“કૃષિ કચરામાંથી ઉત્પન્ન કરો ઉર્જા અને મેળવો વધારાની આવક”

પરિચય

દેશના મોટાભાગના લોકો કૃષિ જોડે સંકળાયેલા છે. દેશમાં જુદી જુદી આબોહવાને લીધે વિવિધ પાકોનું વાવેતર થાય છે. જેના  પરિણામે મોટા પ્રમાણમાં કૃષિ કચરો મળે છે જે ઉર્જા ઉત્પાદન, માટેનો આશાસ્પદ સ્ત્રોત છે. ઉપલબ્ધ કૃષિ અવશેષોને ખેતરોને સાફ કરવા માટે ખુલ્લામાં બાળી નાખવામાં આવે છે. મુખ્ય પાકોના ૧ ટન ઉત્પાદન સામે સરેરાશ રીતે ૧.૫ ટન પાક ના અવશેષો (કૃષિ કચરો) મળે છે. વનસ્પતિજન્ય કાર્બોદિત પેદાશો કે જેને બાયોમાસ કહેવામાં આવે તે સતત સૂર્યમાંથી ઉર્જા મેળવી પોતાનામાં સંચિત  કરે છે આવો બાયોમાસ ઉર્જાનો મહત્વનો પ્રશ્ન ઉકેલી શકે તેવી શકિત ધરાવે છે વનસ્પતિજન્ય પેદાશો–ઉપપેદાશોને તેજ સ્વરૂપમાં કે તેના મૂળભૂત સ્વરૂપમાં પ્રક્રિયા દ્વારા ફેરફાર કરી તેમાંથી વિવિધ સ્વરૂપમાં ઉર્જા મેળવી તેનો પરંપરાગત ઉર્જાના સ્થાને ઉપયોગ કરી ઉર્જાની બચત કરી શકાય છે. વળી આવા કચરાના નિકાલનો પણ ખુબ જ પેચીદો પ્રશ્ન છે જે પર્યાવરણને અસરકર્તા છે. તેથી જો આ બાયોમાસને ઉર્જામાં પરિવર્તિત કરવામાં આવે તો તેના સલામતપૂર્વકના નીકાલનો પ્રશ્ન પણ ઉકેલાય તેમ છે.          

બાયોમાસનું ઉર્જામાં પરિવર્તન કરવાની વિવિધ પધ્ધતિઓ

બાયોમાસને ઉર્જામાં પરિવર્તન કરવા વિવિધ પધ્ધતિઓ અપનાવવામાં આવે છે જે નીચે મુજબ છે.

૧. બાયોકેમીકલ

ર. કેમીકલ

૩. થર્મલ અને થર્મોકેમીકલ

૪. બ્રીકેટીંગ

૧. બાયોકેમીકલ

                સેન્દ્રિય કચરાને અવાત પરિસ્થિતિમાં કહોડાવવાથી સળગી શકે તેવા મિશ્રવાયુ પેદા થાય છે જેને બાયોગેસ કહે છે. આ ગેસમાં મુખ્યત્વે મિથેન અને કાર્બન ડાયોકસાઈડ તથા અલ્પ પ્રમાણમાં હાઈડ્રોજન સલ્ફાઈડ અને હાઈડ્રોજન જેવા વાયુઓ હોય છે. સામાન્ય રીતે બાયોગેસમાં પ૦ થી ૭૦ ટકા મિથેન અને ૩૦ થી ૪પ ટકા કાર્બન ડાયોકસાઈડ અને કેટલાક અલ્પવાયુઓ હોય છે આ ગેસ બળી શકે છે અને તેની કેલોરીફીક વેલ્યુ (ગરમી આપવાની શકિત ) લગભગ રપ મેગા જુલ્સ પ્રતિ ઘન  મીટર હોય છે. બાયોગેસનું ઉત્પાદન જીવાણુંઓ દ્વારા થતી અગત્યની રૂપાંતરની પ્રક્રિયા છે. તેમાં પ્રાણવાયુની ગેરહાજરીમાં મિથેન અને કાર્બન ડાયોકસાઈડ બને છે. જેને બાયોગેસ કહે છે. ગેસ પેદા થયા પછી ગળતિયુ ખાતર રબડીરૂપે બને છે. આવાત પાચનક્રિયા ત્રણ તબકકામાં થાય છે જે નીચે મુજબ છે.

