ऊर्जा और पर्यावरण II: जलविद्युत, ज्वारीय ऊर्जा, महासागर तापीय ऊर्जा रूपांतरण, पवन, भूतापीय और सौर ऊर्जा (संग्राहक, प्रकाश-वोल्टीय और सौर तालाब), जैव-ऊर्जा, और ऊर्जा उपयोग के पर्यावरणीय निहितार्थ — ऊर्जा प्रतिरूप, CO₂ उत्सर्जन, विकिरणी प्रणोदन और बड़े पैमाने पर ऊर्जा दोहन के प्रभाव

यह अध्याय इकाई V पूरी करता है। यह जल, ज्वार, महासागरीय तापमान अंतर, पवन, पृथ्वी की ऊष्मा और सूर्य से विद्युत उत्पादन के सिद्धांत लेता है, सौर संग्राहकों, प्रकाश-वोल्टीय मॉड्यूलों और सौर तालाबों सहित; जैवभार से ऊर्जा उत्पादन की विधियाँ; और ऊर्जा उपयोग के पर्यावरणीय निहितार्थ: भारत और विश्व के ऊर्जा उपयोग प्रतिरूप, विकसित और विकासशील देशों के कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन, विकिरणी प्रणोदन और वैश्विक तापन, और सौर, पवन, जल तथा नाभिकीय ऊर्जा के बड़े पैमाने पर दोहन के प्रभाव। जलविद्युत उत्पादन, महासागर तापीय रूपांतरण पर कार्नो सीमा, पवन शक्ति का घन नियम और कार्बन डाइऑक्साइड का विकिरणी प्रणोदन हल किए गए हैं।

1. जलविद्युत, ज्वारीय ऊर्जा और महासागर तापीय ऊर्जा रूपांतरण

जलविद्युत किसी ऊँचाई से गिरते जल की स्थितिज ऊर्जा को विद्युत में बदलती है: P = η ρ g Q H, जहाँ η समग्र दक्षता (प्रायः 0.8 से 0.9), ρ जल का घनत्व, g गुरुत्वीय त्वरण, Q निस्सरण और H शीर्ष है। Q = 50 m³/s, H = 20 m और η = 0.8 वाला संयंत्र 0.8 × 1000 × 9.81 × 50 × 20 ≈ 7.8 × 10⁶ W, लगभग 7.8 MW, उत्पन्न करता है। भंडारण योजनाएँ एक जलाशय बाँधती हैं और माँग का अनुसरण कर सकती हैं; नदी-प्रवाह योजनाएँ अल्प भंडारण के साथ प्रवाह का एक भाग मोड़ती हैं; पंप-भंडारण योजनाएँ विद्युत सस्ती होने पर जल ऊपर पंप करती हैं और शिखर पर उत्पादन करती हैं, एक विशाल बैटरी की तरह। भारत में 25 MW तक की जल परियोजनाएँ लघु जलविद्युत में वर्गीकृत हैं। टर्बाइन शीर्ष के अनुसार चुने जाते हैं: उच्च शीर्ष हेतु पेल्टन पहिए, मध्यम शीर्ष हेतु फ़्रांसिस टर्बाइन और निम्न शीर्ष हेतु कैप्लन टर्बाइन।

