पायरोप्रोसेसिंग को समझें: सीमेंट भट्ठों से लेकर परमाणु ईंधन के पुनर्चक्रण तक

पायरोप्रोसेसिंग किसी ठोस पदार्थ को बहुत अधिक गर्मी (heat) का इस्तेमाल करके भौतिक या रासायनिक रूप से बदलने की एक विधि है। यह एक शुष्क (dry) प्रक्रिया है (मुख्य चरण में पानी या किसी तरल विलायक का उपयोग नहीं होता) और इसमें बहुत बड़ी मात्रा में ऊर्जा की जरूरत पड़ती है। तीन बड़े क्षेत्र इस पर निर्भर हैं: सीमेंट निर्माण, धातुकर्म (metallurgy, यानी धातुओं को प्राप्त करने और उन पर काम करने का विज्ञान) और परमाणु ऊर्जा। इनमें से सीमेंट बनाना अब तक पायरोप्रोसेसिंग का सबसे बड़ा उपयोगकर्ता है।

सीमेंट प्लांट में बारीक पिसा हुआ चूना पत्थर (limestone), मिट्टी (clay) और लोहा एक लंबी घूमने वाली भट्ठी में डाला जाता है जिसे रोटरी किल्न (rotary kiln) कहते हैं। जब गर्मी लगभग 900 डिग्री सेल्सियस तक पहुंचती है, तो चूना पत्थर अपनी कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ देता है। लगभग 1,450 डिग्री सेल्सियस पर यह मिश्रण आंशिक रूप से पिघलकर संगमरमर जैसे छोटे-छोटे टुकड़ों में बदल जाता है जिन्हें क्लिंकर (clinker) कहा जाता है, और इन्हें बाद में पीसकर सीमेंट बनाया जाता है। धातुकर्म में इसी तरह के गर्मी-आधारित चरण धातुओं को उनके अयस्कों (ores) से बाहर निकालते हैं: रोस्टिंग (roasting) में सल्फाइड अयस्कों को हवा में गर्म करके धातु ऑक्साइड में बदला जाता है, स्मेल्टिंग (smelting) में अयस्क को पिघलाया जाता है ताकि धातु अनचाहे कचरे (जिसे स्लैग कहते हैं) से अलग हो जाए, और कैल्सिनेशन (calcining) में चूना पत्थर को गर्म करके चूना (lime) बनाया जाता है। ये दिखाते हैं कि एक ही विचार, यानी नियंत्रित उच्च-तापमान प्रतिक्रिया, बहुत अलग-अलग उद्योगों में काम आता है।

परमाणु क्षेत्र में इस शब्द का एक खास अर्थ है। यहां पायरोप्रोसेसिंग खर्च हो चुके (पहले से इस्तेमाल किए गए) परमाणु ईंधन को फिर से संसाधित (reprocess) करने का एक तरीका है, यानी किसी रिएक्टर से बचे हुए ईंधन को इस तरह उपचारित किया जाता है कि उसमें से उपयोगी पदार्थ निकालकर दोबारा इस्तेमाल किए जा सकें। ये विधियां 1980 और 1990 के दशक में विकसित की गई थीं। इस्तेमाल किए गए ईंधन को पहले छोटे-छोटे टुकड़ों में तोड़ा जाता है और एक गर्म नमक के घोल (salt bath) में डाला जाता है, जो आमतौर पर लिथियम और पोटैशियम क्लोराइड का मिश्रण होता है और इसे 500 डिग्री सेल्सियस से ऊपर रखा जाता है। फिर इस पिघले हुए नमक में से एक विद्युत धारा (electric current) गुजारी जाती है, और अलग-अलग तत्व अपने विद्युत-रासायनिक (electrochemical) व्यवहार के आधार पर अलग हो जाते हैं, जिससे ऑपरेटर मनचाहे तत्वों को अलग-अलग धाराओं में इकट्ठा कर सकते हैं। यह शुष्क, नमक-आधारित तरीका जापान, दक्षिण कोरिया और संयुक्त राज्य अमेरिका जैसे देशों में अध्ययन किया जाता है, और यह उन्नत फास्ट रिएक्टरों (ऐसे रिएक्टर जो तेज गति वाले न्यूट्रॉन का उपयोग करते हैं और ईंधन का बेहतर उपयोग कर सकते हैं) से जुड़ा हुआ है।

भारतीय परीक्षा अभ्यर्थियों के लिए परमाणु पक्ष सबसे महत्वपूर्ण बात है। पुनर्संसाधन (reprocessing), यानी खर्च हो चुके ईंधन से दोबारा इस्तेमाल होने वाले पदार्थ को निकालना, होमी भाभा द्वारा बनाए गए भारत के तीन-चरणीय परमाणु ऊर्जा कार्यक्रम के केंद्र में है। पहला चरण दाबित भारी जल रिएक्टरों (Pressurised Heavy Water Reactors) का उपयोग करता है, दूसरा चरण फास्ट ब्रीडर रिएक्टरों (Fast Breeder Reactors) का उपयोग करता है जो पुनर्संसाधन के जरिए प्राप्त प्लूटोनियम से चलते हैं, और तीसरे चरण का लक्ष्य भारत के विशाल थोरियम भंडार का उपयोग करना है। भारत वर्तमान में मुख्य रूप से तारापुर और कलपक्कम जैसे संयंत्रों में गीली PUREX (Plutonium Uranium Redox Extraction) रासायनिक विधि पर निर्भर है, जबकि शुष्क पायरोप्रोसेसिंग फास्ट-रिएक्टर ईंधन चक्रों के लिए एक भविष्य की संभावना बनी हुई है। दोनों तरीकों को समझने से यह समझाने में मदद मिलती है कि ईंधन का पुनर्चक्रण भारत की परमाणु योजना को अधिक आत्मनिर्भर क्यों बनाता है।