કપાસ અને દરિયાના પાણીથી બનનારી એવી બૅટરી જે વર્ષ 2025 પછી ફોનમાં વાપરી શકાશે
ઇમેજ સ્રોત, Getty Images
- લેેખક, ક્રિસ બરાનિયુક
- પદ, બીબીસી ફ્યુચર
બૅટરી માટે જરૂરી લિથિયમ અને અન્ય ખનીજોના ખનનથી પર્યાવરણને માઠી અસર થઈ રહી છે, પરંતુ તેની વૈકલ્પિક સામગ્રી આપણી ચારે તરફ પુષ્કળ પ્રમાણમાં ઉપલબ્ધ છે.
બૅટરીખતમ થઈ ગઈ છે, પરંતુ દેશના રસ્તા પર એક એટીએમ અટક્યા વિના ચલણી નોટો આપી રહ્યું છે. તે અમુક અંશે બળેલા કપાસને આભારી છે. આવા મશીનમાં એક બૅકઅપ બૅટરીહોય છે, એક એવી બૅટરીજેમાં સાવધાનીપૂર્વક બાળવામાં આવેલા કપાસનો કાર્બન હોય છે.
જાપાની બૅટરીઉત્પાદક કંપની પીજેઈ આઈના ચીફ ઇન્ટેલિજન્સ ઓફિસર ઈંકેત્સુ ઓકિના કહે છે, “ઈમાનદારીથી કહું તો આ એક ગુપ્ત પ્રક્રિયા છે.” તેઓ મજાક પણ નથી કરતા. તેઓ કહે છે, “તાપમાન અને વાતાવરણ બંને ગુપ્ત છે. દબાણની વિગત પણ ગુપ્ત છે.”
ઓકિનાના કહેવા મુજબ, 3,000 ડિગ્રી સેન્ટિગ્રેડ (5,432 ફેરનહાઇટ)થી ઉપર ઉચ્ચ તાપમાન જરૂરી છે અને એક કિલો કપાસમાંથી 200 ગ્રામ કાર્બન મળે છે. દરેક બૅટરીસેલ માટે માત્ર બે ગ્રામ કાર્બન જરૂરી હોય છે. તેમની કંપનીએ 2017માં કપાસનું એક શિપમૅન્ટ ખરીદ્યું હતું અને હજુ સુધી એ તમામ જથ્થાનો ઉપયોગ થયો નથી.
જાપાનની ફુકુઓકા યુનિવર્સિટીના સંશોધકો સાથે મળીને કંપનીએ વિકસાવેલી બૅટરીઓમાં એનૉડ માટે કાર્બનનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. એનૉડ બે ઈલેક્ટ્રૉડ્સ પૈકીનું એક છે. તેની વચ્ચે બૅટરીમાં આયન-ચાર્જ્ડ પાર્ટિકલ્સનો પ્રવાહ હોય છે. બૅટરીચાર્જ થતી હોય છે ત્યારે આયન એક દિશામાં આગળ વધતાં હોય છે અને એ કોઈ ઉપકરણમાં ઊર્જા છોડે છે ત્યારે બીજી દિશામાં આગળ વધે છે. મોટાભાગની બૅટરીઓમાં એનૉડ તરીકે ગ્રૅફાઇટનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, પરંતુ પીજેપી આઈની દલીલ છે કે તેમનો અભિગમ વધુ ટકાઉ છે, કારણ કે કાપડ ઉદ્યોગના નકામા કપાસનો ઉપયોગ કરીને એનૉડ બનાવી શકાય છે.
ઈલેક્ટ્રિક વાહનો અને મોટી ઍનર્જી સ્ટોરેજ સિસ્ટમ્સના ઉદયને પગલે આગામી વર્ષોમાં બૅટરીની જંગી માગ સર્જાશે એવી આશા સાથે કેટલાક સંશોધકો અને ઉદ્યોગગૃહો આજે સર્વસામાન્ય બની ગયેલી લિથિયમ આયન અને ગ્રૅફાઇટ બૅટરીના સંભવિત વિકલ્પો જોશભેર વિકસાવી રહ્યાં છે. પીજેપી આઈની જેમ તેઓ પણ દલીલ કરે છે કે બૅટરીના ઉત્પાદન માટે આપણે વધુ ટકાઉ અને વ્યાપકપણે ઉપલબ્ધ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરી શકીએ.
