सूक्ष्म प्लॅस्टिक प्रदूषक शोधण्यासाठी मायक्रोवेव्ह्सचा उपयोग

^{प्रतिमा श्रेय: विकिमीडिया कॉमन्स, ओरेगॉन स्टेट} 

आपल्या एका केसाच्या हजारपट बारीक असे प्लॅस्टिकचे मायक्रो आणि नॅनो - सूक्ष्म आणि अतिसूक्ष्म - कण पर्यावरणासाठी अतिशय घातक ठरत आहेत. भारतीय तंत्रज्ञान संस्था, मुंबई (आयआयटी, मुंबई) येथील प्रा. टी. आय. एल्दो यांच्या नेतृत्वाखाली, मांगोसुतू तंत्रज्ञान विद्यापीठ, साऊथ आफ्रिका येथील डॉ. अनिल लोनप्पन यांच्या सहयोगाने केल्या गेलेल्या एका अभ्यासाद्वारे संशोधक गटाने प्रयोगशाळेतील नमुन्यांमधील प्लॅस्टिकचे सूक्ष्म आणि अतिसूक्ष्म कण शोधून काढण्यासाठी नवीन तंत्र तयार केले. या तंत्राचे वैशिष्ट्य असे की त्यामध्ये नमुन्याच्या नैसर्गिक स्वरूपामध्ये कोणताही बदल होत नाही. या पद्धतीनुसार, पदार्थ मायक्रोवेव्ह्सच्या क्षेत्रामध्ये ठेवला असता त्याच्या विद्युत गुणधर्मांमध्ये जो बदल घडतो त्याद्वारे पदार्थ ओळखला जातो. यासाठी, हातात धरण्याजोगे उपकरण तयार करून त्याच्या सहाय्याने पर्यावरणातील नमुन्यांमधील प्लॅस्टिक प्रदूषक शोधता येतील अशी संशोधकांना आशा आहे. हा शोधनिबंध जर्नल ऑफ हॅझार्डस मटेरियल्स या नियतकालिकामध्ये प्रकाशित झाला.

प्लॅस्टिकमुळे होणाऱ्या प्रदूषणाचे आव्हान आता सर्वज्ञात आहे आणि त्यावर चर्चा सुरू होऊन देखील बराच काळ उलटला आहे. परंतु, गेल्या काही वर्षात आणखी एका प्रकारचे प्लॅस्टिक प्रदूषण समोर आले, ते म्हणजे सूक्ष्म आणि अतिसूक्ष्म प्लॅस्टिक कण. डोळ्याला न दिसणारे असे हे प्लॅस्टिकचे अतिशय बारीक कण अगदी अंटार्क्टिकच्या शुद्ध नैसर्गिक वातावरणापासून ते माणसाच्या शरीरातील अवयवांपर्यंत सर्वत्र आढळू लागले आहेत. विविध अभ्यासांमध्ये हे सिद्ध झाले आहे की पिके, फळे, मासे, पेंग्विन तसेच मानवी प्लॅसेंटा (गर्भ वेष्टन किंवा वार) यामध्ये देखील प्लॅस्टिकचे अतिसूक्ष्म कण आढळून आले आहेत. तसेच, हे कण हवामान बदलासाठी देखील काही अंशी कारणीभूत असल्याचा अंदाज आहे. या सूक्ष्म व अतिसूक्ष्म प्लॅस्टिक कणांचा पर्यावरणावर आणि आरोग्यावर नक्की काय परिणाम होणार आहे हे अद्याप पूर्णपणे माहीत नसून त्यावरील संशोधन चालू आहे. सूक्ष्म आणि अतिसूक्ष्म प्लॅस्टिक कणांमुळे निर्माण होणारा धोका मोठा आणि अनेक प्रकारचा असू शकतो. “त्यामुळे पर्यावरण नेमके किती प्रमाणात प्रदूषित झाले आहे याची संपूर्ण माहिती अजून मिळालेली नाही,” अशी टिप्पणी डॉ. रणजीत यांनी केली. डॉ. रणजीत आयआयटी, मुंबई येथे आपले पीएचडीनंतरचे संशोधन करत असताना या अभ्यासात कार्यरत होते.

