कोयला और पेट्रोलियम (Coal and Petroleum)

1. प्राकृतिक संसाधनों का वर्गीकरण एवं जीवाश्म ईंधनों की उत्पत्ति

1.1 प्राकृतिक संसाधनों की वैज्ञानिक अवधारणा एवं वर्गीकरण

मानव जीवन की मूलभूत आवश्यकताओं—भोजन, वस्त्र, आवास, परिवहन और औद्योगिक उत्पादन—की पूर्ति प्रत्यक्ष अथवा परोक्ष रूप से प्रकृति द्वारा प्रदत्त पदार्थों से होती है। वे सभी भौतिक, रासायनिक और जैविक पदार्थ जो मानव को बिना किसी मानवीय हस्तक्षेप के सीधे प्रकृति से प्राप्त होते हैं, प्राकृतिक संसाधन (Natural Resources) कहलाते हैं।

प्रकृति में इनकी उपलब्धता, संचित मात्रा तथा मानवीय उपभोग के आधार पर प्राकृतिक संसाधनों को दो प्रमुख वर्गों में विभाजित किया गया है:

1. अक्षय प्राकृतिक संसाधन (Inexhaustible Natural Resources):

   • वैज्ञानिक परिभाषा: वे प्राकृतिक संसाधन जो प्रकृति में असीमित मात्रा में विद्यमान हैं और जिनका भंडार मानव के निरंतर तथा अनियंत्रित क्रियाकलापों द्वारा कभी समाप्त नहीं हो सकता, अक्षय या असीमित प्राकृतिक संसाधन कहलाते हैं।
   • प्रमुख उदाहरण:
     • सूर्य का प्रकाश (सौर ऊर्जा): सूर्य के क्रोड (Core) में निरंतर होने वाले नाभिकीय संलयन (Nuclear Fusion) के कारण पृथ्वी को अरबों वर्षों तक अक्षय ऊर्जा प्राप्त होती रहेगी।
     • वायु (Air): पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण बल द्वारा आबद्ध वायुमंडल जीवनदायी ऑक्सीजन और प्रकाश संश्लेषण हेतु कार्बन डाइऑक्साइड प्रदान करता है, जिसका संचरण प्राकृतिक चक्रों द्वारा निरंतर बना रहता है।
     • जल चक्र (Hydrological Cycle): यद्यपि स्थानीय स्तर पर प्रदूषण और भूजल के अत्यधिक दोहन से पेयजल का संकट उत्पन्न होता है, किंतु वैश्विक दृष्टि से वाष्पीकरण, संघनन और वर्षा द्वारा कुल जल की मात्रा संतुलित रहती है।
     • पवन एवं ज्वारीय ऊर्जा: वायुमंडलीय तापांतर और चंद्रमा-सूर्य के गुरुत्वाकर्षण से संचालित ऊर्जा स्रोत।

2. समाप्त होने वाले प्राकृतिक संसाधन (Exhaustible Natural Resources):

   • वैज्ञानिक परिभाषा: वे प्राकृतिक संसाधन जो प्रकृति में अत्यंत सीमित मात्रा में उपलब्ध हैं तथा जिनके बनने में लाखों-करोड़ों वर्ष का भू-वैज्ञानिक समय लगता है। यदि इनका उपभोग इसी तीव्र गति से जारी रहा, तो निकट भविष्य में इनके भंडार पूर्णतः समाप्त हो जाएंगे।
   • प्रमुख उदाहरण:
     • वन एवं वन्यजीव (Forests & Wildlife): अंधाधुंध कटाई और आवास विनाश से वनों का ह्रास और प्रजातियों का विलोपन।
     • खनिज एवं धात्विक अयस्क (Minerals & Ores): लोहा, तांबा, बॉक्साइट, अभ्रक आदि के सीमित भू-गर्भीय निक्षेप।
     • जीवाश्म ईंधन (Fossil Fuels): कोयला, पेट्रोलियम और प्राकृतिक गैस।

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प्राकृतिक संसाधनों का तुलनात्मक वैज्ञानिक विश्लेषण
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मानदंड                   अक्षय प्राकृतिक संसाधन          समाप्त होने वाले प्राकृतिक संसाधन
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प्रकृति में मात्रा       असीमित / अनंत                  अत्यंत सीमित एवं निश्चित
पुनर्निर्माण की दर      सतत एवं तात्कालिक              लाखों-करोड़ों वर्ष (अति धीमी)
मानवीय उपभोग का प्रभाव  समाप्त नहीं हो सकते            तीव्र दोहन से पूर्णतः समाप्त हो सकते हैं
पर्यावरणीय प्रभाव        प्रायः प्रदूषणमुक्त (स्वच्छ)    दहन से गंभीर वायु व जल प्रदूषण
प्रमुख उदाहरण            सूर्य का प्रकाश, वायु, पवन      कोयला, पेट्रोलियम, प्राकृतिक गैस, खनिज
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1.2 जीवाश्म ईंधन (Fossil Fuels) की परिभाषा एवं महत्व

समाप्त होने वाले प्राकृतिक संसाधनों में औद्योगिक सभ्यता की रीढ़ जीवाश्म ईंधन हैं।

• शाब्दिक एवं वैज्ञानिक अर्थ: लैटिन भाषा के शब्द fossilis का अर्थ होता है 'जमीन से खोदकर निकाला गया'। मृत जीवों के करोड़ों वर्षों पुराने अवशेष जो अवसादी चट्टानों में दबे मिलते हैं, जीवाश्म (Fossils) कहलाते हैं।
• वैज्ञानिक परिभाषा: पृथ्वी के गर्भ में अत्यधिक उच्च दाब, उच्च ताप तथा वायु (ऑक्सीजन) की पूर्ण अनुपस्थिति में मृत वनस्पति एवं मृत सूक्ष्म जीवों के करोड़ों वर्षों के रासायनिक रूपांतरण से बने ऊर्जा-सघन ईंधनों को जीवाश्म ईंधन (Fossil Fuels) कहा जाता है।
• जीवाश्म ईंधनों की त्रयी:
  1. कोयला (Coal): पादप अवशेषों से निर्मित ठोस कार्बनिक ईंधन।
  2. पेट्रोलियम (Petroleum): समुद्री सूक्ष्मजीवों से निर्मित द्रव हाइड्रोकार्बन मिश्रण।
  3. प्राकृतिक गैस (Natural Gas): पेट्रोलियम के साथ या स्वतंत्र निक्षेपों में पाई जाने वाली गैसीय ईंधन (मुख्यतः मीथेन)।