૧. જલ વિશ્લેષણ

ર. તેજાબ સંયોજન

૩. મીથેનવાયુ સંયોજન

૧. જલ વિશ્લેષણ:– આ તબકકામાં કેટલાંક સુક્ષ્મ  જીવાણુઓ પ્રાણવાયુની હાજરી કે ગેરહાજરીમાં સેન્દ્રીય કચરાના ઓગળી ન શકે તેવા સંકીર્ણ સંયોજનોને ઓગળી શકે તેવા સાદા સંયોજનો ફેરવી નાખે છે. આવા સંકીર્ણમાનો પ્રોટીન પેપટાઈડ અથવા એમીનો એસીડ અને ચરબીને  ગ્લીસેરોલ અન ફેટી એસીડમાં પરીવર્તિત થાય છે.

ર. તેજાબ સંયોજન:– આ દરમ્યાન પ્રોપીઓનેટ, ફેટી એસીડ, એમીનો એસીડ વગેરેનું પ્રાણવાયુ વડે હાઈડ્રોજન અને સાદા સેન્દ્રીય એસીડોમાં રૂપાંતર થાય છે.

૩. મીથેનવાયુ સંયોજન:– આ દરમ્યાન બીજા તબકકા દરમ્યાન ઉત્પન્ન થયેલ સંદ્રીત એસીડ જેવા કે એસીટીક એસીડ, ફોરમીક એસીડ તથા હાઈડ્રોજન અને કાર્બન ડાયોકસાઈડનું મીથેનોજેનીક બેકટેરીયા વડે મીથેન અને કાર્બન ડાયોકસાઈડમાં રૂપાંતર થાય છે.

બાયોગેસ પ્લાન્ટ:–

                બાયોગેસ પ્લાન્ટ ઢોરના છાણથી કે ખેત –કચરા (બાયોમાસ) અથવા તો બંનેનો સંયુકત મીશ્રણથી ચાલી શકે તેવા હોય છે. જુદી જુદી સંસ્થા દ્વારા જુદા જુદા ડીઝાઈનનાં બાયોગેસ પ્લાન્ટ બનાવવામાં આવ્યા છે. પરંતુ દરેક પ્લાન્ટની અંદર નીચેનાં મુળભુત ભાગોસરખા રહે છે.

અ) કચરા કુંડી:– સેન્દ્રીય કચરો નાખવા માટેની આ કુંડી તળીયેથી પાઈપ દ્વારા પાચનકુવા સાથે જોડાયેલ હોય છે. આ કુંડીમાં કચરો અને પાણીને યોગ્ય પ્રમાણમાં મીશ્રણ કરી નાખવામાં આવે છે. જો કચરો હલકો હોય તો યોગ્ય સાધનથી દબાણયુકત પાચનકુવામાં ધકેલવામાં આવે છે.

બ) પાચન કુવો:- આ ગોળ કે ચોરસ બંધ કુંડી જમીન પર ચણતર કરી કે જમીનમાં ખાડો ખોદી બાંધવામાં આવે છે. પાચનકુવાના કદનો આધાર તેમાં નાખવામાં આવતા કચરાના જથ્થો સડાવવાના દિવસ પરથી નકકી કરાય છે. સડાવવાની પ્રક્રિયાને આધારે એક કે વધુ ખાના હોય છે.તેમાં કચરાની આવક તથા રબડીની જાવક માટે ભુંગળાની વ્યવસ્થા કરવામાં આવે છે.

ક) ગેસ ટાંકી:– પાચન કુવામાં પેદા થયેલ ગેસનો સંગ્રહ ગેસ ટાંકીમાં થાય છે. તે ઉંધા ઘુમ્મટ આકારની અને લોખંડ કે ઉંચી જાતના પ્લાસ્ટીકમાંથી બનાવેલ હોય છે. તરતી ગેસ ટાંકી તરતી ગેસ ટાંકી પાચનકુવામાં ચણતર કરેલ સેન્ટ્રલ ગાઈડ પર ગેસના દબાણ મુજબ ઉપર કે નીચે સરકે છે. ગેસમાંથી ગેસ ઉપરના ભાગે મુકેલ નળ દ્વારા બહાર  કઢાય છે.

(ડ) નિકાલ વ્યવસ્થા:– સડી ગયેલ કચરો રબડી સ્વરૂપે પાઈપ દ્વારા પાચન કુવામાંથી દબાણ મુજબ બહાર નીકળે છે જે સીધો ખાતરના ખાડામાં પડે છે.