सूक्ष्म आणि अतिसूक्ष्म प्लॅस्टिकविषयी जसजशी अधिक माहिती मिळत आहे तसतशी त्याचा प्रसार रोखण्यासाठी आणि नियंत्रित करण्यासाठीची प्रेरणा वाढत आहे. आरोग्याला असलेला धोका लक्षात घेता, हे प्लॅस्टिक प्रदूषक घटक शोधणे गरजेचे असले तरी सध्या अवघड ठरत आहे. याचे कारण प्लॅस्टिक घटक शोधण्यासाठी सध्या अस्तित्वात असलेल्या चाचण्या प्रयोगशाळेमध्ये कराव्या लागतात आणि त्यासाठी अधिक विजेची व विशेष तंत्रज्ञाची गरज आहे. त्यामुळे, या चाचण्यांसाठी ऊर्जा-कार्यक्षम, जलद निकाल देणारी आणि वापरायला सोपी अशी पर्यायी तंत्रे निर्माण होणे आवश्यक आहे. या पार्श्वभूमीवर, आयआयटी, मुंबईच्या संशोधक गटाने, प्लॅस्टिक प्रदूषक शोधण्यासाठी मायक्रोवेव्ह्सचा उपयोग करता येईल का हे पडताळून पाहिले. “इतर पंक्तीय (स्पेक्ट्रोस्कोपिक) पद्धतींच्या तुलनेत मायक्रोवेव्ह्सवर आधारित प्रक्रियेला वेळ आणि ऊर्जा कमी लागते. पारंपरिक पद्धतींमध्ये नमुना बाहेरून गरम केला जाऊ शकतो, ज्यामध्ये नमुन्याच्या नैसर्गिक स्वरूपाचा ऱ्हास होऊ शकतो. त्या तुलनेत, मायक्रोवेव्ह्समुळे ही शक्यता कमी होते.” असे डॉ. रणजीत यांनी स्पष्ट केले. शिवाय मायक्रोवेव्ह्सवर आधारित प्रक्रिया सर्वसाधारणपणे जास्त पर्यावरणस्नेही समजल्या जातात.

विविध प्लॅस्टिक पॉलिमरसह मायक्रोवेव्ह्सची प्रक्रिया घडते आणि त्यामुळे प्लॅस्टिक पॉलिमरचे काही विद्युत गुणधर्म बदलतात. पदार्थाची विद्युत रोधकता आणि वाहकता अभ्यासण्यासाठी ३०० किलोहर्ट्झपर्यंतचे म्हणजेच कमी वारंवारता असलेले संकेत (लो-फ्रिक्वेन्सी सिग्नल) वापरले जातात तर, पराविद्युत (डायइलेक्ट्रिक) गुणधर्म अभ्यासण्यासाठी ३०० मेगाहर्ट्झ ते ४ गीगाहर्ट्झचे उच्च वारंवारता असलेले संकेत (हाय-फ्रिक्वेन्सी सिग्नल) वापरले जातात. सदर अभ्यासामध्ये संशोधकांनी एस-बॅंडमधील (२-४ गीगाहर्ट्झ) मायक्रोवेव्ह्सचा वापर केला आणि दाखवून दिले की ओल्या व सुक्या दोन्ही प्रकारच्या नमुन्यांमधील प्लॅस्टिक ओळखण्यासाठी पराविद्युत स्थिरांकाचा (डायइलेक्ट्रिक कॉन्स्टन्ट) उपयोग होऊ शकतो. तसेच, अवशोषण हानी (अब्सॉर्प्शन लॉस) आणि पराविद्युत हानी स्पर्शरेषा (डायइलेक्ट्रिक लॉस टँजेन्ट) या दोन गुणधर्मांचा सुक्या नमुन्यातील प्लॅस्टिक शोधण्यासाठी उपयोग होतो.

स्वयंपाकघरातील मायक्रोवेव्ह ओव्हन मध्ये जेव्हा अन्न पदार्थ ठेवला जातो तेव्हा मायक्रोवेव्ह्समुळे त्यातील पाण्याच्या अणूंवर प्रक्रिया होऊन पदार्थ गरम होतो. त्याचप्रमाणे, इतर कोणताही पदार्थ मायक्रोवेव्ह्स उपस्थित असलेल्या क्षेत्रामध्ये आल्यास त्याचे विद्युत गुणधर्म बदलतात. मायक्रोवेव्ह्स निरनिराळ्या पदार्थांवर निरनिराळ्या प्रकारे प्रक्रिया करतात. निरनिराळ्या पदार्थांमध्ये मायक्रोवेव्ह्समुळे होणारे मोजता येतील असे बदल देखील वेगवेगळे असतात. त्यातही प्रत्येक प्रकारच्या प्लॅस्टिकमध्ये होणारे बदल हे विशिष्ट असतात. त्यामुळे, मायक्रोवेव्ह क्षेत्रामध्ये येणाऱ्या प्रत्येक प्रदूषकाच्या पराविद्युत गुणधर्मांमधील बदल काळजीपूर्वक मोजले तर नमुन्यामध्ये प्लॅस्टिक आहे किंवा नाही हे ओळखता येऊ शकते.

