्तक, तंत्रज्ञ आणि धोरणकर्त्यांसाठी एक महत्त्वाचे केंद्र असलेल्या या परिषदेत साखर आणि संबंधित क्षेत्रांमधील शाश्वत प्रगतीवर चर्चा झाली. वर्मा यांच्या शोधनिबंधात एसईडीएलच्या कमी कार्बन उत्सर्जित करणाऱ्या तंत्रज्ञानावर भर देण्यात आला आहे, ज्यामध्ये मेकॅनिकल व्हेपर रिकम्प्रेशन (MVR), वाफ-मुक्त पायरॉलिसिस आणि विद्युत-उष्णतेवर चालणारे गॅसिफिकेशन यांचा समावेश आहे. यातून अपवादात्मक कार्यक्षमता आणि जवळपास संपूर्ण कार्बनचा वापर साध्य होतो. हे तंत्रज्ञान भारताच्या प्रचंड बायोमास उपलब्धतेचा फायदा घेते – कृषी, वनीकरण आणि शहरी कचऱ्यातून दरवर्षी सुमारे ९९० दशलक्ष मेट्रिक टन (MMT) बायोमास निर्माण होतो, ज्यामध्ये उसाच्या चिपाडांसारखे अवशेष हे एक प्रमुख संसाधन आहे.

एमएनआरईच्या (MNRE) २०२२-२३ च्या अहवालानुसार, १.४०७ अब्जाहून अधिक लोकसंख्या आणि वार्षिक ३,००० तासांपेक्षा जास्त सौरप्रकाश असलेली भारत ही एक आघाडीची उदयोन्मुख अर्थव्यवस्था आहे, जिथे दरवर्षी ४३० दशलक्ष मेट्रिक टन उसाचे उत्पादन होते. या पिकातून साखर, गूळ, मळी आणि प्रेसमड यांसारख्या अनेक मूल्य साखळ्या (value chains) चालतात. मात्र, रस काढल्यानंतर उरलेला लिग्नोसेल्युलोसिक अवशेष – म्हणजेच बगॅस – ऐतिहासिकदृष्ट्या कमी वापरला गेला आहे, जो अनेकदा अकार्यक्षमतेने जाळला जातो किंवा वाया जातो. एसईडीएलचा दृष्टिकोन याला एका अक्षय ऊर्जा स्त्रोताच्या रूपात पुनर्परिभाषित करतो, जो अन्न सुरक्षेला अबाधित ठेवण्यासाठी अखाद्य बायोमासवर लक्ष केंद्रित करतो.

भारतीय बायोमासचे वर्गीकरण खाद्य-आधारित (उदा. तृणधान्ये, फळे) आणि अखाद्य-आधारित (उदा. देठ, भुसा, बगॅस, शहरी कचरा) असे केले जाते. बगॅसमध्ये ४०-४५% सेल्युलोज, २५-३५% हेमिसेल्युलोज आणि २०-२५% लिग्निन असल्याने त्यात जैवइंधन निर्मितीची प्रचंड क्षमता आहे.

कोरड्या बगॅसपासून प्रति टन ४,८००-५,००० kWh ऊर्जा मिळते आणि त्याचे उष्मांक मूल्य (calorific value) १७-१९ MJ/kg आहे – जे शहरी घनकचरा (MSW) (८-१० MJ/kg) किंवा शेण (९-१० MJ/kg) पेक्षा खूपच जास्त आहे.

एसईडीएलची बहु-मार्गी प्रणाली वर्तुळाकार तत्त्वांशी सुसंगत असून, कार्बनच्या अणूंचा जास्तीत जास्त वापर करते. २-जी इथेनॉलसाठी, यात एमव्हीआर ड्रायिंग, बायोचार आणि अस्थिर घटकांसाठी पायरॉलिसिस, सिनगॅस (CO + H₂) निर्मितीसाठी इलेक्ट्रिकल गॅसिफिकेशन, सूक्ष्मजैविक किण्वन (fermentation) आणि ऊर्ध्वपातन (distillation) यांचा समावेश आहे. कार्यक्षमतेच्या आकडेवारीनुसार, हायड्रोजन (H₂) आणि कार्बन मोनॉक्साईड (CO) यांचे प्रमाण उत्पादनावर परिणाम करते:

२:१ गुणोत्तर: १००% कार्बन,
८०% ऊर्जा कार्यक्षमता.
६:० पर्यंत (CO₂ हायड्रोजनेशन):
१००% कार्बन, ८४% ऊर्जा कार्यक्षमता.

