ઊર્જા વિષે

પ્રસ્તાવના :

ઊર્જા એટલે શકિત દરેક વ્યકિત કે વસ્તુ પાસેથી કામ લેવા માટે શકિતની જરૂર પડે છે. અને આ શકિત જેમાંથી મેળવવામાં આવે છે તે ઊર્જાના સ્ત્રોત છે. ઊર્જા સ્ત્રોતની માનવશકિત પર ઘણી ગંભીર અસર પડે છે. નવી નવી ટેકનોલોજી દ્વારા ઊર્જાના જથ્થાને ટકાવી રાખવા, ખલાસ થતો અટકાવવા સતત પ્રયત્ન કરાઈ રહયા છે. ઊર્જા સ્ત્રોતનો જથ્થો ખલાશ થઈ જાય એ કલ્પના જ જગતના વિનાશને નોતરી શકે તેમ છે. તેથી જ બિનપરંપરાગત સંશોધનો જેવા કે સૌરશકિત, જળશકિત, વાયુશકિતનું વૈકલ્પિક ઉપયોગ કરવાનો સમય પાકી ગયો છે. વધુ કાર્યક્ષમ યંત્રો વિકસાવી ઊર્જા ઉત્પાદનમાં નવીનતા લાવવાના પ્રયત્નો ચાલુ જ રહયા છે. ૨૦૦૩માં આશાનું પહેલું કિરણ મળ્યું સૌ પ્રથમ માર્ચ ૨૦૦૩માં બી.પી. સોણમ નામની કંપનીએ ૧૮.૩% કાર્યક્ષમતાના સોલાર સેલ બનાવ્યા એજ મહિને સાજો કંપનીએ ૧૯.૫% જેટલા કાર્યક્ષમ સોલાર સેલ બજારમાં મુકયા બે મહિના પછી અમેરિકાના સનપાવર કોર્પોરેશનને વિશિષ્ટ પ્રકારના સોલાર સેલ બનાવ્યા અને ૨૦% વીજળી પેદા કરી દેખાડી સેટેલાઈટ માટેના નહિ પણ સામાન્ય વપરાશ માટેનાં બજારૂ સેલને લગતો રેકોર્ડ જાપાનમાં યોશિરોસાજી નામના વ્યકિતએ મેગ્નેટિક જહાજ શોધી કાઢેલ છે. તેવીજ રીતે મેગ્નેટ ટ્રેન કે ઊર્જા સંકટમાંથી બહાર નીકળવાનો ઉત્તમ માર્ગ બતાવે છે. આકાશી વીજળીનો દરેક ચમકારો મિનિયમ ૧૦ લાખ વોલ્ટનો તથા મહત્તમ ૧ અબજ વોલ્ટનો હોય છે. આ ઊર્જાસંગ્રહી શકાય તો ઊર્જાક્ષેત્રે ક્રાંતિ આવી શકે ચંદ્રની રેતીની સૌરપેનલો વડે વીજળી બનાવવાના પ્રયત્નો પણ ક્રાંતિકારી સાબિત થઈ શકશે આમ ઊર્જા દ્વારા માનવ સૃષ્ટિમાં આર્થિક - સામાજિક બદલાવ શકય બને છે.

અર્ધ સદીનાં સંશોધનોમાં પરિવર્તનોનો સ્વીકાર

૫૦ વર્ષ પહેલાં યુરોપિયન સહકારી સંશોધનમાં દર્શાવાયા મુજબ પ્રાચીન ઊર્જાપ્રણાલી ટર્નીંગ પોઈટ પર છે. આ પ્રોગ્રામમાં કુલ સાત વૈશ્વિક પાર્ટનરો જણાવી રહયા છે કે હવે સૂર્યશકિતમાં ઊર્જાપ્રાપ્તિ શોધવાનો સમય પાકી ગયો છે. જેમાં નાગરિકોની સુરક્ષા અને સમાજનો દુર્થમ બે મુખ્ય બાબતોને ખાસ લક્ષમાં રાખવાની છે. માનવજીવન પર ઊર્જાની વિપરીત અસર ન થાય તેની સંપૂર્ણ કાળજી લેવાનો પ્રયત્ન ૫૦ વર્ષ પહેલાં જ શરૂ થઈ ચુક્યો હતો. તે ઉપરાંત જાપાન, રશિયા, ભારત પણ આ સંશોધનો આગળ ચલાવી રહયા હતા.