                તદુપરાંત ગેસપ્લાન્ટના પ્રકારના આધારે તેની રચનામાં  સામાન્ય ફેરફાર પણ કરાય છે. જેમ કે ધાબા બંધ પ્લાન્ટમાં ઉપરના ઘુમ્મટ જેવા ભાગમાં જ ગેસ એકઠો થાય છે. ઢોરના છાણ ઉપર ચાલતા પ્લાન્ટમાં દરરોજ છાણ અને પાણીનો સરખા પ્રમાણમાં અથવા તો ગરમીની સીઝન દરમ્યાન પાણીનો ભાગ વધારે રાખી વલોણા દ્વારા બરાબર મીકસ કરી કચરા કુંડી મારફતે નાખવામાં આવે છે. જયારે વનસ્પતીજન્ય કચરા પર ચાલતા પ્લાન્ટમાં કચરાના પ્રકાર મુજબ તેના નાના ટુકડા કરી (આશરે પ થી ૧૦ સે.મી.) અથવા કેટલાક કિસ્સામાં સીધા પાણી સાથે યોગ્ય  પ્રમાણમાં મીકસ કરી સીધા અથવા તો અમુક દિવસ સુધી પાણીમાં જ રાખી સડાવ્યા બાદ પાચનકુવામાં નાખવામાં આવે છે. કચરાના પ્રકાર મુજબ ત્રણ થી ચાર અઠવાડીયા બાદ બાળવાલાયક ગેસ મળવાનો શરૂ થાય છે. જે બાળવાના, એન્જીન ચલાવવામાં વીજળી ઉત્પન્ન કરવા કે ગેસબતી પેટાવવા વગેરેમાં ઉપયોગમાં લઈ શકાય છે.

જુદી જુદી કૃષિ આધારીત પેદાશો–ઉપપેદાશો પર આધારીત બાયોગેસ

૧. કેળના થડીયા અને પાંદડા પર આધારીત બાયોગેસ પ્લાન્ટ.

ર. કીચનવેસ્ટ આધારીત બાયોગેસ પ્લાન્ટ.

૩. કૃષિ આધારીત ઉધોગો જેવા કે કેનીંગ, ડીસ્ટીલરી

કોઠા ર: વિવિધ બાયોમાસમાંથી મળતા બાયોગેસનુ પ્રમાણ

બાયોગેસનાં લાભ

ઘર કુટુંબ માટે સ્વચ્છ અને કાર્યક્ષમ બળતણ જેના છાણા કરતા લગભગ અડધા સમયમાં રાંધી શકાય છે. ધૂમાડા રહિત હોવાથી આરોગ્ય જળવાઈ રહે છે.પાકેલ રબડીમાંથી ચડિયાતું સેન્દ્રિય ખાતર મળી શકે છે. સેન્દ્રિય કચરો, છાણ અને માણસોનો મળ પ્રદુષણ ફેલાવે છે તેને બદલે બાયોગેસ ખાતર પ્લાન્ટ આરોગ્ય અને સ્વચ્છતા બક્ષે છે.પ્લાન્ટનાં બાંધકામ અને આનુષંગિક ઉધોગ દ્વારા રોજગારીની તકો મળે છે.     ગ્રામોધોગ ચલાવવા માટે જરૂરી શકિત પૂરી પાડે છે. ગામડામાં સુખસગવડ વધારી યુવકો માટે ગામડું રહેવાલાયક બનાવે છે. ડીઝલ, કેરોસીન, ખાતર માટે વપરાતી વિદેશી મુદ્રા બચાવે છે. ગામડામાં ઉર્જા પહોંચાડવા માટેનું ખર્ચ અને મોંધી ઉર્જા બચાવે છે. સ્વચ્છ ઉર્જા વપરાતી હોવાથી પ્રદુષણ ફેલાતું અટકાવે છે.

ર. કેમીકલ :–

                 બાયોમાસ પર વિવિધ રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ કરી તેને બીજા સંયોજનોમાં રૂપાંતરીત કરવામાં આવે છે. જેનો કાગળ,  સીરેમીક, સીમેન્ટ, રંગ અને રસાયણ, દવા તેમજ અન્ય ઉધોગોમાં બહોળો ઉપયોગ થાય છે. લાકડુ કાગળ ઉત્પાદન માટેના સેલ્યુલોઝનું મુખ્ય સ્ત્રોત છે. કાચા લાકડાનું કાગળમાં રૂપાંતર બે તબકકામાં થાય છે. ૧.કાચા લાકડામાંથી માવો બનાવવો. ર. માવાનું કાગળમાં રૂપાંતર. લાકડાના માવાના મુખ્યત્વે ચાર પ્રકાર છે. ૧. મીકેનીકલ ર. સલ્ફાઈટ ૩.સેલ્ફેટ ૪. સોડા માવો. લીસા અને ચીકણા કાગળ બનાવવા કેમીકલ માવો મીકેનીકલ માવો કરતાં ઘણો ચડીયાતો છે.