1.3 भू-वैज्ञानिक कालखंड: कार्बोनिफेरस युग (लगभग 30 करोड़ वर्ष पूर्व)

जीवाश्म ईंधनों के अनवीकरणीय स्वरूप को समझने के लिए छात्रों को पृथ्वी के गहरे भू-वैज्ञानिक इतिहास को समझना आवश्यक है:

• आज से लगभग 300 मिलियन (30 करोड़) वर्ष पूर्व, कार्बोनिफेरस भू-वैज्ञानिक युग में, पृथ्वी के निचले जलीय व दलदली क्षेत्रों में घने और विशालकाय उष्णकटिबंधीय वन (विशाल फर्न, लाइकोपोड्स और दलदली वृक्ष) लहलहाते थे।
• प्राकृतिक आपदाओं—जैसे भीषण बाढ़, ज्वालामुखी विस्फोट, भूकंप और विवर्तनिक हलचलों—के कारण ये घने वन उखड़कर मिट्टी और दलदल के नीचे दब गए।
• सामान्य दशाओं में मृत लकड़ी का वायवीय जीवाणुओं द्वारा अपघटन हो जाता है, जिससे कार्बन डाइऑक्साइड वायुमंडल में लौट जाती है। किंतु दलदली जल में घुलित ऑक्सीजन के अभाव (अनॉक्सी दशाओं) के कारण मृत पादपों का सामान्य क्षय रुक गया।
• समय बीतने के साथ, उनके ऊपर गाद, रेत और मिट्टी की परतें दर परतें जमा होती गईं। ऊपर से पड़ते करोड़ों टन मिट्टी के भार से अत्यधिक संपीडक दाब (Lithostatic Pressure) उत्पन्न हुआ और पृथ्वी के आंतरिक भाग की ऊष्मा से तापमान 100°C से 300°C तक बढ़ गया।
• लाखों-करोड़ों वर्षों तक ऑक्सीजन रहित उच्च ताप और उच्च दाब की इन चरम परिस्थितियों में यह प्राचीन पादप सामग्री सघन, ऊर्जा-युक्त कोयले में परिवर्तित हो गई।

1.4 मानव समय-पैमाने पर जीवाश्म ईंधनों की अपूरणीयता

बिहार बोर्ड परीक्षा में यह अवधारणा विशेष रूप से पूछी जाती है कि जीवाश्म ईंधनों को 'अनवीकरणीय' (Non-renewable) क्यों कहा जाता है:

• प्रकृति को कोयले और कच्चे तेल के मौजूदा भंडारों को बनाने में लगभग 30 करोड़ वर्ष का समय लगा।
• मानव सभ्यता ने 18वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में शुरू हुई औद्योगिक क्रांति के बाद मात्र 200 से 250 वर्षों के भीतर ही इन विशाल वैश्विक भंडारों के एक बड़े हिस्से को जलाकर समाप्त कर दिया है।
• इनके उपभोग की दर इनके प्राकृतिक निर्माण की दर से लगभग दस लाख गुना अधिक तीव्र है।
• अतः वर्तमान मानव जीवनकाल अथवा कई पीढ़ियों के समय-पैमाने पर इन्हें दोबारा नहीं बनाया जा सकता। इसलिए ये समाप्त होने वाले, अनवीकरणीय संसाधन हैं, जिनका विवेकपूर्ण संरक्षण अनिवार्य है।

2. कोयला — भू-वैज्ञानिक निर्माण, कार्बनीकरण एवं भंजक आसवन के उत्पाद

2.1 कोयले की भौतिक एवं रासायनिक प्रकृति

कोयला (Coal) एक कठोर, काले अथवा गहरे भूरे रंग का दहनशील अवसादी शैल (Combustible Sedimentary Rock) है। यह मुख्य रूप से तात्विक कार्बन, हाइड्रोजन, ऑक्सीजन तथा अल्प मात्रा में नाइट्रोजन और गंधक (सल्फर) के यौगिकों से बना होता है। यह मानव द्वारा उपयोग किए जाने वाले सबसे प्राचीन और आधारभूत ईंधनों में से एक है, जिसने 19वीं सदी में भाप के इंजनों, रेलगाड़ियों, पानी के जहाजों और आधुनिक इस्पात कारखानों को ऊर्जा प्रदान कर औद्योगिक क्रांति का सूत्रपात किया।

कोयले के भौतिक लक्षण:
- रंग: काला या गहरा भूरा
- कठोरता: भंगुर से लेकर कठोर चट्टानी ठोस
- संरचना: अवसादी, परतों में संचित दहनशील कार्बनिक पदार्थ
- मुख्य घटक: तात्विक कार्बन (50% से 95% से अधिक)

2.2 कोयला निर्माण की रासायनिक प्रक्रिया: कार्बनीकरण (Carbonisation)

मृत पादप सामग्री के भू-वैज्ञानिक रूपांतरण द्वारा कोयला बनने की वैज्ञानिक परिघटना को कार्बनीकरण कहा जाता है।

• कार्बनीकरण की प्रामाणिक परिभाषा: उच्च दाब, उच्च ताप तथा वायु (ऑक्सीजन) की अनुपस्थिति में मृत वनस्पति के अत्यंत मंद रासायनिक प्रक्रम द्वारा कोयले में परिवर्तित होने की क्रिया को कार्बनीकरण (Carbonisation) कहते हैं।

• कोयलाकरण की चार क्रमिक श्रेणियाँ (Ranks of Coal): जैसे-जैसे दबी हुई वनस्पति पर गहराई, ताप और संपीडन का प्रभाव बढ़ता जाता है, उसमें से नमी और वाष्पशील गैसें बाहर निकलती जाती हैं तथा शुद्ध कार्बन का प्रतिशत बढ़ता जाता है। इस आधार पर कोयले की चार मुख्य श्रेणियाँ हैं:

  1. पीट (Peat):
     • स्थिति: कोयला निर्माण का प्रथम एवं सबसे प्रारंभिक चरण; यह अभी पूर्ण रूप से चट्टान में रूपांतरित नहीं हुआ होता।
     • कार्बन प्रतिशत: लगभग 50% से 60% कार्बन।
     • विशेषताएँ: अत्यधिक नमी, इसमें लकड़ी के रेशे, काई और पत्तियों के टुकड़े स्पष्ट दिखाई देते हैं।
     • दहन: जलने पर अत्यधिक धुआँ और राख उत्पन्न करता है; इसका ऊष्मीय मान (Calorific Value) अत्यंत कम होता है।
  2. लिग्नाइट (Lignite / भूरा कोयला):
     • स्थिति: द्वितीय चरण, इसे सामान्यतः 'भूरा कोयला' कहा जाता है।
     • कार्बन प्रतिशत: लगभग 60% से 70% कार्बन।
     • विशेषताएँ: कोमल, भुरभुरी संरचना; शुष्क वायु में खुला छोड़ने पर स्वतः टूटकर बिखरने लगता है।
     • उपयोग: मध्यम ऊष्मीय मान; इसका मुख्य उपयोग ताप विद्युत गृहों (Thermal Power Stations) में बिजली उत्पादन के लिए किया जाता है।
  3. बिटुमिनस कोयला (Bituminous Coal):
     • स्थिति: विश्व तथा भारत में सबसे व्यापक रूप से पाया जाने वाला और सर्वाधिक व्यावसायिक महत्व का कोयला।
     • कार्बन प्रतिशत: लगभग 75% से 85% कार्बन।
     • विशेषताएँ: ठोस, काला, चमकदार और धुंधली पट्टियों वाली सघन चट्टान।
     • उपयोग: उच्च ऊष्मीय मान; इसका उपयोग बिजली उत्पादन, सीमेंट उद्योग तथा धातुकर्मीय कोक (Metallurgical Coke) बनाने में व्यापक रूप से होता है।
  4. एंथ्रेसाइट (Anthracite):
     • स्थिति: कोयले की सर्वोच्च एवं सर्वोत्तम कोटि।
     • कार्बन प्रतिशत: 90% से 95% से अधिक शुद्ध तात्विक कार्बन।
     • विशेषताएँ: अत्यधिक कठोर, चमकदार, धात्विक आभा युक्त काला ठोस।
     • दहन गुण: इसका ऊष्मीय मान सर्वोच्च होता है; यह बिना धुएँ के नीली लौ के साथ शांत जलता है और जलने के बाद नाममात्र की राख छोड़ता है। यह दुर्लभ एवं बहुमूल्य है।

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कोयलाकरण की क्रमिक अवस्थाएँ (कार्बन प्रतिशत एवं ऊष्मीय मान में वृद्धि)
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श्रेणी (Rank)   कार्बन %     नमी का स्तर    ऊष्मीय मान      विशेष भौतिक लक्षण
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वनस्पति         ~40%        अति उच्च       अत्यल्प         दलदली पौधे, फर्न, लकड़ी
पीट             50 - 60%    उच्च           निम्न           रेशेदार, स्पंजी भूरा पदार्थ
लिग्नाइट         60 - 70%    मध्यम          मध्यम-निम्न     कोमल, भुरभुरा भूरा शैल
बिटुमिनस        75 - 85%    निम्न          उच्च            सघन, काला, कठोर व्यापारिक कोयला
एंथ्रेसाइट       90 - 98%    अत्यल्प        सर्वोच्च        अत्यंत कठोर, चमकदार, धुआँरहित
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--> गहराई, भू-गर्भीय दाब, तापमान और लाखों वर्षों की अवधि में वृद्धि -->

2.3 कोयले का भंजक आसवन (Destructive Distillation of Coal)

जब कोयले को वायु की अनुपस्थिति में उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है, तो ऑक्सीजन के अभाव में यह जलता नहीं है, अपितु इसके जटिल कार्बनिक अणु टूटकर विभिन्न उपयोगी ठोस, द्रव और गैसीय घटकों में विभाजित हो जाते हैं।

• वैज्ञानिक परिभाषा: वायु की पूर्ण अनुपस्थिति में कोयले को एक बंद पात्र में लगभग 1000°C से 1200°C के उच्च तापमान पर गर्म करके इसके रासायनिक घटकों को अलग करने की प्रक्रिया को कोयले का भंजक आसवन (Destructive Distillation) कहते हैं।
• प्रयोगशाला व्यवस्था:
  • एक कठोर काँच की क्वथन नली में कोयले का महीन चूर्ण लेकर उसे क्षैतिज रूप से क्लैंप पर कसा जाता है।
  • बर्नर की तेज लौ से नली को अत्यधिक गर्म किया जाता है।
  • नली से निकलने वाली निकास नली को जल से भरे दूसरे फ्लास्क में डुबोया जाता है, जिसके ऊपर एक जेट नली लगी होती है।

कोयले का भंजक आसवन (रासायनिक अपघटन प्रक्रम):
कोयला + तीव्र ऊष्मा (1000°C, वायु/ऑक्सीजन रहित)
    ├── ठोस अवशेष      --> कोक (Coke) [पात्र में शेष]
    ├── संघनित भारी द्रव --> कोलतार (Coal Tar) [जल के नीचे काला गाढ़ा द्रव]
    ├── जलीय परत       --> अमोनियाकल द्रव (Ammoniacal Liquor) [जल में घुला अमोनिया]
    └── अ-संघनित गैस   --> कोयला गैस (Coal Gas) [जेट नली पर जलती है]

2.4 भंजक आसवन के प्रमुख व्यावसायिक उत्पाद एवं उनके उपयोग

1. कोक (Coke):

   • भौतिक प्रकृति: यह एक कठोर, सरंध्र (Porous) तथा काले रंग का ठोस पदार्थ है, जो वाष्पशील पदार्थों के निकल जाने के बाद पात्र में शेष बचता है। यह कार्बन का लगभग शुद्ध रूप है (लगभग 98% शुद्ध कार्बन)।
   • दहन गुण: इसमें वाष्पशील पदार्थ न होने के कारण यह बिना धुएँ के तेज ऊष्मा के साथ जलता है।
   • महत्वपूर्ण औद्योगिक उपयोग:
     • धातुकर्मीय अपचायक (Reducing Agent): वात्या भट्टी (Blast Furnace) में लोहे के निष्कर्षण (हेमेटाइट अयस्क $Fe_2O_3$ से ढलवा लोहा प्राप्त करने) में कोक सबसे महत्वपूर्ण अपचायक के रूप में प्रयुक्त होता है।
     • इस्पात निर्माण: आधुनिक इस्पात (Steel) उद्योग में लोहे के साथ निश्चित अनुपात में कोक मिलाकर स्टील बनाया जाता है।
     • औद्योगिक गैस निर्माण: वाटर गैस ($CO + H_2$) तथा प्रोड्यूसर गैस ($CO + N_2$) बनाने में।