ज्वारीय ऊर्जा चंद्रमा और सूर्य के गुरुत्व से चालित समुद्र के उठने और गिरने का प्रयोग करती है, और इसलिए अत्यधिक पूर्वानुमेय है। किसी ज्वारनदमुख के आर-पार ज्वारीय बैराज उच्च ज्वार पर जल रोकता और टर्बाइनों से होकर छोड़ता है; उपलब्ध ऊर्जा ज्वारीय परास के वर्ग के साथ बढ़ती है, अतः केवल बड़ी परास वाले स्थल आर्थिक हैं। फ़्रांस का ला रांस (1966, 240 MW) पहला बड़ा ज्वारीय विद्युत केंद्र था और दक्षिण कोरिया का सिह्वा झील (254 MW) सबसे बड़ा है। ज्वारीय-धारा टर्बाइन, जलमग्न पवनचक्कियों की तरह, बैराज से बचते हैं। भारत के सर्वोत्तम स्थल खंभात और कच्छ की खाड़ियाँ और सुंदरबन हैं, पर कोई व्यावसायिक रूप से विकसित नहीं हुआ। महासागर तापीय ऊर्जा रूपांतरण (OTEC) गर्म उष्णकटिबंधीय सतही जल और लगभग 1,000 मी से पंप किए ठंडे जल के बीच एक ऊष्मा इंजन चलाता है; इसे कम से कम लगभग 20 °C का तापमान अंतर चाहिए। बंद चक्र में गर्म जल अमोनिया जैसे कार्यकारी तरल को उबालता है; खुले चक्र में गर्म समुद्री जल निम्न दाब पर क्षणिक रूप से वाष्पित होता है, जो मीठा जल भी देता है। इसकी दक्षता बहुत कम है क्योंकि कार्नो सीमा छोटी है: 25 °C (298 K) पर सतही जल और 5 °C (278 K) पर गहरे जल के साथ अधिकतम 1 − 278/298 ≈ 6.7% है, और वास्तविक संयंत्र केवल कुछ प्रतिशत प्राप्त करते हैं।

2. पवन शक्ति और भूतापीय ऊर्जा

A व्याप्त क्षेत्रफल वाले घूर्णक से गुज़रती पवन में शक्ति ½ρAv³ है, जहाँ ρ वायु का घनत्व (लगभग 1.2 kg/m³) और v पवन गति है। दो परिणाम पवन अभियांत्रिकी पर हावी हैं। पहला, शक्ति पवन गति के घन के साथ बढ़ती है, अतः गति दोगुनी करने से शक्ति आठ गुना होती है, और तेज़ हवा वाली कटकों, तटों और अपतटीय स्थलों पर स्थापना, तथा तेज़ पवनों तक पहुँचने हेतु ऊँचे मीनार बनाना, अत्यधिक महत्त्वपूर्ण हैं। दूसरा, टर्बाइन इस शक्ति का केवल एक अंश, शक्ति गुणांक Cp, निकाल सकता है, जो बेट्ज़ सीमा 16/27, लगभग 59.3%, से अधिक नहीं हो सकता, क्योंकि घूर्णक छोड़ने हेतु वायु को चलते रहना होता है; आधुनिक टर्बाइन लगभग 45 से 50% तक पहुँचते हैं। 10 m/s पवन में 80 m घूर्णक (A ≈ 5,027 m²) हेतु पवन में शक्ति लगभग 0.5 × 1.2 × 5,027 × 1,000 ≈ 3.0 MW है, जिसमें से Cp = 0.4 वाला टर्बाइन लगभग 1.2 MW निकालेगा। भारत में तमिलनाडु और गुजरात पवन क्षमता में आगे हैं, और गुजरात तथा तमिलनाडु के पास अपतटीय स्थलों की खोज हो रही है।

भूतापीय ऊर्जा पृथ्वी के आंतरिक भाग की ऊष्मा है, रेडियोधर्मी क्षय और आदिम ऊष्मा से, जो प्लेट सीमाओं और तप्त स्थलों के निकट सांद्रित है। शुष्क-भाप संयंत्र भंडार से सीधे भाप का प्रयोग करते हैं; फ़्लैश संयंत्र बहुत गर्म जल का दाब घटाते हैं ताकि उसका एक भाग क्षणिक रूप से भाप बने; और द्विआधारी-चक्र संयंत्र मध्यम गर्म जल को ऊष्मा विनिमयक से गुज़ारकर निम्न-क्वथनांक कार्यकारी तरल को उबालते हैं, जिससे उपयोग निम्नतर तापमानों तक फैलता है। भूमि-स्रोत ऊष्मा पंप उथली भूमि के स्थिर तापमान का प्रयोग लगभग कहीं भी तापन और शीतलन हेतु करते हैं। भूतापीय विद्युत चौबीसों घंटे उपलब्ध है, पर यह हाइड्रोजन सल्फ़ाइड, कार्बन डाइऑक्साइड और घुले लवण, आर्सेनिक तथा बोरॉन मुक्त कर सकती है, और तरल निष्कर्षण अवतलन तथा छोटे भूकंप कर सकता है। भारत के पहचाने गए भूतापीय प्रांत, जैसे लद्दाख में पुगा घाटी, हिमाचल प्रदेश में मणिकरण और छत्तीसगढ़ में तातापानी, बड़े पैमाने पर अप्रयुक्त हैं।