ઇમેજ સ્રોત, Getty Images
લિથિયમ માઇનિંગની પર્યાવરણ પર માઠી અસર થઈ શકે છે. ધાતુને બહાર કાઢવા માટે મોટા પ્રમાણમાં પાણી તથા ઊર્જાની જરૂર પડે છે. આ પ્રક્રિયા સંબંધિત વિસ્તારને નુકસાન કરી શકે છે. જમીનમાંથી કાઢવામાં આવેલું લિથિયમ ઘણીવાર દૂરના અંતરે મોકલવામાં આવે છે અને ત્યાંથી તેને ચીન જેવા દેશોમાં શુદ્ધ કરવામાં આવે છે. ગ્રૅફાઇટ પણ અશ્મિભૂત ઈંધણમાંથી ખનન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે અથવા બનાવવામાં આવે છે. તેની પણ પર્યાવરણ પર માઠી અસર થતી હોય છે.
એસએન્ડપી ગ્લોબલ કોમોડિટી ઇનસાઈટ્સના વિશ્લેષક સેમ વિલ્કિન્સન કહે છે, “બૅટરીનું મટીરિયલ ખાણકામ તથા પરિવહનની પ્રક્રિયામાંથી પસાર થાય છે અને તેનાથી કાર્બન ફૂટપ્રિન્ટમાં કેટલો ઉમેરો થાય તેની કલ્પના કરવી આસાન છે.”
End of સૌથી વધારે વંચાયેલા સમાચાર
તમારા કામની સ્ટોરીઓ અને મહત્ત્વના સમાચારો હવે સીધા જ તમારા મોબાઇલમાં વૉટ્સઍપમાંથી વાંચો
વૉટ્સઍપ ચેનલ સાથે જોડાવ
Whatsapp કન્ટેન્ટ પૂર્ણ
બીજું ઉદાહરણ સમજીએ. કોબાલ્ટનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે લિથિયમ-આયન બૅટરીઓ માટે થાય છે. કોબાલ્ટનું ખનન મુખ્યત્વે ડેમોક્રેટિક રિપબ્લિક ઓફ કોંગોમાંથી કરવામાં આવે છે, પરંતુ ત્યાં ખતરનાક પરિસ્થિતિમાં કામ થતું હોવાના અહેવાલ છે.
દરિયાના પાણીથી માંડીને જૈવ કચરો અને કુદરતી રંગદ્રવ્યો સુધી, પ્રકૃતિમાં સંભવિત વિકલ્પોની યાદી લાંબી છે, જે વ્યાપકપણે ઉપલબ્ધ છે. ગેજેટ્સથી ભરપૂર આપણી દુનિયામાં બૅટરીઓ અનિવાર્ય જણાય છે ત્યારે ઉપરના પૈકીની એકેય સામગ્રી માર્કેટમાં ઉપલબ્ધ બૅટરીઓ સામે વાસ્તવિક રીતે સ્પર્ધા કરી શકે એ પુરવાર કરવાનું મુશ્કેલ છે.
બૅટરીની કામગીરીમાં સુધારો કરવા ઉપરાંત બૅટરીને પર્યાવરણ-અનુકૂળ બનાવવાની સંભાવના પણ પીજેપી આઈ ચકાસી રહી છે. હાલની લિથિયમ બૅટરી કરતાં 10 ગણી વધુ ઝડપે ચાર્જ થઈ શકતી તેમની કેમ્બ્રિયન સિંગલ કાર્બન બૅટરીમાં એનૉડનું રસાયણ કેવી રીતે કામ કરે છે તે સમજાવતા ઓકિના કહે છે, “કાર્બનમાં ગ્રૅફાઇટ કરતાં મોટો સરફેસ એરિયા છે.”