ભારત દક્ષિણ બંગાળના સાગરદ્વીપ ટાપુઓમાં (WBRDA) સમિતિએ પાંચ ગામોમાં વીજળીકરણની શરૂઆત વખતે જણાવ્યું કે પ્રકાશ અને શકિત બંનેનું આયુજજ વિશ્વના વિકાસને અસાધારણ ગતિ અપાવશે પણ આ સાહસિક કાર્ય માનવજીવનના વિનાશને ન નોંતરે તે જોવું જ ૨હયું. જે વિશ્વને નિમ્નતમ કાર્બનયુક્ત બનાવી રહે તેવા પ્રોગ્રામોની જરૂર રહેશે તેવી જ રીતે ગ્રામ્ય વીજળીકરણનીગમ (RFC)ના સાધનો જણાવે છે કે પ્રદુષણ યુકત બળતણ છોડીને સ્વચ્છ ટેકનોલોજીના વિકાસની જરૂર છે. The impact on society in terms of a better illmination level with respect to kerosene lanterns and exposure to entertainment through electronic media is of great significance. આર્થિક રીતે પણ ગ્રાહક અને ઉત્પાદક અંતે તે ફાયદો થઈ શકે છે. ખેડૂતોની વાત કરીએ તો વીજળી તેમના જીવનધોરણમાં અસાધારણ સુધારો લાવી શકે છે. તેવું સંશોધકો માને છે. તેવી જ રીતે ખર્ચ ઉત્પાદન વિશ્લેષણ દ્વારા પણ હકારાત્મક પરિણામોની અપેક્ષા કરી શકાય. આ સમગ્ર ઘટના ચક્રને સમજવા ઊર્જાની વ્યાખ્યા તેના એકમો અને સ્વરૂપને સ્ત્રોતો સાથે વિગતે સમજવા પડે.

ઊર્જાની વ્યાખ્યા :

અર્થશાસ્ત્રની પરંપરાગત વિજ્ઞાન તરીકેની વ્યાખ્યા રોબિન્સ ટૂંકમાં આપી છે. જે વ્યાખ્યાથી આપણે સૌ સુપરિચિત છીએ પરંતુ તેના આધારે ઊર્જાના અર્થશાસ્ત્ર અંગે કામચલાઉ વ્યાખ્યા પ્રમાણે આપી છે. " વીજળીનું અર્થશાસ્ત્ર એ વિજ્ઞાન છે જેને ટેકનિકલ વિદ્યાશાખા, વિજ્ઞાન શાખા, અર્થશાસ્ત્ર તથા મેનેજમેન્ટ સાથે સબંધ છે જે અર્થતંત્રના વિવિધ ક્ષેત્રોની વીજ વપરાશની અમર્યાદિત જરૂરિયાતો વચ્ચે ઊર્જા ઉત્પન્ન કરતા મર્યાદિત વીજ પૂરવઠાને કેવી રીતે ઉપયોગ કરવો તે માટેના ઉત્પાદક પેઢી તથા માનવ વર્તનનો અહીં અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે."