⚠️ शक्ति गति के घन के साथ, ऊर्जा प्रग्रहण बेट्ज़ सीमा के साथ
पवन गति में 25% वृद्धि शक्ति को लगभग दोगुना कर देती है (1.25³ ≈ 1.95), इसीलिए पवन संसाधन के आकलन में छोटी त्रुटि किसी परियोजना के अर्थशास्त्र को ध्वस्त कर देती है। और कोई भी टर्बाइन, कितना भी अच्छा अभिकल्पित हो, अपने से गुज़रती गतिज ऊर्जा का 59.3% से अधिक नहीं पकड़ सकता; 80 या 90% का दावा करने वाला विकल्प असंभव है।

3. सौर ऊर्जा: संग्राहक, प्रकाश-वोल्टीय मॉड्यूल और सौर तालाब

सौर तापीय संग्राहक सूर्यप्रकाश को ऊष्मा में बदलते हैं। समतल-प्लेट संग्राहक, पीछे ऊष्मारोधन सहित काँच के नीचे काली की गई अवशोषक प्लेट, घरेलू और औद्योगिक उपयोग हेतु जल या वायु को लगभग 100 °C से नीचे तक गर्म करते हैं; निर्वात-नलिका संग्राहक कम ऊष्मा खोते हैं और उच्चतर तापमान तक पहुँचते हैं। सांद्रक संग्राहक प्रत्यक्ष सूर्यप्रकाश को केंद्रित करते हैं: परवलयिक द्रोणियाँ और रैखिक फ़्रेनेल परावर्तक एक नली पर, परवलयिक डिश एक बिंदु पर, और हेलियोस्टैट के क्षेत्र एक मीनार पर केंद्रीय अभिग्राही पर, जो सांद्रित सौर विद्युत संयंत्रों में भाप बनाने हेतु कई सौ डिग्री तक पहुँचते हैं और सूर्यास्त के बाद उत्पादन हेतु पिघले लवण में ऊष्मा संचित कर सकते हैं। सांद्रक केवल प्रत्यक्ष पुंज का प्रयोग करते हैं और इसलिए उन्हें स्वच्छ आकाश और अनुवर्तन चाहिए।

प्रकाश-वोल्टीय सेल प्रकाश को सीधे विद्युत में बदलता है। यह किसी अर्धचालक, सामान्यतः सिलिकॉन, का p-n संधि है, जिसके लगभग 1.1 eV के बैंड अंतराल का अर्थ है कि पर्याप्त ऊर्जा वाले फ़ोटॉन इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करते हैं, जिन्हें संधि का विद्युत क्षेत्र बाहरी परिपथ से दिष्ट धारा के रूप में चलाता है। सेलों को मॉड्यूलों में और मॉड्यूलों को सरणियों में जोड़ा जाता है, और एक इन्वर्टर निर्गम को प्रत्यावर्ती धारा में बदलता है। क्रिस्टलीय सिलिकॉन, एकलक्रिस्टलीय या बहुक्रिस्टलीय, बाज़ार पर हावी है, लगभग 20% की व्यावसायिक मॉड्यूल दक्षता के साथ; पतली-फ़िल्म प्रौद्योगिकियाँ कैडमियम टेल्यूराइड, कॉपर इंडियम गैलियम सेलेनाइड या अक्रिस्टलीय सिलिकॉन का प्रयोग करती हैं, और पेरोव्स्काइट एक उभरती सामग्री है। एकल-संधि सेल शॉक्ले-क्वाइसर सीमा, लगभग 33%, से अधिक नहीं हो सकता, क्योंकि बैंड अंतराल से कम ऊर्जा वाले फ़ोटॉन अवशोषित नहीं होते और अधिक ऊर्जावान फ़ोटॉनों की अतिरिक्त ऊर्जा ऊष्मा के रूप में खो जाती है; बहु-संधि सेल इसे पार करने हेतु बैंड अंतरालों को ढेर करते हैं। सेलों के गर्म होने और धूल जमने पर निर्गम घटता है।