                માવામાંથી કાગળ બનાવવાની મુખ્યત્વે બે રીત છે. ૧. બીટીંગ ર. રીફાઈનીંગ પેપરમીલમાં કોઈપણ એક અથવા બંને રીતે કાગળ બનાવવામાં આવે છે. સામાન્ય રીતે બિટર જે હોલેન્ડર તરીકે ઓળખાય છે. તેનો ઉપયોગ થાય છે.

ચોખાની ફોતરીમાંથી એમોર્ફોસ સીલીકા અને સીલીકોન બનાવવામાં આવે છે. ભારતમાં દર વર્ષે ૧૭ મીલીયન ટન ચોખાની ફોતરીનું ઉત્પાદન થાય છે. આ ઓછી કિંમતની ઉપપેદાશોનું તેના એબ્રાસીવ ગુણધર્મ, ઓછી ન્યુટ્રેટીવ વેલ્યુ, ઓછી બલ્ક ડેન્સીટી અને ઉંચા એશ ગુણધર્મને લીધે તેના નિકાલની ગંભીર સમસ્યા ભારતમાં તેમજ વિદેશમાં છે. સીલીકાનો ઉપયોગ રીફેકટરીમાં કેટાલીસ્ટ તરીકે ઉપયોગ થાય છે. ઓછા તાપમાને મેટાલોથર્મીક રીડકશન પ્રોસેસથી સિલિકાનું સિલીકાનોમાં  રૂપાંતર થાય છે.

ફરફરલનું ઉત્પાદન કૃષિ ઉપપેદાશ જેવા કે બગાસ, ચોખા, કપાસીયા કે જવની ફોતરીમાંથી થાય છે. ફરફરલનો ઉપયોગ પેટ્રોલીયમ પ્રોડકટમાં સોલવન્ટ તરીકે થાય છે તેમજ આલ્કોહોલ, નાયલોન અને બ્યુટાડીન બનાવવા કાચા માલ તરીકે થાય છે.

૩. થર્મલ અને થર્મોકેમીકલ

ગેસીફાયર એક એવું સાધન છે જેમાં લાકડું, કપાસ તુવેરની સાંઠીઓ, ડાંગરનું ભુસું જેવી કૃષિ  ઉપપેદાશોનું નિયંત્રિત કરેલા હવાના જથ્થામાં દહન થાય છે. આ દહનને પરિણામે બળી શકે તેવા વાયુ ઉત્પન્ન થાય છે જેને પ્રોડયુસર ગેસ કહે છે.

આ ગેસ ઉત્પન્ન કરવાની પ્રક્રિયા ગેસીફાયર તરીકે ઓળખાય છે.

પ્રોડયુસર ગેસ કાર્બન મોનોકસાઈડ, હાઈડ્રોજન, મિથેન તથા અન્ય વાયુઓનું મિશ્રણ છે. તેને શુધ્ધ કરી ઠંડો કર્યા પછી આંતરદહન એન્જીન ચલાવવા માટે પેટ્રોલ કે ડીઝલની સાથે વાપરી શકાય છે.

ગેસી ફાયરના મુખ્ય  ત્રણ વિભાગ  છે.

૧. ગેસ જનરેટર (ગેસ ઉત્પાદક વિભાગ)

ર. કુલીંગ યુનિટ (ગેસ ઠંડો કરનાર વિભાગ)

૩. કલીનીંગ યુનિટ  (ગેસ શુધ્ધિકરણ વિભાગ)

જયારે ગેસીફાયરને ડીઝલ એન્જીન  સાથે જોડવામાં આવે અને ડીઝલ એન્જીનની  ધરી ઉપર પાણી ખેંચવા માટેનો પંપ જોડેલો હોય ત્યારે આ આખા સાધનને ગેસીફાયર એન્જીન  પંપસેટ કહેવામાં આવે છે. ગેસીફાયર દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલો ગેસ ઠંડો અને શુદ્ધ કર્યા પછી એન્જીન ચલાવવામાં વપરાય છે અને તેથી ૬૦ થી ૮૦ ટકા જેટલું ડીઝલ બચે છે. આવા પંપસેટથી પીવાનું પાણી ખેચીં શકાય છે. તેમજ સિંચાઈ પણ કરી શકાય છે. આ ઉપરાંત બર્નર વાપરીને ગરમી ઉત્પન્ન  કરવા માટે અને જનરેટર સેટ સાથે જોડી વીજળી ઉત્પન્ન  કરવા માટે પણ થાય છે.