ઉપરોકત વ્યાખ્યા મુજબ પરંપરાગત વીજ સંશોધનો જે વીજ ઉત્પાદન કરવાનું કાર્ય કરે છે. જે મર્યાદિત સાબિત થયા છે તેથી આ મર્યાદિત વીજ સંશાધનોનો એવી રીતે ઉપયોગ કરવો કે જેનાથી વધારે પ્રમાણમાં અને લાંબાગાળા સુધી વીજ ઉત્પાદન કરી શકાય એ બુકસના અભ્યાસ મુજબ પરંપરાગત વીજ સંશોધનનો વર્તમાન સમયમાં જેટલો ઉપયોગ થયો તેટલો થશે તો આવતા ત્રીસથી ચાલીસ વર્ષમાં આ કુદરતી સંશોધનો ખલાસ થઈ જશે અને તેથી વીજ ઉત્પાદન કરવામાં ખૂબજ તકલીફ પડશે આમ કદાચ બિન પરંપરાગત જેવા સંશોધનોનો વીજ ઉત્પાદન ક્ષેત્રે વધુ ઉપયોગ કરવામાં આવશે તો માળખાકીય જરૂરિયાત એવી ઊર્જાનું આયુષ્ય થોડું વધારી શકીએ એમ છીએ આ અભ્યાસ આર્થિક બાબતોની સમજૂતિ આપે છે. કામ થાય ત્યારે ઊર્જા વપરાય છે. તે ઊર્જા વપરાય ત્યારે જ કોઈ કામ થાય છે. ઊર્જાનું એક સ્વરૂપમાંથી બીજા સ્વરૂપમાં રૂપાંતર થાય ત્યારે જ કામ થઈ શકે છે.ઊર્જાનું ઉત્પાદન કે નાશ થઈ શકતો નથી. પરંતુ બિન કાર્યદક્ષ ઉપયોગને કારણે ઊર્જાનો વ્યય જરૂર થાય છે. ટૂંકમાં "ઊર્જા એટલે કોઈ પણ કાયુને શકય બનાવતુ પરિબળ" સજીવોએ કરેલી શારીરિક અને માનસિક ક્રિયાને વ્યવહારમાં કાર્ય તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. કાર્ય કરવા માટે શીકતની જરૂર પડે છે.આપણે આખો દિવસ કાર્ય કરીએ ત્યારે થાક લાગે છે. એટલે કે શકિતનો અભાવ વર્તાય છે. ત્યારે શકિતને પુનઃ પ્રાપ્ત કરવા માટે આપણે જરૂરી ખોરાક ખાઈએ છીએ આ ખોરાકનું પાચન થતાં શકિત પેદા થાય છે. આ શકિત કાર્ય કરવા માટે ઉપયોગી બને છે. કોઈ પણ પદાર્થ દ્રવ્ય ઉપરાંત શકિત ધરાવતો હોય તો જ તેના દ્વારા કાર્ય કરી શકાય છે. અથવા પદાર્થ પર બાહયબળ લગાડતાં જે કાર્ય કરે તે કાર્ય તેમાં શકિતરૂપે સંગ્રહિત થાય છે. આ વિનિમય પામતા કાર્યને શકિત કહે છે. કાર્યને વસ્તુ કે પદાર્થ દ્રારા ધારણ કરી શકાતું નથી, પણ શકિત વસ્તુ યા પદાર્થ દ્રારા ધારણ કરી શકાય છે. આ બધી ક્રિયાઓ કરવા માટે વાપરવી પડતી શકિતને વૈજ્ઞાનિક ભાષામાં "ઊર્જા" કહે છે. સામાન્ય વયવહારમાં ઊર્જા માટે શકિત શબ્દ વધારે પ્રચલિત બન્યો છે.

આમ સામાન્ય રીતે લોકો શક્તિ (Power) અને ઊર્જા (Energy) એકબીજાના પર્યાય તરીકે વાપરે છે. પરંતુ તેમાં ઘણો તફાવત છે. આપણે ટૂંકમાં માહિતી જોઈએ.

"ઊર્જા એટલે કાર્ય કરવાની શકિત" અને "શકિત એટલે કોઈ કાર્ય કરનાર વ્યકિત કે મશીન દ્વારા નિશ્ચિત એકમ સમયમાં કરેલ કાર્યને તે કાર્ય કરનારની કે મશીનની શકિત કહે છે." આમ શકિતને સમયનાં સંદર્ભમાં માપવામાં આવે છે. આમ શકિત એટલે કોઈ કાર્ય કરવાનો દર આ એ દર છે. ઊર્જા એક સ્વરૂપમાંથી બીજા સ્વરૂપમાં બદલાય છે. તેથી શકિત એ ઊર્જાના ઉપયોગનો દર દર્શાવે છે. જયારે કોઈ વસ્તુમાં કાર્ય કરવાની ક્ષમતા હોય તો એમ કહેવાય કે તેમાં ઊર્જા છે. ઊર્જા અને કાર્ય બંને એક જ એકમ મૂજબમાં મપાય છે. જયારે શકિતનો એકમ વોટ, હોર્સપાવર, કેલેરી સેકન્ડ અને બ્રિટીશ થર્મલ યુનિટમાં વપરાય છે.