सौर तालाब जल का एक बड़ा, उथला निकाय है जो संवहन रोककर सौर ऊष्मा का संग्रह और भंडारण करता है। लवण-प्रवणता तालाब में लवणता तीन क्षेत्रों में गहराई के साथ बढ़ती है: लगभग मीठे जल का एक पतला ऊपरी संवहनी क्षेत्र; एक असंवहनी (प्रवणता) क्षेत्र जिसमें लवणता गहराई के साथ लगातार बढ़ती है, जिससे नीचे गर्म हुआ जल ऊपर के जल से सघन बना रहता है और उठ नहीं पाता; और सांद्र लवणजल का एक निचला संवहनी क्षेत्र जो ऊष्मा भंडार का काम करता है और लगभग 80 से 90 °C तक पहुँच सकता है। ऊष्मा तली से प्रक्रम ऊष्मा, विलवणीकरण या निम्न-तापमान विद्युत उत्पादन हेतु निकाली जाती है। भारत का सबसे प्रसिद्ध उदाहरण गुजरात में भुज का सौर तालाब है, जिसने एक डेयरी को प्रक्रम ऊष्मा दी।

4. जैव-ऊर्जा: जैवभार से ऊर्जा उत्पादन की विधियाँ

मार्गप्रक्रमउत्पाद और उपयोग
ऊष्मरासायनिक: प्रत्यक्ष दहनलकड़ी, फ़सल अवशेष या खोई को चूल्हों, बॉयलरों और विद्युत संयंत्रों में जलानाऊष्मा और भाप; चीनी मिलों में खोई सह-उत्पादन
ऊष्मरासायनिक: गैसीकरणउच्च ताप पर सीमित वायु या ऑक्सीजन के साथ आंशिक ऑक्सीकरणइंजनों और तापन हेतु प्रोड्यूसर गैस (कार्बन मोनोऑक्साइड, हाइड्रोजन, कुछ मीथेन, नाइट्रोजन सहित)
ऊष्मरासायनिक: तापअपघटनऑक्सीजन के अभाव में गर्म करनाजैव-तेल, लकड़ी का कोयला या बायोचार (कार्बन संचित करने वाला मृदा सुधारक) और गैस
जैव-रासायनिक: अवायवीय पाचनजीवाणु गीले जैवभार (गोबर, खाद्य अपशिष्ट, मल-जल आपंक) को ऑक्सीजन के बिना चार चरणों में तोड़ते हैं: जल-अपघटन, अम्लजनन, ऐसीटोजनन और मीथेनजननलगभग 55 से 65% मीथेन और 35 से 45% कार्बन डाइऑक्साइड वाली बायोगैस, और खाद के रूप में प्रयुक्त पोषक-समृद्ध घोल; वाहनों हेतु संपीडित बायोगैस
जैव-रासायनिक: किण्वनख़मीर गन्ने, शीरे और अनाज से, या सेल्युलोस से मुक्त शर्कराओं को एथेनॉल में किण्वित करता हैपेट्रोल में मिश्रित ईंधन एथेनॉल
भौतिक-रासायनिक: ट्रांसएस्टरीकरणवनस्पति तेल या जंतु वसा उत्प्रेरक की उपस्थिति में मेथनॉल से अभिक्रिया करते हैंबायोडीज़ल (वसीय अम्ल मेथिल एस्टर) और ग्लिसरॉल

जैवभार नवीकरणीय है और, यदि पुनः उगाया जाए, कार्बन उदासीनता के निकट है, पर केवल तभी जब मुक्त कार्बन नई वृद्धि द्वारा पुनः अवशोषित हो और भूमि-उपयोग परिवर्तन तथा जीवाश्म निवेश गिने जाएँ। खुले चूल्हों में जैवभार जलाना विश्व में घरेलू वायु प्रदूषण के सबसे बड़े कारणों में से एक बना हुआ है, इसीलिए स्वच्छतर चूल्हे, बायोगैस और LPG स्वास्थ्य हेतु महत्त्वपूर्ण हैं। भारत की राष्ट्रीय जैव-ईंधन नीति (2018), जिसे 2022 में संशोधित किया गया, ने पेट्रोल में 20% एथेनॉल मिश्रण के लक्ष्य को 2025–26 तक आगे बढ़ाया, और SATAT योजना (2018) अपशिष्ट से संपीडित बायोगैस को बढ़ावा देती है।