2. कोलतार (Coal Tar):

   • भौतिक प्रकृति: यह एक गाढ़ा, काला, अत्यंत श्यान (Viscous) द्रव है, जिसकी गंध अत्यंत तीखी और अप्रिय होती है।
   • रासायनिक संगठन: यह कोई एक यौगिक नहीं है, बल्कि लगभग 200 भिन्न-भिन्न कार्बनिक एरोमैटिक पदार्थों (जैसे बेंजीन, टॉल्यूईन, नेफ़थलीन, एन्थ्रासीन, फीनॉल, एनिलीन आदि) का जटिल मिश्रण है।
   • औद्योगिक उपयोग:
     • यह संश्लेषित रंगों (Synthetic Dyes), औषधियों (Aspirin, Sulpha drugs), कृत्रिम इत्र (Perfumes), विस्फोटकों (TNT), प्लास्टिक, सिंथेटिक रेजिन, पेंट्स और फोटोग्राफिक सामग्री के निर्माण का प्रारंभिक कच्चा माल है।
     • नेफ़थलीन की गोलियाँ (Naphthalene Balls): ऊनी वस्त्रों को कीड़ों और पतंगों से सुरक्षित रखने के लिए प्रयोग की जाने वाली नेफ़थलीन की गोलियाँ कोलतार के प्रभाजन से ही प्राप्त की जाती हैं।
     • सड़क निर्माण में आधुनिक परिवर्तन (बिहार बोर्ड परीक्षा विशेष): पूर्वकाल में पक्की सड़कों की ऊपरी सतह को पक्का करने (रोड मेटलिंग) के लिए कोलतार का व्यापक उपयोग होता था। किंतु आधुनिक समय में कोलतार का स्थान पेट्रोलियम के एक उत्पाद बिटुमिन (Bitumen) ने ले लिया है, क्योंकि बिटुमिन ग्रीष्म ऋतु में जल्दी पिघलता नहीं है और वर्षा के जल से क्षतिग्रस्त नहीं होता।

3. कोयला गैस (Coal Gas):

   • रासायनिक संगठन: यह एक अत्यंत दहनशील गैसों का मिश्रण है, जिसमें मुख्य रूप से हाइड्रोजन ($H_2$, ~50%), मीथेन ($CH_4$, ~35%) तथा कार्बन मोनोऑक्साइड ($CO$, ~8%) उपस्थित होते हैं।
   • ऐतिहासिक महत्व: कोयला गैस का उपयोग सर्वप्रथम 1810 ईस्वी में लंदन में तथा 1820 के आसपास न्यूयॉर्क में सड़कों पर लगी स्ट्रीट लाइटों (रोशनी) को जलाने के लिए किया गया था।
   • आधुनिक उपयोग: वर्तमान में उच्च ऊष्मीय मान के कारण कोयला गैस का उपयोग कोयला प्रक्रमण संयंत्रों और कोक भट्टियों के निकट स्थित उद्योगों में एक महत्वपूर्ण औद्योगिक ईंधन के रूप में किया जाता है।

3. पेट्रोलियम — उत्पत्ति, भू-गर्भीय जाल (ट्रैप), खनन एवं प्रभाजी आसवन (रिफाइनिंग)

3.1 पेट्रोलियम की व्युत्पत्ति एवं भौतिक प्रकृति

'पेट्रोलियम' शब्द की उत्पत्ति लैटिन भाषा के दो मूल शब्दों से हुई है:

• पैट्रा (Petra) = चट्टान (Rock)

• ओलियम (Oleum) = तेल (Oil) अतः पेट्रोलियम का शाब्दिक अर्थ है 'चट्टानी तेल' (Rock Oil), क्योंकि यह पृथ्वी की आंतरिक अवसादी चट्टानों की परतों के बीच से निकाला जाता है।

• भौतिक स्वरूप: भूमि से निकाला गया कच्चा पेट्रोलियम (Crude Oil) एक गाढ़ा, गहरे काले-हरे रंग का चिपचिपा तैलीय द्रव होता है, जिसकी गंध अत्यंत अप्रिय और तीखी होती है।

• रासायनिक संरचना: यह कोई एक शुद्ध रासायनिक पदार्थ नहीं है, बल्कि विभिन्न आणविक भार वाले विभिन्न हाइड्रोकार्बनों (कार्बन और हाइड्रोजन के रासायनिक संयोग से बने जटिल कार्बनिक यौगिक) का एक अत्यंत जटिल मिश्रण है, जिसमें सूक्ष्म मात्रा में गंधक, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के यौगिक भी घुले रहते हैं।

3.2 पेट्रोलियम का निर्माण: प्राचीन समुद्री जीवों से हाइड्रोकार्बन का संचयन

कोयले का निर्माण स्थलीय सघन वनों से हुआ था, जबकि पेट्रोलियम और प्राकृतिक गैस की उत्पत्ति प्राचीन उथले समुद्रों में रहने वाले सूक्ष्मजीवों से हुई:

1. समुद्री सूक्ष्मजीवों का जमाव (लाखों वर्ष पूर्व):
   • आज से करोड़ों वर्ष पूर्व, प्राचीन समुद्रों और सागरों में अनगिनत सूक्ष्म तैरने वाले जीव—पादप प्लवक (Phytoplankton), जंतु प्लवक (Zooplankton) तथा सूक्ष्म शैवाल—रहते थे।
   • जीवन चक्र समाप्त होने पर इन खरबों सूक्ष्म जीवों के मृत शरीर समुद्र की तलहटी (Sea Bed) में बैठते चले गए।
2. गाद और मिट्टी के नीचे दबना:
   • नदियों द्वारा बहाकर लाई गई रेत, गाद और क्ले (चिकनी मिट्टी) की भारी परतें इन मृत जैविक अवशेषों के ऊपर निरंतर जमा होती गईं।
   • समुद्र तल के इस कीचड़ में घुलित ऑक्सीजन का पूर्ण अभाव होने के कारण वायवीय अपघटन नहीं हो सका।
3. उच्च ताप और संपीडक दाब में तापीय विखंडन:
   • जैसे-जैसे अवसादों की मोटाई हजारों मीटर बढ़ती गई, ऊपर की चट्टानों का भारी संपीडक दाब पड़ा और पृथ्वी के आंतरिक भाग की ऊष्मा से तापमान 60°C से 150°C तक बढ़ गया (जिसे भू-विज्ञान में 'तेल खिड़की' या Oil Window कहा जाता है)।
   • वायु की अनुपस्थिति, अत्यधिक दाब तथा उच्च ताप के लंबे प्रभाव से ये मृत समुद्री जीव धीरे-धीरे द्रव हाइड्रोकार्बन (कच्चा पेट्रोलियम) और गैसीय हाइड्रोकार्बन (प्राकृतिक गैस) में रूपांतरित हो गए।