ઊર્જાના એકમોની વ્યાખ્યાઓ :

ઊર્જાએ કાર્ય કરવા માટેની ક્ષમતા છે એટલે તેને કાર્યશકિત પણ કહે છે. આમ ઊર્જા અને કાર્યના એકમો એક સરખા છે. ઉપર મુજબનાં વિવિધ સ્વરૂપો ધરાવતી ઊર્જાના જથ્થાને વિવિધ પદ્ધતિઓમાં કે એકમોમાં દર્શાવવામાં આવે છે. જીવશાસ્ત્રીઓ અને રાસાયણિક વૈજ્ઞાનિકો ઊર્જાને ગ્રામ કેલેરી અથવા કિલોગ્રામ કેલેરીમાં માપે છે. ઉપમાયંત્રોમાં ઊર્જાને બ્રિટીશ થર્મલ યુનિટ (Btu)માં માપવામાં આવે છે. આ ઉપરાંત કેટલીક વખતે ઊર્જાને બળતણ ના એકમોમાં પણ દર્શાવવામાં આવે છે. આમ કેટલાક જરૂરી એકમોને નીચે પ્રમાણે વ્યાખ્યાન્વિત કરી શકાય છે.

ઊર્જાના સ્વરૂપો :

યાંત્રિક ઊર્જા, ઉષ્માઊર્જા, રાસાયણિક ઊર્જા ગુરૂત્વાકર્ષીય ઊર્જા, નાભીયઊર્જા, સૌરઊર્જા, વિધુતઊર્જા વગેરે ઊર્જાનાં વિવિધ સ્વરૂપો છે.

યાંત્રિક ઊર્જા (Mechanical Energy)

એકબીજાની પાસે ગોઠવેલી જડ વસ્તુઓની ગતિને લીધે પેદા થતી ઊર્જાને યાંત્રિક ઊર્જા' કહે છે. પહેલાના સમયમાં જયારે કોઈ ભારે વસ્તુનું સ્થળાંતર કરવું હોય ત્યારે તેને ખસેડવા માટે ખૂબ શ્રમ કરવો પડતો હતો. લોકોને વર્ષોના અનુભવોના આધારે સમજાયું કે લાકડાના ગોળાકાર ટુકડાઓ ભારે વસ્તુની નીચે મૂકતાં તેને ખસેડવા માટેના શ્રમમાં ઘટાડો થાય છે. માનવીને આ રીતે યાંત્રિક ઊર્જાના ઉપયોગ અને ફાયદાઓનો પ્રથમ પરિચય થયો હતો. આવી રીતે જ ચક્રની શોધ થઈ અને તેના પરિણામ સ્વરૂપે ચક્રોથી ચાલતાં વાહનો અને છેવટે જાતજાતનાં યંત્રો અસ્તિત્વમાં આવ્યાં સમય વીતતાં તેમાં વિકાસ થઈ આધુનિક યંત્રોનું નિર્માણ થયું આજે ચાલકચક્ર યંત્રો તથા મોટા ઔદ્યોગિક યંત્રોનું સંચાલન કરવામાં 'યાત્રિક ઊર્જા' નો ઉપયોગ મોટા પાયા પર થઈ રહયો છે.

ઉષ્મા ઊર્જા (Heat Energy)

