डिसेंबर २०२४ मध्ये भारतीय तंत्रज्ञान संस्था, मुंबई (आयआयटी मुंबई)च्या धातूशास्त्र अभियांत्रिकी आणि पदार्थ विज्ञान विभागाचे प्राध्यापक अमर्त्य मुखोपाध्याय यांना सोडियम-आयन (Na-ion) बॅटरी तंत्रज्ञानातील अभूतपूर्व कार्यासाठी ‘सस्टेनेबिलिटी’च्या (शाश्वतता) टाटा ट्रान्सफॉर्मेशन पुरस्काराने सन्मानित करण्यात आले. 'पारंपारिक' लिथियम-आयन (Li-ion) बॅटरीच्या तुलनेत अधिक परवडणाऱ्या, सुरक्षित, जलद चार्जिंग क्षमता असलेल्या, विस्तृत तापमानात कार्य करू शकणाऱ्या आणि अधिक टिकाऊ असलेल्या सोडियम-आयन बॅटरीवर लक्ष केंद्रित करून, मुखोपाध्याय देशाच्या स्वच्छ आणि आत्मनिर्भर ऊर्जा भविष्याकडे वाटचाल करत आहेत.
टाटा ट्रान्सफॉर्मेशन पुरस्कार २०२३ मध्ये सुरु झाले. अन्न सुरक्षा (फूड सेक्युरिटी), शाश्वतता (सस्टेनेबिलिटी) आणि आरोग्यसेवा (हेल्थ केअर) क्षेत्रामध्ये भारतासमोरील अत्यंत महत्त्वाच्या सामाजिक आव्हानांना तोंड देणारे तंत्रज्ञान विकसित करणाऱ्या भारतातील द्रष्ट्या वैज्ञानिकांना ओळखून पाठिंबा देणे या पुरस्काराचे उद्दिष्ट आहे.
पदार्थविज्ञानाकडे वाटचाल - दुर्गापूर ते ऑक्सफोर्ड
मुखोपाध्याय यांना शास्त्र विषयाची आवड बालवयापासूनच रुजली. लहानपणापासूनच त्यांच्या आई-वडिलांचा पाठिंबा आणि प्रोत्साहन याचा त्यांच्यावर खोलवर परिणाम झाला. त्यांच्या शाळेतील शिक्षकांच्या विज्ञान शिकवण्याच्या परस्परसंवादी पद्धतीमुळे त्यांना प्रेरणा मिळाली. शाळेपासूनच ते विज्ञान विषयाकडे खेचले जात होते आणि यथावकाश त्यांनी पदार्थ विज्ञान आणि अभियांत्रिकीच्या आंतरविद्याशाखीय क्षेत्रात पाऊल ठेवले. २००३ मध्ये दुर्गापूर (आता एनआयटी दुर्गापूर) येथील प्रादेशिक अभियांत्रिकी महाविद्यालयातून मेटालर्जिकल अभियांत्रिकीमध्ये पदवी मिळवून २००६ मध्ये आयआयटी कानपूर येथून पदार्थ आणि धातूशास्त्र अभियांत्रिकीमध्ये एम. टेक. पदवी घेतल्यानंतर, ते मटेरिअल्स मध्ये डॉक्टरेट ऑफ फिलॉसॉफी (डी फिल) च्या अभ्यासासाठी यूकेमधील ऑक्सफर्ड विद्यापीठात पोहचले.
“ऑक्सफर्ड सारख्या उच्च शिक्षण संस्थेत शिकण्याचे भाग्य मला लाभले. तिथले वातावरण अभ्यास आणि संशोधनाला चालना देणारे होते. एखाद्या विषयातले तज्ञ नसणारे सुद्धा विचारांना चालना देणारे प्रश्न विचारत असत आणि शैक्षणिक/संशोधनात्मक संभाषणात सहभागी होत. तिथे राहून मी खूप काही शिकलो,” ऑक्सफर्ड मधल्या आपल्या समृद्ध करणाऱ्या अनुभवाबद्दल श्री. मुखोपाध्याय म्हणाले.