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कोयले एवं पेट्रोलियम के निर्माण की तुलना
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तुलनात्मक बिंदु         कोयला                            पेट्रोलियम एवं प्राकृतिक गैस
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मूल प्रारंभिक जैवभार     स्थलीय सघन दलदली वन (फर्न, वृक्ष) प्राचीन समुद्री सूक्ष्म प्लवक व शैवाल
मूल आवास/पारिस्थितिकी   मीठे पानी के अंतर्देशीय दलदल     उथले खारे महासागरीय जलक्षेत्र
भौतिक अवस्था           ठोस अवसादी चट्टान                 गाढ़ा तैलीय द्रव एवं संचित गैस
प्रमुख रासायनिक घटक    तात्विक कार्बन (50% से 95%)       जटिल हाइड्रोकार्बन (कार्बन + हाइड्रोजन)
रूपांतरण प्रक्रम        कार्बनीकरण (Carbonisation)        तापीय विखंडन (Thermal Cracking)
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3.3 भू-गर्भीय संचय जाल (Petroleum Trap): तेल और गैस जल के ऊपर क्यों तैरते हैं?

छात्रों में यह एक सामान्य भ्रम होता है कि पृथ्वी के नीचे तेल की कोई खुली नदियाँ या विशाल भूमिगत झीलें बहती हैं। वास्तव में, कच्चा तेल और प्राकृतिक गैस भूमिगत बलुआ पत्थर (Sandstone) या चूना पत्थर (Limestone) जैसी सरंध्र चट्टानों (Porous Rocks) के सूक्ष्म छिद्रों के भीतर फंसे रहते हैं, ठीक वैसे ही जैसे एक स्पंज में पानी सोख लिया जाता है।

• पेट्रोलियम संचय संरचना (Petroleum Trap) के प्रमुख घटक:
  1. स्रोत शैल (Source Rock): वह गहरी जैविक शैल जहाँ तेल उत्पन्न हुआ।
  2. भंडारक शैल (Reservoir Rock): वह सरंध्र चट्टान जिसके सूक्ष्म छिद्रों में तेल और गैस प्रवाहित होकर संचित हो सकते हैं।
  3. अप्रवेश्य शैल / आवरण शैल (Cap Rock): तेल भंडार के ऊपर स्थित सघन क्ले या शेल की अप्रवेश्य परत, जो तेल और गैस को रिसकर सतह पर जाने से भौतिक रूप से रोकती है।
  4. घनत्व आधारित त्रि-स्तरीय पृथक्करण (Density Stratification):
     • क्योंकि पेट्रोलियम और प्राकृतिक गैस दोनों ही भूमिगत खारे जल में अघुलनशील हैं तथा उनका घनत्व जल से कम होता है, इसलिए वे गुरुत्वाकर्षण के कारण अपने घनत्व के अनुसार परतों में व्यवस्थित हो जाते हैं:
     • प्राकृतिक गैस (Natural Gas): इसका घनत्व सबसे कम होता है, अतः यह सबसे ऊपरी गुंबद में 'गैस कैप' के रूप में तैरती है।
     • कच्चा तेल / पेट्रोलियम (Petroleum): इसका घनत्व मध्यम होता है, अतः यह गैस के ठीक नीचे द्रव परत के रूप में रहता है।
     • खारा भूजल (Saline Water): इसका घनत्व सर्वाधिक होता है, अतः यह चट्टान के सबसे निचले छिद्रों में बैठ जाता है।
     • इसी वैज्ञानिक कारण से जब तेल का कुआँ खोदा जाता है, तो सबसे पहले अत्यधिक दाब से प्राकृतिक गैस बाहर निकलती है, उसके पश्चात कच्चा पेट्रोलियम निकलता है, और अंत में जल स्तर आता है।

भूमिगत पेट्रोलियम ट्रैप की ऊर्ध्वाधर काट:
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[पृथ्वी की सतह / महासागर तल]
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[अप्रवेश्य आवरण शैल (Impermeable Cap Rock - चिकनी मिट्टी/शेल)]
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   गैस आवरण (प्राकृतिक गैस - मुख्यतः मीथेन)   <-- न्यूनतम घनत्व (तैरती है)
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   कच्चा पेट्रोलियम (खनिज तेल द्रव परत)      <-- मध्यम घनत्व (मध्यम)
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   खारा भूजल (लवणीय जल संस्तर)              <-- अधिकतम घनत्व (नीचे बैठता है)
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[निचली अप्रवेश्य आधार शैल]
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3.4 तेल खनन का इतिहास एवं भारत के प्रमुख तेल क्षेत्र