एसएएफसाठी, या प्रक्रियेत कमी-ऊर्जेचे ड्रायिंग, गॅसिफिकेशन, फिशर-ट्रॉप्स संश्लेषण, हायड्रोक्रॅकिंग आणि स्वच्छ जेट इंधन मिळवण्यासाठी अपग्रेडिंग यांचा समावेश आहे. यामुळे थेट ज्वलनाऐवजी प्रगत मूल्यवर्धनाकडे वाटचाल होते, ज्यामुळे आर्थिकता वाढते आणि उत्सर्जन कमी होते [५]. हे तंत्रज्ञान ग्रामीण विकास, हरित हायड्रोजन आणि विकेंद्रीकृत जैव-शुद्धीकरण प्रकल्पांना (bio-refineries) समर्थन देते, जे बायोप्लास्टिक्स, जैव-खते आणि रसायने तयार करू शकतात.

हा शोधनिबंध एमएनआरईच्या बायोमास ऊर्जा आणि सह-ऊर्जा निर्मिती कार्यक्रमासारख्या (२०२३) धोरणांशी सुसंगत आहे. उपस्थितांनी या तंत्रज्ञानाच्या मापनीयतेचे (scalability) आणि एमव्हीआर-लाइट (MVR-Lite) एकीकरणाचे कौतुक केले, जी एक कॉम्पॅक्ट, स्वयंचलित बाष्पीभवन प्रणाली आहे, ज्यामुळे बॉयलर आणि टॉवर्सची गरज नाहीशी होते.

माझ्या मते, हे एसईडीएलचे तंत्रज्ञान साखर उद्योगासाठी एक परिवर्तनकारी वरदान आहे, जो नेहमीच साखरेच्या दरातील चढ-उतार, हंगामी कामकाज आणि कठोर पर्यावरणीय नियमांचा सामना करत असतो. बगॅसचे १००% मूल्यवर्धन करून उच्च-मूल्याच्या २-जी इथेनॉल आणि एसएएफमध्ये रूपांतर केल्याने, साखर कारखान्यांना पारंपरिक साखरेच्या पलीकडे जाऊन महसुलाचे स्रोत वैविध्यपूर्ण करता येतील आणि अन्न स्पर्धेत न येणाऱ्या जैवइंधनाच्या बाजारपेठेत प्रवेश करता येईल. यामुळे नफ्यात लक्षणीय वाढ होऊ शकते, कारण प्रगत रूपांतरणाने १००% पर्यंत कार्बन कार्यक्षमता साधता येते.

कार्यान्वयन स्तरावर, एमव्हीआर-लाइट आणि इलेक्ट्रोलायझिस-एकात्मिक प्रक्रिया, त्यांच्या क्लोज्ड-लूप आणि शून्य-जीवाश्म-इंधन रचनेमुळे ऊर्जा खर्चात ७०-८०% पर्यंत कपात करू शकतात, ज्यामुळे उत्सर्जन-मुक्त कामकाज शक्य होते. हे भारताचे २०% इथेनॉल मिश्रणाचे (E20) उद्दिष्ट साध्य करण्यासाठी थेट समर्थन करते आणि अखाद्य कच्चा माल वापरून हे महत्त्वाकांक्षी उद्दिष्ट पूर्ण करण्यासाठी एक महत्त्वाचा मार्ग प्रदान करते.

ग्रामीण भागात, जिथे साखर कारखाने आर्थिक आधारस्तंभ आहेत, तिथे हे तंत्रज्ञान जैव-शुद्धीकरण क्षेत्रात रोजगार निर्माण करते आणि कृषी शाश्वततेला प्रोत्साहन देते. अंतिमतः, हे तंत्रज्ञान साखर कारखान्यांना बहुपयोगी जैव-आर्थिक केंद्र (versatile bioeconomic hubs) म्हणून पुनर्परिभाषित करते, ज्यामुळे बाजारातील चढ-उतारांविरुद्ध त्यांची लवचिकता वाढते आणि भारतीय उत्पादकांना वर्तुळाकार उत्पादनात जागतिक नेतृत्व म्हणून स्थापित करते.