पदार्थांची रचना, यांत्रिकी व विद्युत-रसायनशास्त्र आणि त्यांच्या गुणधर्मांबद्दल ते जसजसे अधिक शिकले, तसतसे अभियांत्रिकीमध्ये त्यांची आवड वाढत गेली आणि त्यामुळे पदार्थ विज्ञान आणि अभियांत्रिकीमधील त्यांच्या भविष्यातील कारकिर्दीचा पाया रचला गेला. शिक्षण पूर्ण केल्यानंतर आणि आंतरराष्ट्रीय क्षेत्रात संधी असूनही, देशाच्या विकासात योगदान देण्यासाठी ते भारतात परतण्यासाठी कटिबद्ध राहिले.
“मला देशासाठी योगदान द्यायचे होते म्हणून माझे परत येणे ठरलेलेच होते,” असे मुखोपाध्याय यांनी सांगितले.
भारताकडे परतीचा प्रवास - ऑक्सफर्ड ते आयआयटी मुंबई
आयआयटी मुंबई बद्दल मुखोपाध्याय यांना खास जिव्हाळा होता. विज्ञान आणि अभियांत्रिकी शिक्षण/संशोधन या मधले संस्थेचे नावलौकिक आणि मुंबईबद्दलच्या आत्मीयतेमुळे मुखोपाध्याय यांनी ते स्वाभाविकपणे निवडले. मुखोपाध्याय यांना लहानपणी मुंबईचे खूप कौतुक होते, कारण क्रिकेटर सचिन तेंडुलकर आणि गायिका लता मंगेशकर यांचे मुंबई घर होते आणि या महान हस्तींनी त्यांना लहानपणापासून प्रेरित केले होते.
आयआयटी मुंबईमधील सुरवातीबद्दल बोलताना ते सांगतात,
“मला आठवतंय, एक तरुण संशोधक म्हणून संस्थेकडे काही विशिष्ठ उपकरणांसाठी निधी मागायला मी काहीसा दबकत होतो. तेव्हा केवळ ५-१० मिनिटाच्या चर्चेत हा निधी मंजूर झाला. एका तरुण शिक्षकासाठी हा खूप प्रोत्साहन देणारा प्रसंग होता. इथले विद्यार्थी आणि शिक्षक खूप प्रेरित आणि अनौपचारिक आहेत त्यामुळे वातावरण खूप उत्साहवर्धक बनते.”
आयआयटी मुंबईमध्ये मुखोपाध्याय यांनी लवकरच बॅटरीच्या क्षेत्रातील आव्हानात्मक काम हाती घेतले: सोडियम-आयन बॅटरी तयार करणे. लिथियम-आयन बॅटरी साठी लागणारे लिथियम आणि कोबाल्ट सारखे महत्वाचे साहित्य भारतात मर्यादित असून, व्यवहार्य पर्याय शोधण्याची निकड आहे. सोडियम-आयन तंत्रज्ञानाचा शिरकाव हा ‘पारंपरिक’ लिथियम-आयन प्रणाली पेक्षा जास्त शाश्वत (सस्टेनेबल) आणि परवडणारा पर्याय असून त्याचे अनेक फायदे आहेत.
“विद्युत वाहनांच्या तेजीमुळे आपल्याला मध्य-पूर्व देशातून पेट्रोकेमिकल्सच्या आयाती ऐवजी जगातील इतर ठिकाणांहून आता लिथियमची आयात करावी लागेल असे मला एका मित्राने सांगितल्याचे आठवते. हे माझ्या लक्षात राहिले. मला जाणवले की आपल्याला अशा तंत्रज्ञानाची आवश्यकता आहे जे कच्च्या मालासकट देशातच तयार करता येईल आणि आपण आत्मनिर्भर होऊ शकू,” सोडियम-आयन बॅटरी तयार करण्या मागच्या प्रेरणेबद्दल मुखोपाध्याय म्हणाले.