• विश्व का प्रथम तेल कुआँ:
  • विश्व का सबसे पहला व्यावसायिक तेल कुआँ एडविन ड्रेक द्वारा 1859 ईस्वी में टिटसविले, पेंसिलवेनिया (संयुक्त राज्य अमेरिका) में सफलतापूर्वक खोदा गया था।
• भारत में तेल खनन का ऐतिहासिक परिदृश्य:
  • विश्व में तेल खोज के मात्र आठ वर्ष पश्चात, भारत में पहला तेल कुआँ 1867 ईस्वी में माकुम (असम) में खोदा गया था।
  • भारत का सबसे प्राचीन एवं ऐतिहासिक तेल क्षेत्र तथा एशिया की प्रथम आधुनिक तेल रिफाइनरी डिगबोई (असम) में 1889–1901 में स्थापित हुई थी, जो आज भी कार्यरत है।
• भारत के प्रमुख पेट्रोलियम उत्पादक क्षेत्र:
  1. असम घाटी: डिगबोई, नहरकटिया, मोरान-हुगरीजन।
  2. अपतटीय क्षेत्र (Offshore): मुंबई हाई (Mumbai High)—मुंबई तट से लगभग 160 किलोमीटर दूर अरब सागर में स्थित भारत का सबसे बड़ा अपतटीय तेल क्षेत्र, जहाँ सागर सम्राट जैसे तैरते मंचों द्वारा समुद्र तल से तेल निकाला जाता है।
  3. गुजरात बेसिन: अंकलेश्वर, कलोल, खंभात की खाड़ी।
  4. नदी डेल्टा बेसिन: पूर्वी तट पर कृष्णा-गोदावरी (KG Basin) तथा कावेरी नदी बेसिन।
  5. राजस्थान बेसिन: बाड़मेर जिला (मंगला, भाग्यम और ऐश्वर्या तेल क्षेत्र)।

3.5 पेट्रोलियम का परिष्करण: प्रभाजी आसवन (Fractional Distillation)

कुओं से निकाला गया कच्चा पेट्रोलियम सीधे इंजनों या घरेलू उपकरणों में प्रयुक्त नहीं किया जा सकता, क्योंकि यह बालू, जल और वाष्पशील हाइड्रोकार्बनों का बदबूदार, अशुद्ध मिश्रण होता है।

• परिष्करण की प्रामाणिक परिभाषा: कच्चे पेट्रोलियम के विभिन्न उपयोगी घटकों (प्रभाजों) को उनके क्वथनांकों (Boiling Points) के अंतर के आधार पर अलग-अलग करने की औद्योगिक प्रक्रिया को पेट्रोलियम का परिष्करण (Petroleum Refining) कहते हैं।
• तेल शोधक कारखाना (Petroleum Refinery):
  • यह जटिल प्रक्रिया विशाल कारखानों में स्थित ऊँचे बेलनाकार इस्पात के स्तंभों में की जाती है, जिन्हें प्रभाजी स्तंभ (Fractionating Column) कहते हैं।
  • बिहार में, बेगूसराय जिले में स्थित बरौनी तेल शोधक कारखाना (Barauni Refinery), जिसकी स्थापना 1964 में सोवियत संघ के तकनीकी सहयोग से की गई थी, राज्य और राष्ट्र के औद्योगिक गौरव का प्रतीक है।
• प्रभाजी आसवन का वैज्ञानिक सिद्धांत:
  • विभिन्न हाइड्रोकार्बन अणुओं की कार्बन शृंखला की लंबाई अलग-अलग होती है।
  • छोटे अणु (1 से 4 कार्बन वाले) हल्के होते हैं, उनके बीच अंतर-आणविक आकर्षण बल दुर्बल होता है, अतः उनका क्वथनांक अत्यंत कम होता है (वे सामान्य ताप पर गैस होते हैं)।
  • मध्यम अणु (5 से 16 कार्बन वाले) द्रव होते हैं (पेट्रोल, केरोसिन, डीजल)।
  • भारी व लंबी शृंखला वाले अणु (20 से अधिक कार्बन वाले) का क्वथनांक बहुत उच्च होता है (स्नेहक तेल, मोम, बिटुमिन)।
  • भट्टी में कच्चे तेल को लगभग 400°C पर गर्म कर वाष्प के रूप में प्रभाजी स्तंभ के निचले भाग में प्रवेश कराया जाता है। जैसे-जैसे वाष्प ऊपर उठती है, तापमान घटता जाता है। उच्च क्वथनांक वाले भारी प्रभाज नीचे ही संघनित होकर द्रवित हो जाते हैं, जबकि निम्न क्वथनांक वाले हल्के प्रभाज ऊपर उठकर ठंडे होकर अपनी-अपनी ट्रे में द्रवित होकर अलग हो जाते हैं।

4. पेट्रोलियम के विभिन्न प्रभाज एवं पेट्रोरसायन उद्योग ("काला सोना")

4.1 पेट्रोलियम के प्रमुख प्रभाज एवं उनके औद्योगिक व घरेलू उपयोग

प्रभाजी आसवन द्वारा कच्चे पेट्रोलियम से प्राप्त होने वाले विभिन्न घटकों (प्रभाजों) के भौतिक गुण, क्वथनांक सीमा तथा उनके विविध अनुप्रयोग निम्नलिखित सारणी में दर्शाए गए हैं:

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पेट्रोलियम के प्रमुख प्रभाज, क्वथनांक परास एवं उनके घरेलू व औद्योगिक उपयोग
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प्रभाज का नाम             क्वथनांक परास   कार्बन संख्या   प्रमुख घरेलू एवं औद्योगिक उपयोग
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1. द्रवित पेट्रोलियम गैस  40°C से कम      C1 से C4        दाब द्वारा सिलेंडरों में द्रवित;
   (LPG)                                                  घरों में खाना पकाने व उद्योगों में स्वच्छ ईंधन।
2. पेट्रोल (गैसोलीन)      40°C - 170°C    C5 से C10       हल्के वाहनों (मोटरसाइकिल, कार) का ईंधन,
                                                          विमानन ईंधन, शुष्क धुलाई (Dry Cleaning) हेतु विलायक।
3. मिट्टी का तेल (केरोसिन) 170°C - 250°C   C10 to C14      स्टोव, लालटेन का ईंधन, शुद्ध जेट ईंधन
                                                          (विमानों के टरबाइन इंजनों हेतु Aviation Turbine Fuel)।
4. डीजल                   250°C - 350°C   C14 to C20      भारी वाहनों (ट्रक, बस, ट्रैक्टर, रेल इंजन),
                                                          सिंचाई के पंपसेटों तथा जनरेटरों का मुख्य ईंधन।
5. स्नेहक तेल (Lubricant) 350°C - 400°C   C20 to C25      मशीनों के कलपुर्जों में घर्षण व घिसावट कम करने
                                                          हेतु स्नेहन (Lubrication)।
6. पैराफिन मोम (Wax)      400°C से अधिक   C25 to C30      मोमबत्ती निर्माण, वैसलीन, औषधीय मलहम (Ointments),
                                                          बूट पॉलिश, जलरोधी मोमयुक्त कागज बनाना।
7. बिटुमिन (Bitumen)      ठोस अवशेष       C30 से अधिक     सड़क निर्माण (सड़क की ऊपरी सतह को पक्का करना),
                                                          छतों पर जलरोधी परत, काले सुरक्षात्मक पेंट्स।
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4.2 प्रमुख प्रभाजों का गहन विश्लेषण