5. ऊर्जा उपयोग के पर्यावरणीय निहितार्थ: प्रतिरूप, CO₂ उत्सर्जन, विकिरणी प्रणोदन और वैश्विक तापन, और बड़े पैमाने पर दोहन के प्रभाव

जीवाश्म ईंधन अब भी विश्व की प्राथमिक ऊर्जा का लगभग चार-पंचमांश देते हैं, जिनमें तेल सबसे बड़ा एकल स्रोत है, उसके बाद कोयला और प्राकृतिक गैस; नवीकरणीय विद्युत का सबसे तेज़ी से बढ़ता स्रोत हैं। भारत का ऊर्जा तंत्र विश्व की तुलना में अधिक कोयला-निर्भर है: कोयला उसकी प्राथमिक ऊर्जा का आधे से अधिक और उसकी अधिकांश विद्युत देता है, तेल बड़े पैमाने पर आयातित है, और प्रति व्यक्ति ऊर्जा उपयोग विश्व औसत से बहुत नीचे है। भारत का अद्यतन राष्ट्रीय स्तर पर निर्धारित योगदान (2022) उसे 2030 तक अपने GDP की उत्सर्जन तीव्रता को 2005 के स्तर से 45% घटाने और 2030 तक स्थापित विद्युत क्षमता का लगभग 50% गैर-जीवाश्म स्रोतों से करने हेतु प्रतिबद्ध करता है, और उसने 2070 तक निवल-शून्य उत्सर्जन की प्रतिज्ञा की है।

विकसित और विकासशील देशों के बीच उत्सर्जन में तीव्र अंतर है, और यह महत्त्वपूर्ण है कि कौन-सा माप प्रयुक्त हो। 2000 के दशक के मध्य से चीन कार्बन डाइऑक्साइड का सबसे बड़ा वार्षिक उत्सर्जक है, संयुक्त राज्य दूसरा और भारत तीसरा। प्रति व्यक्ति, तथापि, भारत विश्व औसत के आधे से कम उत्सर्जन करता है, जो संयुक्त राज्य और यूरोपीय संघ से बहुत नीचे है; और संचयी रूप से, वह माप जो तापन हेतु महत्त्वपूर्ण है क्योंकि कार्बन डाइऑक्साइड सदियों तक बनी रहती है, औद्योगिक क्रांति से अब तक संयुक्त राज्य ने सबसे बड़ा अंश उत्सर्जित किया है, उसके बाद यूरोपीय संघ और चीन। यही साझा पर विभेदित उत्तरदायित्वों के सिद्धांत का वैज्ञानिक आधार है।

विकिरणी प्रणोदन जलवायु के किसी चालक में परिवर्तन से क्षोभसीमा पर निवल ऊर्जा फ़्लक्स में परिवर्तन है, W/m² में, जिसमें धनात्मक प्रणोदन तंत्र को गर्म करता है। कार्बन डाइऑक्साइड हेतु यह लगभग ΔF = 5.35 ln(C ÷ C₀) है: कार्बन डाइऑक्साइड दोगुनी करने से 5.35 × ln 2 ≈ 3.7 W/m² मिलता है, और लगभग 280 ppm से लगभग 420 ppm तक वृद्धि 5.35 × ln 1.5 ≈ 2.2 W/m² देती है। लघुगणक का अर्थ है कि हर अतिरिक्त ppm पिछले से थोड़ा कम प्रणोदन जोड़ता है। वैश्विक तापन क्षमताएँ अन्य गैसों की 100 वर्षों में कार्बन डाइऑक्साइड से तुलना करती हैं: IPCC की छठी आकलन रिपोर्ट में मीथेन हेतु लगभग 27 से 30 और नाइट्रस ऑक्साइड हेतु 273, और अनेक फ़्लोरीनीकृत गैसों हेतु हज़ारों। उस रिपोर्ट ने पाया कि 2011–2020 में वैश्विक सतह तापमान 1850–1900 से लगभग 1.1 °C अधिक था और कार्बन डाइऑक्साइड दोगुनी होने से साम्य तापन का सर्वोत्तम आकलन 3 °C दिया। एरोसोल, अधिकतर उसी जीवाश्म दहन से, ऋणात्मक प्रणोदन डालते हैं जो तापन के एक भाग को ढक देता है।