सोडियमचे स्रोत भारतात मुबलक प्रमाणात उपलब्ध आहेत, ज्यामुळे बॅटरीच्या उत्पादनासाठी एक स्थिर पुरवठा निश्चित होऊ शकतो. लिथियमचे तसे नाही. सोडियमच्या वापरामुळे देशाचे आयातींवर अवलंबून असणे कमी होते. सोडियम-आयन बॅटरीज किमान २०-२५% स्वस्त असून किफायतशीर आहेत. याव्यतिरिक्त, त्या विस्तृत तापमान कक्षेत कार्य करू शकतात आणि त्यांच्या साठवणुकीमुळे होणारे धोके कमी असून त्या जास्त सुरक्षित आहेत. म्हणून सोडियम बॅटरीज भारतासारख्या उष्णकटिबंधीय देशासाठी आदर्श आहेत.
भारतासाठी स्वदेशी आणि शाश्वत बॅटरीज
मुखोपाध्याय यांनी लवकरच आयआयटी, मुंबई येथे ‘ॲडवान्सड बॅटरीज अँड सिरॅमिक्स प्रयोगशाळे’ची स्थापना केली ज्यामध्ये अल्कली मेटल-आयन बॅटरी सिस्टीमवर लक्ष केंद्रित केले गेले. त्यांनी सोडियम-आयन बॅटरीज स्वीकारण्यातील अडथळ्यांवर काम करण्यास सुरुवात केली.
“त्यावेळी, अनेकांनी मला हे अशक्य असल्याचे सांगितले. सोडियम-आयन लिथियम-आयनची जागा कधीच घेऊ शकणार नाही. परंतु मी डीएसटी, एसईआरबी आणि इतर काही उद्योगांनी संशोधनासाठी दिलेल्या अनुदानाबद्दल त्यांचे आभार मानतो. त्यामुळे मला हे संशोधन पुढे नेता आले,” मुखोपाध्याय म्हणतात.
आज मुखोपाध्याय यांच्या प्रयोगशाळेमध्ये सोडियम-आयन बॅटरीजच्या वापरात ऐतिहासिकदृष्ट्या मर्यादा आणणाऱ्या अडथळ्यांवर संशोधन चालू आहे. उदाहरणार्थ, पर्यावरणीय घटकांच्या संपर्कात आल्यामुळे ऊर्जा घनता आणि स्थिरता यावर होणारे परिणाम. हवा आणि पाण्यात स्थिर राहू शकणारे सोडियम-संक्रमण धातू ऑक्साईडचे (सोडियम-ट्रान्सिशन मेटल ऑक्साईड) कॅथोड विकसित करण्याच्या त्यांच्या नाविन्यपूर्ण कार्यामुळे अधिक टिकाऊ आणि व्यावहारिक बॅटरी उपायांसाठी मार्ग मोकळा झाला आहे. हवामानाच्या संपर्कात आल्यामुळे होणाऱ्या परिणामांवर मुखोपाध्याय आणि त्यांच्या सहकार्यांनी अशा कॅथोड्सची रचना केली जे पारंपारिक बॅटरी सामग्रीच्या प्रक्रियेत प्रमुख समस्या निर्माण करणाऱ्या सभोवतालच्या हवा, आर्द्रता आणि पाणी जनित हानीचा प्रतिकार करतात.
सोडियम-आयन बॅटरी स्वीकारण्यातील आव्हानांबद्दल बोलताना मुखोपाध्याय म्हणतात,
“सोडियम-आयन बॅटरींसमोर अजूनही ऊर्जा घनता आणि बॅटरीची स्थिरता सुधारणे यासारखी आव्हाने आहेत. सोडियम-आयन बॅटरीसाठी उच्च-क्षमतेचे कॅथोड मटेरियल हाताळणे देखील कठीण असते कारण त्या अत्यंत हायग्रोस्कोपिक असतात (ओलावा शोषून घेतात आणि टिकवून ठेवतात). आम्ही या समस्या सोडवण्यासाठी कार्यरत आहोत."