બૅટરીનો કેથૉડ બેઝ મેટલથી બનાવવામાં આવ્યો છે. જોકે, તાંબુ, સીસું, નિકલ અને ઝિંક સહિતની કઈ ધાતુ લિથિયમ જેવી ક્ષારીય ધાતુની તુલનામાં વધારે આસાનીથી અને ઓછી રિએક્ટિવ થતી હોય છે, તે ઓકિના સ્પષ્ટ જણાવતા નથી. કંપની ડ્યુઅલ કાર્બન ઈલેક્ટ્રૉડ બૅટરી બનાવવાની દિશામાં કામ કરતી હોવાનો દાવો કરે છે. તેમાં બન્ને ઇલેક્ટ્રૉડ પ્લાન્ટ આધારિત કાર્બનમાંથી બનેલા હોય છે. આ ટેકનૉલૉજી ક્યુશુ યુનિવર્સિટીના સંશોધકોના સંશોધન પર આધારિત છે. જોકે, 2025 પહેલાં આ બૅટરી ઉપલબ્ધ થવાની શક્યતા નથી.
ઝડપથી ચાર્જ થઈ શકે તેવી બૅટરીનું કૅશ મશીન માટે ખાસ મહત્ત્વ હોતું નથી, પરંતુ ઈલેક્ટ્રિક વાહનના સંદર્ભમાં તે મહત્ત્વની છે. તેમણે જણાવ્યું હતું કે ગોકિયા નામની ચીની કંપનીએ જાપાનની હિટાચી સાથે મળીને એક ઈ-બાઈક વિકસાવી છે, જેમાં પીજેપી આઈ બૅટરીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. તેને 2023ના પ્રારંભમાં જાપાનમાં વેચાણ માટે રજૂ કરવામાં આવશે. આ વાહનની અધિકતમ સ્પીડ પ્રતિ કલાક 50 કિલોમીટરની છે અને એક વખત બૅટરીચાર્જ કર્યા પછી તેમાં 70 કિલોમીટર પ્રવાસ કરી શકાય છે.
નકામા બાયોમટીરિયલ્સનો ઉપયોગ કરતી હોય તેવી આ એકમાત્ર બૅટરી નથી. ફિનલૅન્ડની સ્ટોરા એનસોએ એક બૅટરી એનૉડ વિકસાવ્યો છે, જે વૃક્ષોમાંથી મળી આવતા બાઈન્ડિંગ પૉલિમર લિગ્નિનમાંના કાર્બનનો ઉપયોગ કરે છે.
કેટલાક સંશોધકોના જણાવ્યા અનુસાર, ઈલેક્ટ્રોલાઈટના સ્થાને કપાસનો ઉપયોગ પણ કરી શકાય છે, જે કેથૉડ અને એનૉડ વચ્ચે આયનોના પ્રવાહને સુવિધાજનક બનાવે છે. તેનાથી હાલ ઉપલબ્ધ બૅટરીની સરખામણીએ વધારે સ્થિર, નક્કર બૅટરી બનાવી શકાય છે.
કેટલાકને પ્રકૃતિમાં ઊર્જાના જંગી, અખૂટ સ્રોતો દેખાય છે. જર્મનીની હેલ્મહોલ્ટ્ઝ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઉલ્મના ડેપ્યુટી ડિરેક્ટર સ્ટેફાનો પરેરિની એવી દલીલ કરે છે કે વિશ્વના વિશાળ મહાસાગરો બૅટરીમાટેની સામગ્રીના “વ્યાવહારિક રીતે અમર્યાદ” ભંડારના પ્રતિનિધિ છે.
મે, 2022માં પ્રકાશિત એક શોધપત્રમાં તેમણે અને તેમના સહકર્મીઓએ મેટલ સોડિયમ સ્ટોર કરવા દરિયાના પાણીમાંથી સોડિયમ આયનોને સ્થાનાંતરિત કરતી બૅટરીની તેમની ડિઝાઈનનું વર્ણન કર્યું હતું. આ માટે તેમની ટીમે એક ખાસ પૉલિમર ઈલેક્ટ્રોલાઈટ ડિઝાઈન કરી હતી, જેના દ્વારા સોડિયમ આયનો પસાર થઈ શકે.