પદાર્થનાં બંધારણમાં રહેલા અણુઓ હંમેશા ગતિશીલ હોય છે. તેમનામાં રહેલી આ ગતિ ઊર્જા પદાર્થના તાપમાનના રૂપમાં તેમાં સંગ્રહીત ઉષ્મા ઊર્જાનું મૂલ્ય દર્શાવે છે. લાકડાં તથા અમિજન્ય બળતણો, જેવાં કે કોલસો, પેટ્રોલિયમ, ગેસ વગેરેનું દહન કરવાથી તેમનામાં રાસાયણિક ઊર્જા' રૂપે સંચિત ઊર્જાને 'ઉષ્મા ઉર્જા' રૂપે પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. આદિમાનવે પથ્થરોની ટકરામણમાં કે જંગલમાં વૃક્ષોની ડાળીઓને એકબીજા સાથે ઘસાતાં અગ્નિ પ્રગટ થતા જોયો હતો. તેના ઉપરથી તે અગ્નિનો ઉપયોગ માંસને શેકવા અને અંધકાર – ઠંડી દૂર કરવા માટે કરતો હતો, આમ 'ઉષ્મા ઉર્જા'નો પ્રથમ ઉપયોગ ખોરાક રાંધવા માટે થયો હતો. હાલમાં 'ઉષ્મા ઉર્જાનો ઉપયોગ રાંધવા, બળતણ, પ્રકાશ, મેળવવા ઉપરાંત તેના દ્વારા યાંત્રિક ઉર્જા પેદા કરી તે વડે વાહનો અને સાધનો – યંત્રો ચલાવવા માટે થાય છે. 'અમિજન્ય બળતણ'નો ઉપયોગ વિદ્યુત ઉર્જા' પેદા કરવા માટે પણ થાય છે.

રાસાયણિક ઊર્જા : (Chemical energy)

પદાર્થના અણુઓમાં પરમાણુઓને ભેગા બાંધી રાખવા માટે તેમના વીજભારોને લીધે ઉદ્ભવતી બંધન શકિતને રાસાયણિક ઊર્જા' કહે છે. પ્રકાશ સંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં 'સૌરવિકિરણ ઊર્જા' નું રાસાયણિક ઊર્જામાં રૂપાંતર થાય છે. જે તેમાં વિકસતા વાનસ્પતિક કોષોમાં સંગ્રહિત થાય છે. સાદા કોષમાં તથા ઈધણ કોષમાં 'Chemical Energy'નું વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતર કરવામાં આવે છે. હાલમાં આ ઊર્જાનો ઉપયોગ મોટે ભાગે 'ઉષ્મા ઉર્જા' અને 'વિદ્યુત ઉર્જા' પેદા કરવા માટે થઈ રહયો છે.

ગુરુત્વાકર્ષીય ઊર્જા : (Gravitational Energy)

પદાર્થો પર લાગતા પૃથ્વીના ગુરુત્વાકર્ષણ બળને લીધે પદાર્થોમાં સંચિત થતી પ્રવેગ ' ઊર્જાને 'Gravitational Energy' કહે છે. ન્યુટનની ગુરુત્વાકકૃણ બળની શોધ પછી, વિશ્વમાં વ્યાપિત રહેલી આ ઊર્જાનો ખ્યાલ માનવીને આવ્યો હતો.

પૃથ્વી પરના દરેક પદાર્થમાં રહેલી સ્થિતિ ઊર્જા" ઊંચાઈએ રહેલા પાણીમાં સંચિત 'જલ – સ્થિતિમાન ઊર્જા' અને ભરતી-ઓટ વખતે દરિયાના પાણીમાં સંગ્રહિત થતી ઊર્જા ગુરુત્વાકર્ષણીય ઊર્જાને આભારી છે. આ ઊર્જા અખૂટ અને પ્રદૂષણ રહિત છે. જેમાંથી વિદ્યુત ઊર્જા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.

નાભીય ઊર્જા (Nuclear Energy)

ઈ.સ. ૧૯૦૫માં સુપ્રસિધ્ધ વૈજ્ઞાનિક આઈન્સ્ટાઈને પુરાવાઓ સાથે પુરવાર કર્યું કે પદાર્થમાં રહેલાં દ્રવ્યમાન અને શકિત મૂળે એક જ ભૌતિક રાશિનાં બે સ્વરૂપો છે. અને તેમની વચ્ચેનો સંબંધ E = MC2 સૂત્ર વડે દર્શાવી શકાય છે. પ્રાયોગીક રીતે આ સૂત્રની યથાર્થતા સિધ્ધ થતાં હવે પરમાણુઓની નાભીય પ્રક્રિયાઓ વખતે દ્રવ્યમાનનું શકિતમાં રૂપાંતર થતાં જ ઊર્જા છૂટી પડે છે. અન્ય રીતે પ્રાપ્ત થતી ઊર્જા કરતાં આ ઊર્જા વિપુલ જથ્થામાં અને સસ્તી પ્રાપ્ત થાય છે. પરંતુ તેની પ્રાપ્તિ વખતે પેદા થતો 'કિરણોત્સર્ગી કચરો' સજીવ સૃષ્ટિ માટે વિનાશક હોવાથી આ ઊર્જાના વધુ પડતા ઉત્પાદનમાં અનેક ભયસ્થાનો રહેલાં છે. હાલમાં આ ઊર્જાનો ઉપયોગ વિદ્યુત ઊર્જા પેદા કરવા માટે થાય છે. આ ઊર્જાનો ઉપયોગ રચનાત્મક કાર્યોમાં જ કરવામાં આવે તો તે માનવજાતને ખૂબ જ ઉપયોગી થાય તેમ છે. દા. ત. યુરેનિયમ, થોરિયમથી ઉત્પન્ન થતી અણુઉર્જા.