1. द्रवित पेट्रोलियम गैस (LPG - Liquefied Petroleum Gas):

   • रासायनिक संगठन: इसमें मुख्य रूप से ब्यूटेन ($C_4H_{10}$) उपस्थित होता है, जिसके साथ अल्प मात्रा में प्रोपेन ($C_3H_8$) और एथेन मिश्रित होते हैं।
   • दाब द्वारा द्रवण: सामान्य ताप और दाब पर यह गैस अवस्था में होती है, किंतु मध्यम दाब लगाने पर यह सरलता से द्रवित हो जाती है, जिससे इसे धातु के मजबूत सिलेंडरों में भरकर आसानी से भंडारित व परिवहन किया जा सकता है।
   • सुरक्षा गंधक (एथिल मरकैप्टन - Ethyl Mercaptan): शुद्ध LPG पूर्णतः रंगहीन और गंधहीन होती है। यदि सिलिंडर या पाइप से गैस का रिसाव हो जाए, तो बिना गंध के इसका पता नहीं चलेगा और भयानक अग्निकांड हो सकता है। अतः सुरक्षा की दृष्टि से रिसाव की तुरंत पहचान हेतु इसमें अत्यंत दुर्गंधयुक्त कार्बनिक सल्फर यौगिक एथिल मरकैप्टन ($C_2H_5SH$) की अल्प मात्रा मिलाई जाती है। इसकी सड़ी हुई पत्तागोभी जैसी गंध से गैस रिसाव का तुरंत आभास हो जाता है।

2. पेट्रोल (गैसोलीन - Petrol):

   • यह एक अत्यंत वाष्पशील और ज्वलनशील द्रव है, जो स्पार्क-प्लग युक्त अंतर्दहन इंजनों (कारों, स्कूटरों) में प्रयुक्त होता है।
   • यह एक उत्कृष्ट अध्रुवीय कार्बनिक विलायक है। महंगे ऊनी तथा रेशमी वस्त्रों पर लगे तेल-ग्रीस के जिद्दी दागों को पानी के बिना छुड़ाने के लिए इसका उपयोग शुष्क धुलाई (Dry Cleaning) में विलायक के रूप में किया जाता है।

3. मिट्टी का तेल (केरोसिन - Kerosene):

   • ग्रामीण भारत और बिहार के ग्रामीण अंचलों में ऐतिहासिक रूप से ढिबरी, लालटेन और स्टोव में इसका व्यापक उपयोग होता रहा है।
   • विमानन टरबाइन ईंधन (ATF): विशेष रूप से परिष्कृत और शून्य से कई डिग्री नीचे न जमने वाला उच्च श्रेणी का केरोसिन आधुनिक जेट विमानों और सैन्य लड़ाकू विमानों में ईंधन के रूप में भरा जाता है।

4. डीजल (Diesel):

   • यह भारी संपीडन-प्रज्वलन (Compression-Ignition) इंजनों के लिए तैयार किया गया ईंधन है। इसमें स्पार्क प्लग नहीं होता; वायु को अत्यधिक संपीडित कर गर्म किया जाता है और डीजल का महीन छिड़काव करते ही वह स्वतः प्रज्वलित हो जाता है।
   • यह देश के माल परिवहन (ट्रकों), सार्वजनिक बसों, रेलवे इंजनों, कृषि ट्रैक्टरों और बिहार के ग्रामीण क्षेत्रों में खेतों की सिंचाई करने वाले डीजल पंपसेटों की जीवनरेखा है।

5. पैराफिन मोम एवं स्नेहक तेल:

   • स्नेहक तेल: मशीनों के गतिशील पुर्जों के बीच एक अत्यंत पतली तैलीय परत बनाकर उनके सीधे धात्विक संपर्क को रोकता है, जिससे घर्षण और टूट-फूट में भारी कमी आती है।
   • पैराफिन मोम: सौंदर्य प्रसाधनों, त्वचा की देखभाल हेतु वैसलीन, घावों पर लगाने वाले मरहमों तथा मोमबत्तियों के निर्माण का मुख्य आधार है।

6. बिटुमिन (Bitumen):

   • प्रभाजी स्तंभ के पेंदे में बचने वाला भारी, काला, चिपचिपा ठोस अवशेष।
   • बिहार बोर्ड परीक्षा विशेष तुलना: विद्यार्थियों को यह स्मरण रखना चाहिए कि आधुनिक पक्की डामर सड़कों के निर्माण में अब कोलतार के स्थान पर बिटुमिन का उपयोग किया जाता है। बिटुमिन गर्मियों की भीषण तपिश में पिघलता नहीं है और वर्षा ऋतु में जलरोधी बना रहता है।

4.3 पेट्रोरसायन (Petrochemicals) एवं पेट्रोलियम को "काला सोना" क्यों कहा जाता है?

• पेट्रोरसायन की वैज्ञानिक परिभाषा: पेट्रोलियम और प्राकृतिक गैस से प्राप्त होने वाले उन सभी अत्यंत उपयोगी रासायनिक पदार्थों को पेट्रोरसायन (Petrochemicals) कहा जाता है, जिनका उपयोग बड़े पैमाने पर व्यापारिक व औद्योगिक उत्पाद बनाने में होता है।
• पेट्रोरसायनों की विस्तृत श्रृंखला:
  • सिंथेटिक प्लास्टिक एवं बहुलक: पॉलीथीन (Polythene), पॉलीविनाइल क्लोराइड (PVC), टेफ्लॉन, बैकलाइट।
  • संश्लेषित रेशे (Synthetic Fibres): पॉलिएस्टर (Terylene), नायलॉन, एक्रिलिक (कृत्रिम ऊन)।
  • अपमार्जक (Detergents): कपड़े धोने के साबुन-मुक्त डिटर्जेंट पाउडर और तरल क्लीनर।
  • रासायनिक उर्वरक: प्राकृतिक गैस से प्राप्त हाइड्रोजन गैस का उपयोग हैबर विधि द्वारा अमोनिया ($NH_3$) बनाने में किया जाता है, जिससे भारतीय किसानों के लिए जीवनदायी यूरिया खाद ($NH_2CONH_2$) तैयार की जाती है।
• उपाधि — "काला सोना" (Black Gold):
  • वैश्विक अर्थव्यवस्था और अंतरराष्ट्रीय भू-राजनीति में कच्चे पेट्रोलियम को 'काला सोना' की संज्ञा दी गई है।
  • उपाधि का वैज्ञानिक एवं आर्थिक कारण: जिस प्रकार सोना अत्यंत बहुमूल्य, दुर्लभ और किसी राष्ट्र की आर्थिक संपन्नता का प्रतीक माना जाता है, उसी प्रकार भूमि से निकाला गया पेट्रोलियम यद्यपि दिखने में काला और बदबूदार द्रव होता है, किंतु इसके विभिन्न प्रभाजों और पेट्रोरसायनों का व्यावसायिक व औद्योगिक मूल्य सोने के समान ही असीम है। किसी भी देश का संपूर्ण परिवहन तंत्र, विद्युत उत्पादन, भारी उद्योग, कृषि उत्पादन और सामरिक सुरक्षा पेट्रोलियम की निर्बाध आपूर्ति पर निर्भर करती है।