याशिवाय, बॅटरी इलेक्ट्रोड तंत्रज्ञानात कॅथोडसच्या “ऍक्वेयस प्रोसेसिंग”ची (जलयुक्त प्रक्रिया) सुरुवात हा एक महत्वाचा शोध आहे. बॅटरी इलेक्ट्रोडच्या निर्मिती दरम्यान विषजन्य सेंद्रिय द्रावणांच्या ऐवजी पाणी वापरून केलेली “जलयुक्त प्रक्रिया” खर्च आणि पर्यावरणीय दुष्परिणाम लक्षणीयरीत्या कमी करते. या पद्धतीचा अवलंब केल्याने उत्पादन खर्चात सुमारे १५% बचत होईल आणि त्याचबरोबर ऊर्जेचा वापर आणि धोकादायक उत्सर्जन देखील कमी होईल. उदाहरणार्थ, “जलयुक्त प्रक्रिया” वापरणारी १ गिगावॅट-अवरची सोडियम-आयन बॅटरी उत्पादन करणारी सुविधा सुमारे २० लाख किलोवॅट-अवर ऊर्जा वाचवू शकते आणि दरवर्षी १००० टन कार्बन उत्सर्जन रोखू शकते.
त्यांच्या कार्यासाठी मुखोपाध्याय यांना अनेक पुरस्कार मिळाले, ज्यात इंडियन सिरेमिक सोसायटी तर्फे युवा वैज्ञानिक पुरस्कार, इंडियन नॅशनल अकॅडेमी ऑफ इंजिनीरिंगचे यंग असोसिएट, नव्याने स्थापन झालेल्या भारतातील बॅटरी रिसर्च सोसायटीचे संस्थापक सदस्य व उपाध्यक्ष, स्वर्णजयंती फेलोशिप आणि आता टाटा ट्रान्सफॉर्मेशन पुरस्कार यांचा समावेश आहे.
भविष्यात या तंत्रज्ञानाच्या व्यापक वापरावर लक्ष केंद्रित करण्याचा मुखोपाध्याय यांचा मानस आहे. ते म्हणतात
“हा पुरस्कार या प्रयत्नांना एक अत्यावश्यक चालना देतो, ज्यामुळे सोडियम-आयन बॅटरीचे व्यावसायिकीकरण करण्यासाठी संशोधन आणि पायाभूत सुविधांच्या विकासाला पाठिंबा मिळेल.”
अमर्त्य मुखोपाध्याय यांचा प्रवास विज्ञान-प्रेरित शाळकरी मुलापासून ते आयआयटी मुंबई मधील एक आघाडीचे संशोधक बनण्यापर्यंत झाला आणि आज अत्याधुनिक तंत्रज्ञानावर काम करत ते देशाच्या समस्या सोडवत आहेत. सोडियम-आयन बॅटरी तंत्रज्ञानाच्या अग्रेसर राहून, ते बॅटरी सामग्रीची भारतातील टंचाई आणि ऊर्जेच्या आव्हानांचा सामना करत आहेत आणि स्वच्छ, शाश्वत ऊर्जा उपायांकरता जागतिक चळवळीत योगदान देत आहेत.
तरुण संशोधकांना संदेश देताना मुखोपाध्याय सांगतात,
“आज विज्ञान आणि अभियांत्रिकीमध्ये फारसा फरक नाही; हे सर्व आंतरविद्याशाखीय आहे, जे सर्वांनी अंगीकृत केले पाहिजे. खरा परिणाम साधायचा असेल तर सोडवायला अशक्य वाटले तरीही आव्हानात्मक प्रश्न सोडवण्याचे प्रयत्न केले पाहिजेत. विज्ञानातील कामाकडे केवळ नोकरी म्हणून न बघता, ते देश आणि समाजाच्या हितासाठी केले पाहिजे.”