आयआयटी, मुंबईच्या संशोधकांनी तयार केलेल्या यंत्रणेमध्ये साधारणपणे एक फूट लांबीचा मायक्रोवेव्ह क्षेत्र असलेला कप्पा असून, वेगवेगळे विद्युत प्राचल मोजू शकणारे नेटवर्क ॲनलायझर हे उपकरण या यंत्रणेला जोडले आहे. चाचणी नमुना काचेच्या पातळ नळीमध्ये ठेवून मायक्रोवेव्ह क्षेत्रामध्ये ठेवला जातो व योग्य प्रमाणातील उच्च वारंवारता असलेले मायक्रोवेव्ह्स या क्षेत्रात सोडले जातात. नमुन्यामध्ये प्लॅस्टिक पॉलिमर उपस्थित असताना त्याच्या विद्युत प्राचलामध्ये कोणते बदल झाले याची नोंद नेटवर्क ॲनलायझरच्या सहाय्याने घेतली जाते. सध्या या तंत्राद्वारे मुबलक प्रमाणात आढळणारे पॉलिप्रोपिलीन, लो-डेन्सिटी पॉलिएथिलीन, हाय-डेन्सिटी पॉलिएथिलीन आणि क्रॉस-लिंक्ड लो-डेन्सिटी पॉलिएथिलीन हे प्लॅस्टिक पॉलिमर ओळखता येतात. पिशव्या, बाटल्या, दोऱ्या, चटया आणि कॉम्प्युटरचे भाग अशा आपल्या दैनंदिन वापरातील बहुतांश प्लास्टिकच्या वस्तू याच पॉलिमरने बनलेल्या असतात.  

आयआयटी, मुंबईच्या संशोधकांनी प्रस्तावित केलेले तंत्र कार्यक्षम, आर्थिकदृष्ट्या व्यवहार्य आणि प्रत्यक्ष वापरण्यायोग्य असून प्रयोगशाळेत तयार केलेल्या नमुन्यांवर त्याचे चांगले परिणाम मिळालेले आहेत. परंतु, प्रत्यक्ष पर्यावरणातील नमुन्यांवर अद्याप त्याची चाचणी झालेली नाही. “आम्ही आतापर्यंत केवळ चार प्रकारचे पॉलिमर अभ्यासले आहेत. वास्तविक आणखीही काही प्रकारचे प्लॅस्टिक प्रदूषक घटक अस्तित्वात असतात. तसेच, चाचणी नमुन्याचा आकार लहान असणे महत्वाचे आहे, कारण चाचणी नमूना आणि मायक्रोवेव्ह क्षेत्र यांच्या आकारमानाचे एकमेकांशी असलेले प्रमाण या तंत्रामध्ये फार महत्वाचे आहे.” असे सांगून प्रा. एल्दो यांनी या अभ्यासाच्या मर्यादा स्पष्ट केल्या. लहान आकाराचा नमूना आवश्यक असल्याने हे तंत्र मोठ्या आकाराच्या नमुन्यातील प्लॅस्टिक शोधण्यासाठी वापरता येणार नाही.

या अभ्यासाचा आवाका वाढवण्याच्या दृष्टीने संशोधक सध्या इतर फ्रिक्वेन्सीचे मायक्रोवेव्ह आणि पर्यावरणीय व जैविक नमुन्यांमध्ये असलेले इतर प्रकारचे प्लॅस्टिक पॉलिमर विचारात घेत आहेत. या तंत्रावर आधारित उपकरण बनवण्यामध्ये, उपकरणाचे आवरण (केसिंग) आणि नमुना धरण्याच्या साधनाची (धारिका) रचना हे विशेष आव्हानात्मक भाग आहेत. अवतीभवती सर्वत्र उपस्थित असलेले सूक्ष्म आणि अतिसूक्ष्म प्लॅस्टिक प्रदूषक शोधता यावेत यासाठी हे उपकरण लहान व हातात धरण्याजोगे बनवण्याचा संशोधकांचा मानस आहे. “उपकरणाचे आवरण (केसिंग) आणि नमुना धारिकेची रचना हे एक मोठे आव्हान आहे. प्रयोगशाळेत नमुना धारिकेच्या प्रतिरुपावरील केलेल्या अभ्यासामध्ये असे दिसून आले की प्रयोगस्थितीमध्ये ते विचलित होऊ शकते,” असे सांगून डॉ. रणजीत यांनी भविष्यातील आव्हाने स्पष्ट केली. सध्या, संशोधक गट नमुना धारिकेच्या रचनेतील समस्या कशा सोडवता येतील आणि प्रत्यक्षातील नमुन्यांवर काम करेल अशी मायक्रोवेव्ह वारंवारता (उपकरणात वापरण्यासाठी) कोणती असेल हे शोधत आहे.

मायक्रोवेव्ह्सचा प्रथमच प्लॅस्टिक प्रदूषक शोधण्यासाठी वापर करून संशोधकांनी मायक्रोवेव्ह्सचे उपायोजन आणि प्लॅस्टिक प्रदूषक शोधण्याच्या नव्या दिशा निर्माण केल्या आहेत. संशोधकांच्या नियोजनानुसार, प्रयोगशाळेत यशस्वी ठरलेल्या या तंत्राचा वापर करणारी हातात धरण्यायोग्य लहान उपकरणे जर तयार करता आली तर सूक्ष्म आणि अतिसूक्ष्म प्लॅस्टिक कणांमुळे निर्माण झालेल्या धोक्यांवर उपाययोजना करण्यासाठी मोठी मदत होईल.