बड़े पैमाने पर दोहित स्रोतपर्यावरणीय प्रभाव
सौरउपयोगिता-स्तरीय पार्कों हेतु बड़ी भूमि आवश्यकता, प्रायः चराई भूमि या आवास पर; शुष्क प्रदेशों में पैनल सफ़ाई हेतु जल; जीवन-अंत पैनल अपशिष्ट और, कुछ पतली फ़िल्मों हेतु, कैडमियम तथा अन्य ख़तरनाक सामग्री
पवनब्लेडों से पक्षियों और चमगादड़ों की टक्कर; शोर और दृश्य हस्तक्षेप; सड़कों और नींवों हेतु भूमि; कटकों पर और सोन चिरैया जैसे घास के मैदानों में आवास विखंडन
जलवनों, कृषि भूमि और गाँवों का डूब और लोगों का विस्थापन; अवरुद्ध मत्स्य प्रवास; फँसा अवसाद जो डेल्टाओं को वंचित करता है; परिवर्तित अनुप्रवाह; उष्णकटिबंधीय जलाशयों में अपघटित वनस्पति से मीथेन; जलाशय-प्रेरित भूकंपीयता, जैसे 1967 में कोयना में
नाभिकीयगंभीर दुर्घटनाओं का जोखिम; दीर्घजीवी उच्च-स्तरीय अपशिष्ट; यूरेनियम खनन और मिल अवशेष; शीतलन जल का तापीय प्रदूषण; शस्त्र प्रसार की चिंताएँ

मुख्य बिंदु

  • जलविद्युत P = η ρ g Q H; ज्वारीय ऊर्जा परास के वर्ग के साथ बढ़ती है (ला रांस 1966, सिह्वा सबसे बड़ा); OTEC 20 °C अंतर पर केवल लगभग 6 से 7% की कार्नो दक्षता से सीमित है।
  • पवन शक्ति ½ρAv³ है, अतः गति दोगुनी करने से आठ गुना शक्ति मिलती है, और कोई टर्बाइन 59.3% की बेट्ज़ सीमा पार नहीं कर सकता; भूतापीय संयंत्र शुष्क-भाप, फ़्लैश या द्विआधारी होते हैं।
  • समतल-प्लेट संग्राहक जल गर्म करते हैं, सांद्रक भाप बनाते हैं, सिलिकॉन PV सेल प्रकाश को सीधे बदलते हैं (एकल-संधि सीमा लगभग 33%), और लवण-प्रवणता सौर तालाब तली की लवणजल परत में ऊष्मा फँसाते हैं।
  • जैवभार दहन, गैसीकरण, तापअपघटन, अवायवीय पाचन (बायोगैस), किण्वन (एथेनॉल) और ट्रांसएस्टरीकरण (बायोडीज़ल) से ऊर्जा बनता है।
  • चीन हर वर्ष सबसे अधिक, संयुक्त राज्य संचयी रूप से सबसे अधिक और भारत प्रति व्यक्ति बहुत कम उत्सर्जन करता है; CO₂ प्रणोदन 5.35 ln(C ÷ C₀) है, दोगुना होने पर लगभग 3.7 W/m²; हर बड़े पैमाने का स्रोत, नवीकरणीय हो या नाभिकीय, की अपनी पर्यावरणीय लागत है।

अभ्यास प्रश्न (10)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

  1. एक जलविद्युत संयंत्र का निस्सरण 50 m³/s, निवल शीर्ष 20 m और समग्र दक्षता 0.8 है। ρ = 1,000 kg/m³ और g = 9.81 m/s² लेकर, MW में उसका शक्ति निर्गम, एक दशमलव स्थान तक, क्या है?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 7.8