સૌર ઊર્જા (Solar Energy)

દ્રશ્ય પ્રકાશ, પારરકત, પારજાંબલી તથા અન્ય વીજ ચુંબકીય વિકિરણ રૂપે સૂર્યમાંથી ઉત્સર્જિત થતી ઊર્જાને 'સૌરવિકિરણ ઊર્જા' અથવા 'સૌરઊર્જા' કહે છે. આ માંથી જે વિકરણો માટે આપણી આંખ સંવેદનશીલ છે તેને આપણે 'પ્રકાશ' કહીએ છીએ વનસ્પતિ તથા અન્ય અમિજન્ય બળતણીમાં રાસાયણિક ઊર્જા સ્વરૂપે સંગ્રહિત થયેલી ઊર્જા મૂળ સ્વરૂપમાં સૌર ઊર્જા'નું જ રૂપાંતર છે. પૃથ્વી પર દરેક પ્રકારના સજીવોની હયાતી માત્ર સૌરઊર્જા' ને જ આભારી છે. સૌર ઊર્જાનો સીધી રીતનો ઉપયોગ ધીમે ધીમે હવે સાધ્ય બની રહયો છે. સૌર ઊર્જા વિપુલ અખૂટ અને પ્રદૂષણ રહિત ઊર્જા હોવાથી તેનો વ્યવહારિક ઉપયોગ જયારે સંપૂર્ણ રીતે શકય બનશે ત્યારે તે ખૂબ ઉપયોગી નીવડશે તેમાં શંકાને સ્થાન નથી.

વિદ્યુત ઊર્જા (Electrical Energy)

વીજ ભારિત વસ્તુઓમાં વીજભાર રૂપે સંગ્રહિત વીજ સ્થિતિમાનને લીધે ઉદ્ભવતી અને વીજપ્રવાહ રૂપે ઉપયોગી નીવડતી વીજશકિતને 'વિદ્યુત ઊર્જા' કહે છે. ફલેમિંગ નામના વૈજ્ઞાનિકે કાચના સળિયાને રેશમ સાથે ઘસીને સૌ પ્રથમ સ્થિતિ વિદ્યુત' પેદા કરી હતી ત્યારથી માણસ માટે વિદ્યુત ઊર્જા' અસ્તિત્વમાં આવી હતી. હાલમાં 'ડાયનેમો' અથવા 'વિદ્યુત ઉત્પાદકો (જનરેટરો) દ્વારા ચુંબકીય ક્ષેત્રની ફલકસ રેખાઓમાં ફેરફાર પેદા કરી મોટા પ્રમાણમાં વિદ્યુતઊર્જા' પેદા કરવામાં આવે છે. વિદ્યુત ઉત્તમ પ્રકારની ઊર્જાવાહક (ગતિ – પ્રમાણ બંને રીતે') હોવાથી ઉપરોકત અન્ય ઊર્જાઓના વયવહારિક ઉપયોગ માટે તેમને પ્રથમ વિદ્યુત ઊર્જા માં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે. આજના યુગમાં 'વિધુત ઊર્જા' એક ખૂબ મહત્વનું અંગ બની ચૂકી છે. જેનો ઉપયોગ આધુનિક માનવીના દરેક ક્ષેત્રમાં અનિવાર્ય બની ગયો છે.

સ્ત્રોત :