દરિયાનું પાણી અહીં કેથૉડ અથવા પોઝિટિવલી ચાર્જર્ડ ઇલેક્ટ્રૉડ તરીકે કામ કરે છે, પરંતુ તેમાં કોઈ એનૉડ નથી, કારણ કે સોડિયમ નેગેટિવ ચાર્જ થતું નથી. તે પ્રાકૃતિક સ્વરૂપમાં એકઠું થાય છે. પેસેરિનીના કહેવા મુજબ, વધારાની વાયુ અથવા સૌર ઊર્જાનો ઉપયોગ સોડિયમ એકત્ર કરવા માટે થઈ શકે.
ધાતુ સમુદ્રમાં પરત કેવી રીતે કરવામાં આવશે તે સમજાવતાં તેઓ કહે છે, “તમને ઊર્જાની જરૂર હોય ત્યારે તમે પ્રક્રિયાને ઉલટાવી શકો છો અને વીજળી ઉત્પન્ન કરી શકો છો.”
જોકે, તેમાં કેટલાક પડકારો પણ છે. હળવાશથી કહીએ તો લિથિયમની જેમ સોડિયમ પાણીના સંપર્કમાં આવે ત્યારે ઉત્સાહપૂર્વક પ્રતિક્રિયા આપે છે. પેસેરિની કહે છે તેમ, “તેમાં વિસ્ફોટ થાય છે.” તેથી સોડિયમ સ્ટોરમાંથી દરિયાઈ પાણી લીક ન થાય તે સુનિશ્ચિત કરવું જરૂરી છે. અન્યથા આપત્તિ સર્જાઈ શકે છે.
તેથી કેટલાક સંશોધકો કેથૉડ્સના સલામત વિકલ્પ તરીકે, આપણાં હાડકાં અને દાંતમાં કુદરતી રીતે ઉપલબ્ધ કૅલ્શિયમ જેવી સામગ્રી શોધી રહ્યા છે. તેનું સંયોજન સિલિકોન સાથે કરી શકાય, જે ભવિષ્યની બૅટરીમાં કેલ્શિયમ આયનોના પરિવહનમાં મદદરૂપ થશે.
ઇમેજ સ્રોત, Getty Images
ભવિષ્યમાં બૅટરી માટે ઉપયોગી બની શકે તેવી સામગ્રીની યાદી વધુને વધુ લાંબી થતી જાય છે. ન્યૂયોર્કની સિટી યુનિવર્સિટીમાં જ્યોર્જ જ્હોન અને તેમના સહકર્મીઓ ક્વિનોન્સ, છોડ અને અન્ય સજીવોમાં જોવા મળતા જૈવિક રંગદ્રવ્યો બેટરીમાં ઈલેક્ટ્રૉડ્ઝ તરીકે કેવી રીતે કામ કરી શકે તેનું સંશોધન લાંબા સમયથી કરી રહ્યા છે. મેંદીમાંથી પ્રાપ્ત કરેલા મોલેક્યુલ્સમાં તેમને આશાસ્પદ પરિણામ મળ્યું છે.
જ્હોન કહે છે, “આ અમારું સપનું છે. અમે ટકાઉ બૅટરીબનાવવા માગીએ છીએ.”
તેમાંના એક અવરોધની વાત કરતાં તેઓ જણાવે છે કે કુદરતી મેંદીમાં મોલેક્યુલ્સ ખૂબ જ દ્રાવ્ય હોય છે. તેનો કેથૉડ તરીકે ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે તે પ્રવાહી ઈલેક્ટ્રૉલાઈટમાં ધીમે ધીમે ઓગળી જાય છે, પરંતુ મેંદીના ચાર મોલેક્યુલ્સનું સંયોજન કરી અને તેમાં લિથિયમ ઉમેરીને વધુ મજબૂત ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચર સાથેનુ રિસાયકલ કરી શકાય તેવું મટીરિયલ બનાવી શક્યા છે.
“તેનું કારણ એ છે કે તેમાં સ્ફટિકીયતા વધે છે અને દ્રાવ્યતા ઘટે છે,” એમ તેઓ કહે છે.