    P = η ρ g Q H = 0.8 × 1000 × 9.81 × 50 × 20 = 78,48,000 W, अर्थात् 7.8 MW। दक्षता छोड़ना 9.8 MW देता है, जो विद्युत निर्गम के बजाय गिरते जल की शक्ति है।

  2. एक OTEC संयंत्र 25 °C पर सतही जल और 5 °C पर गहरे जल का प्रयोग करता है। प्रतिशत में अधिकतम (कार्नो) दक्षता, एक दशमलव स्थान तक, क्या है? T(K) = T(°C) + 273 प्रयोग कीजिए।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 6.7

    η = 1 − Tc ÷ Th = 1 − 278 ÷ 298 = 20 ÷ 298 = 0.067, अर्थात् 6.7%। सेल्सियस का प्रयोग, 1 − 5 ÷ 25 = 80%, प्रसिद्ध त्रुटि है: कार्नो सूत्र को परम तापमान चाहिए, और 20 K का छोटा अंतर ही कारण है कि OTEC दक्षता इतनी कम है।

  3. बेट्ज़ सीमा कहती है कि पवन टर्बाइन अपने घूर्णक से गुज़रती पवन की गतिज ऊर्जा का अधिकतम लगभग कितना अंश निकाल सकता है?

    1. 59.3% (16/27)
    2. 33%
    3. 85%
    4. 100%
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — 59.3% (16/27)

    बेट्ज़ ने दिखाया कि यदि टर्बाइन वायु को पूरी तरह रोक दे तो और वायु गुज़र नहीं सकेगी, अतः इष्टतम उसे प्रतिवात गति के एक-तिहाई तक धीमा करके 16/27, लगभग 59.3%, निकालता है। 33% का आँकड़ा एकल-संधि सौर सेलों हेतु शॉक्ले-क्वाइसर सीमा है, जो एक अलग युक्ति है।

  4. लवण-प्रवणता सौर तालाब के विषय में कौन-से कथन सही हैं? सभी सही विकल्प चुनिए।

    1. यह इसलिए काम करता है क्योंकि सबसे गर्म जल सतह पर उठता है, जहाँ से ऊष्मा निकाली जाती है
    2. सांद्र लवणजल का निचला संवहनी क्षेत्र ऊष्मा भंडार का काम करता है
    3. असंवहनी क्षेत्र में लवणता गहराई के साथ बढ़ती है, जो संवहन को दबाती है
    4. ऊपरी संवहनी क्षेत्र संतृप्त लवणजल है
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — सांद्र लवणजल का निचला संवहनी क्षेत्र ऊष्मा भंडार का काम करता है; C — असंवहनी क्षेत्र में लवणता गहराई के साथ बढ़ती है, जो संवहन को दबाती है

    लवणता प्रवणता गर्म तली के जल को ऊपर के जल से सघन रखती है, अतः वह उठकर अपनी ऊष्मा नहीं खो सकता, और तली का लवणजल लगभग 80 से 90 °C तक ऊष्मा संचित करता है। ऊपरी क्षेत्र लगभग मीठा है, और ऊष्मा तली से निकाली जाती है, सतह से नहीं।

  5. यदि किसी स्थल पर पवन गति दोगुनी हो जाए, तो पवन में उपलब्ध शक्ति किस गुणक से बढ़ती है?

    1. 16
    2. 2
    3. 4
    4. 8
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — 8

    पवन शक्ति ½ρAv³ है, अतः यह गति के घन के साथ बढ़ती है: 2³ = 8। 4 का गुणक प्रति इकाई द्रव्यमान गतिज ऊर्जा (v²) पर लागू होगा, यह भूलते हुए कि गति बढ़ने पर प्रति सेकंड घूर्णक से अधिक वायु भी गुज़रती है।

  6. अभिकथन (A): उष्णकटिबंध में जलविद्युत परियोजनाओं के जलाशय हरितगृह गैसों के उल्लेखनीय स्रोत हो सकते हैं। कारण (R): जलाशय द्वारा डुबाई गई वनस्पति और मृदा अवायवीय परिस्थितियों में अपघटित होकर मीथेन उत्पन्न करती हैं। सही विकल्प चुनिए।