સામાન્ય રીતે પાંચ હો.પા. ના એન્જીન   પંપસેટ ડીઝલ પર જ ચલાવવામાં આવે તો તે કલાકમાં ૮.૮ લિટર ડીઝલ વાપરે છે. જયારે એન્જીન  સાથે ગેસીફાયર ને જોડવામાં આવે અને ડીઝલ સાથે ગેસ પણ વાપરવામાં આવે તો ૮ કલાક માટે ડીઝલનો વપરાશ ૮.૮ લિટરથી ઘટીને ૩ લિટર જેટલો થઈ જાય છે.

૪. બ્રીકેટીંગ (સફેદ કોલસો)

કૃષિ ઉપપેદાશોનો ચોસલા બનાવી બળતણ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાની રીત અત્યંત સરળ અને આધુનિક છે. જેમાં સૌ પ્રથમ કચરાનું પાવડરમાં રૂપાંતર કરવામાં આવે છે. કચરાની અંદર કૃષિજન્ય સૂકા કચરાનો સમાવેશ થાય છે. ત્યાર બાદ કચરાને એક નળાકારની અંદરથી ખૂબ જ ઉંચા દબાણે પસાર કરવામાં આવે છે. આ વેળાએ ગરમી ઉત્પન્ન  થવાથી કચરાના કણો વચ્ચે પરસ્પર જોડાણ થઈ નકકર પદાર્થમાં રૂપાંતર થાય છે. જેના જોઈતા સાઈઝના  તથા આકારના ચોસલા કે ટૂકડા કરી શકાય છે. આ ચોસલા જેને બ્રીકેટ કહેવામાં આવે છે. આ પ્રકારના પ્લાન્ટ સૌરાષ્ટ્રમાં નાખવામાં આવેલ છે. તેનો ઉપયોગ સીધો બળતણ તરીકે ભઠ્ઠીમાં કે સગડીમાં કરવામાં આવે છે. ખાસ કરીને ચોખાની મીલમાં આવા બ્રીકેટસનો ઉપયોગ મોટા પ્રમાણમાં થાય છે. તદ્રઉપરાંત મગફળીના ફોતરા કે ઘઉં, એરંડા, રાયડાના ડાળખામાંથી પણ આ પ્રકારનો કોલસો બનાવી શકાય છે. વળી આ બ્રીકેટસ પરિવહન  તેમજ સંગ્રહમાં સહેલો છે.

ઘણાં બીન ખાવાલાયક તેલ (દા. ત. એરંડાનું તેલ) અમુક પ્રક્રિયા બાદ બળતણ તરીકે ઉપયોગમાં લેવામાં આવે છે. આવા તેલનો પરંપરાગત તેલની સાથે મિશ્રણ કરી તેના વડે એન્જીન  ચલાવવામાં આવે છે. તદુપરાંત કેટલીક પ્રકારની ઉપપેદાશોનો પણ ઉર્જાના ઉત્પાદન અથવા બળતણ માટે ઉપયોગ થાય છે. જેમ કે

૧. શેરડીના કારખાનામાંથી નીકળતા કુચાની બ્રીકેટસ બનાવી બળતણ તરીકે ઉપયોગ.

ર. શેરડીના કારખાનામાંથી મળતા મોલાસીસનું આલ્કોહોલમાં રૂપાંતર કરી તેમાંથી અમુક પ્રકારની ઉર્જા  મેળવી શકાય છે.

૩.  ડાંગરના પ્રોસેસીંગ દરમ્યાન નીકળતા ભૂસાને   ગેસી ફાયરમાં  નાખી ગેસ મેળવવામાં આવે છે.

૪. એરંડાના તેલમાંથી પ્રક્રિયા કરી તેમાંથી અમુક પ્રકારનો ખોળ કાઢી મીણબત્તી વગેરે બનાવી બળતણ તરીકે ઉપયોગમાં લેવામાં આવે છે.

આ પણ વાંચો:“ બાયોચાર: જમીનની ટકાઉપણું, દૂષણ નિયંત્રણ અને કૃષિ ઉત્પાદન માટેનો કાળો હીરો”

ઉર્વશી આર. પટેલ,ગૌરવ એ. ગઢિયા, પ્રો. યુ.ડી.ડોબરિયા

રિન્યુએબલ એનર્જી એન્જીન્યરીંગ વિભાગ ,

કૃષિ ઇજનેરી અને ટેક્નોલોજી કોલેજ ,

                 જૂનાગઢ કૃષિ યુનિવર્સિટી , જૂનાગઢ

*E-mail: gauravgadhiya95@gmail.com