જહોન ઉમેરે છે કે તેઓ અને તેમના સાથીદારો જે બૅટરીની ડિઝાઈન પર કામ કરી રહ્યા છે તેમાં ઈલેક્ટ્રિક વાહનોને ઊર્જા આપવાની ઊંચી ક્ષમતા ન હોય તે શક્ય છે, પરંતુ તેનો ઉપયોગ ડાયાબિટીસના દર્દીઓમાં બ્લડ સુગરનું પ્રમાણ માપતી નાનકડી, વેરેબલ ડિવાઈસ કે અન્ય બાયોમાર્કર્સ તરીકે કરી શકાશે.
અન્ય સંશોધકો મકાઈના કચરા અને તરબૂચના બીજના કોચલા જેવી વૈવિધ્યસભર સામગ્રી વડે બૅટરીમાં ઉપયોગ માટે નવા પ્રકારના ઈલેક્ટ્રોડ બનાવવાની દિશામાં કામ કરી રહ્યા છે. તેમાં મોટો પડકાર બૅટરીઉદ્યોગની સતત વધતી માગને સંતોષી શકે તેટલા જંગી પ્રમાણમાં તેનું ઉત્પાદન કરવાનો હોઈ શકે છે.
બેટરીની વૈકલ્પિક સામગ્રી માટે કોઈ પણ પડકાર કાયમ અસાધારણ અપેક્ષિત માગને પહોંચી વળવાના સંદર્ભમાં હોય છે. આજની લિથિયમ અને ગ્રૅફાઇટ આધારિત બૅટરીની જ વાત કરો. જો આપણે તેનો ઉપયોગ કરવાનું ચાલુ રાખીશું તો ઝડપભેર વિકસી રહેલા બૅટરીઉદ્યોગની માગને સંતોષવા માટે, હાલના 700 કિલોટનની તુલનાએ 2030 સુધીમાં વાર્ષિક બે મેગાટન ગ્રૅફાઇટનું ઉત્પાદન કરવું પડશે, એવો વુડ મેકેન્ઝીના વિશ્લેષક મેક્સ રીડનનો અંદાજ છે.
તેઓ કહે છે, “આ તો ખરેખર ત્રણ ગણો વધારો છે. કોઈ પણ નવા મટીરિયલ માટે એ સ્તરે પહોંચવું અવિશ્વસનીય રીતે મુશ્કેલ હશે.”
કેલિફોર્નિયા સ્થિત બૅટરીવિજ્ઞાની અને હાલ સ્વતંત્ર સલાહકાર તરીકે કામ કરતા એન્જિનિયર જીલ પેસ્તાના નોંધે છે કે ઉત્પાદન પ્રક્રિયાને ગ્રૅફાઇટથી દૂર સ્થાનાંતરિત કરવાનું બહુ મોંઘું બનશે અને તે શક્યતઃ એક મોટું વ્યાવસાયિક જોખમ પણ હશે.
કાર્બન એનૉડ માટે બાયોવેસ્ટના ઉપયોગ બાબતે તેમને શંકા છે, કારણ કે આવા કચરાના સ્રોત કાયમ પર્યાવરણને અનુકૂળ હોતા નથી.
બીજી બાજુ, પોતે જે વસ્તુ ખરીદે છે તેના ટકાઉપણાની ખરેખર દરકાર કરતા ગ્રાહકો હોય તેવી માર્કેટમાં યોગ્ય રીતે મેળવવામાં આવેલા બૅટરીના વૈકલ્પિક મટીરિયલ માટે વધારે સારી તક હોઈ શકે. પછી ભલે બૅટરીબાયોવેસ્ટમાંથી મેળવવામાં આવેલા કાર્બનમાંથી બનાવવામાં આવી હોય કે અન્ય કોઈ સંભવિત વધુ ટકાઉ પદાર્થમાંથી બનાવવામાં આવી હોય. જિલ પેસ્તાના કહે છે, “આ પ્રયાસને આગળ વધારવામાં લોકો મોટી ભૂમિકા ભજવી શકે છે.”