    1. A और R दोनों सत्य हैं, और R, A की सही व्याख्या है
    2. A और R दोनों सत्य हैं, पर R, A की सही व्याख्या नहीं है
    3. A सत्य है, पर R असत्य है
    4. A असत्य है, पर R सत्य है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — A और R दोनों सत्य हैं, और R, A की सही व्याख्या है

    दोनों सत्य हैं और R, A की व्याख्या करता है। गर्म, स्तरित उष्णकटिबंधीय जलाशयों में अनॉक्सी तली जल होता है जिसमें डूबा कार्बनिक पदार्थ मीथेन में बदलता है, जो सतह पर और टर्बाइनों तथा उत्प्लव मार्गों से मुक्त होती है, अतः जलविद्युत सदा उतनी निम्न-कार्बन नहीं होती जितना दहन का अभाव सुझाता है।

  7. बायोडीज़ल वनस्पति तेलों से मुख्यतः किससे उत्पन्न होता है?

    1. गैसीकरण
    2. मेथनॉल के साथ ट्रांसएस्टरीकरण
    3. अवायवीय पाचन
    4. ख़मीर किण्वन
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — मेथनॉल के साथ ट्रांसएस्टरीकरण

    ट्राइग्लिसराइड तेल उत्प्रेरक पर मेथनॉल से अभिक्रिया करके वसीय अम्ल मेथिल एस्टर (बायोडीज़ल) और ग्लिसरॉल देते हैं। अवायवीय पाचन बायोगैस, किण्वन एथेनॉल, और गैसीकरण प्रोड्यूसर गैस देता है।

  8. निम्न में से कौन-से जैवभार को ऊर्जा में बदलने के ऊष्मरासायनिक मार्ग हैं? सभी सही विकल्प चुनिए।

    1. अवायवीय पाचन
    2. प्रत्यक्ष दहन
    3. गैसीकरण
    4. तापअपघटन
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — प्रत्यक्ष दहन; C — गैसीकरण; D — तापअपघटन

    दहन, गैसीकरण और तापअपघटन सभी ऊष्मा का प्रयोग करते हैं, क्रमशः पूर्ण, आंशिक या बिना ऑक्सीकरण के, ऊर्जा मुक्त करने या ईंधन बनाने हेतु। अवायवीय पाचन जैव-रासायनिक है: यह बायोगैस बनाने हेतु सामान्य तापमानों पर काम करने वाले जीवाणुओं पर निर्भर है।

  9. ΔF = 5.35 ln(C ÷ C₀) का प्रयोग करते हुए, कार्बन डाइऑक्साइड के 280 ppm से 420 ppm तक बढ़ने से W/m² में विकिरणी प्रणोदन क्या है? उत्तर एक दशमलव स्थान तक दीजिए।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 2.2

    C ÷ C₀ = 420 ÷ 280 = 1.5, ln 1.5 = 0.405, और 5.35 × 0.405 = 2.17, अर्थात् 2.2 W/m²। संबंध को रैखिक मानना, उदाहरण के लिए 3.7 × (140 ÷ 280) = 1.85, लघुगणक की उपेक्षा करता है।

  10. औद्योगिक क्रांति के बाद से संचयी कार्बन डाइऑक्साइड का सबसे बड़ा अंश किस देश ने उत्सर्जित किया है?

    1. रूस
    2. चीन
    3. भारत
    4. संयुक्त राज्य अमेरिका
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — संयुक्त राज्य अमेरिका

    संयुक्त राज्य का संचयी अंश सबसे बड़ा है, यद्यपि 2000 के दशक के मध्य से चीन सबसे बड़ा वार्षिक उत्सर्जक है। भारत तीसरा सबसे बड़ा वार्षिक उत्सर्जक है पर उसका संचयी अंश छोटा और प्रति व्यक्ति उत्सर्जन विश्व औसत के आधे से कम है, जो साझा पर विभेदित उत्तरदायित्वों के अंतर्गत उसके तर्क का आधार है।