5. प्राकृतिक गैस (CNG एवं PNG) — स्वच्छ ईंधन, पाइपलाइन नेटवर्क एवं भारतीय भंडार

5.1 प्राकृतिक गैस का रासायनिक संगठन एवं गुणधर्म

प्राकृतिक गैस (Natural Gas) एक अत्यंत महत्वपूर्ण, स्वच्छ और पर्यावरण-अनुकूल जीवाश्म ईंधन है। यह भू-गर्भ में या तो कच्चे पेट्रोलियम के ऊपर तैरते हुए गैस छत्र (Gas Cap) के रूप में पाई जाती है, या फिर गहरे बलुआ पत्थरों और शेल संस्तरों में पूर्णतः स्वतंत्र गैस भंडारों के रूप में विद्यमान होती है।

• प्रमुख रासायनिक घटक: प्राकृतिक गैस का मुख्य घटक मीथेन ($CH_4$) है, जो इसके कुल आयतन का लगभग 85% से 95% तक होता है।
• गौण गैसीय घटक: इसके साथ अल्प मात्रा में अन्य हल्के गैसीय हाइड्रोकार्बन—एथेन ($C_2H_6$, ~3-8%), प्रोपेन ($C_3H_8$), ब्यूटेन—तथा नाममात्र की अक्रिय नाइट्रोजन व कार्बन डाइऑक्साइड गैसें मिश्रित रहती हैं।
• भौतिक गुणधर्म: यह पूर्णतः रंगहीन, गंधहीन, अविषाक्त गैस है। इसका वाष्प घनत्व वायु से कम (लगभग 0.55) होता है, अर्थात यह वायु से हल्की होती है। यही कारण है कि यदि प्राकृतिक गैस का वातावरण में रिसाव हो जाए, तो यह फर्श पर जमा होने के बजाय तेजी से ऊपर उठकर वायुमंडल में विसरित हो जाती है (जबकि LPG वायु से भारी होने के कारण फर्श और नालियों में जमा होकर अत्यधिक खतरनाक बन जाती है)।

5.2 संपीडित प्राकृतिक गैस (CNG - Compressed Natural Gas)

जब प्राकृतिक गैस को शुद्ध करके भारी यांत्रिक संपीडकों (Compressors) द्वारा अत्यधिक उच्च दाब पर संपीड़ित किया जाता है, तो इसे CNG कहा जाता है।

• वैज्ञानिक परिभाषा: प्राकृतिक गैस को उसके सामान्य वायुमंडलीय आयतन के लगभग 1% तक 200 से 250 बार (वायुमंडलीय दाब) के अत्यधिक उच्च दाब पर स्टील के सिलेंडरों में सुरक्षित भंडारित करने पर प्राप्त रूप को संपीडित प्राकृतिक गैस (CNG) कहते हैं।
• CNG को 'पर्यावरण-अनुकूल स्वच्छ वाहन ईंधन' क्यों माना जाता है?
  1. पूर्ण दहन रसायन: मीथेन में अन्य सभी हाइड्रोकार्बनों की तुलना में हाइड्रोजन और कार्बन का अनुपात सबसे अधिक ($4:1$) होता है। अतः इसका दहन पूर्ण होता है और केवल जलवाष्प तथा कार्बन डाइऑक्साइड बनती है:

$$ ext{CH}_4 + 2 ext{O}_2 ightarrow ext{CO}_2 + 2 ext{H}_2 ext{O} + ext{ऊष्मा}$$

2. कालिमा (Soot) और कणिकीय प्रदूषण रहित: पेट्रोल और डीजल की लंबी हाइड्रोकार्बन शृंखलाओं के विपरीत, CNG जलने पर बिना किसी धुएँ के जलती है तथा इंजन में कोई कालिमा या अनजले कार्बन कण ($PM_{2.5}$) नहीं छोड़ती।
3. अम्लीय गैसों का अभाव: CNG में गंधक (सल्फर) के यौगिक न के बराबर होते हैं, जिससे इसके जलने पर सल्फर डाइऑक्साइड ($SO_2$) जैसी विषैली गैसें उत्सर्जित नहीं होतीं और अम्लीय वर्षा का खतरा टलता है।
4. अल्प कार्बन मोनोऑक्साइड: परंपरागत पेट्रोल-डीजल वाहनों की तुलना में यह अत्यंत कम विषैली कार्बन मोनोऑक्साइड ($CO$) उत्सर्जित करती है।
5. उच्च ऊष्मीय मान: इसका ऊष्मीय मान लगभग $50,000 ext{ kJ/kg}$ होता है, जिससे यह सार्वजनिक परिवहन (बसों, ऑटो-रिक्शा, टैक्सियों) के लिए एक अत्यंत किफायती ईंधन सिद्ध होती है।

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CNG बनाम परंपरागत वाहन ईंधनों (पेट्रोल व डीजल) का तुलनात्मक दहन विश्लेषण
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तुलनात्मक बिंदु         CNG (मीथेन)               पेट्रोल (गैसोलीन)         डीजल
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मुख्य हाइड्रोकार्बन     $CH_4$ (C1)               C5 से C10 एल्केन          C14 से C20 एल्केन
भौतिक अवस्था           अति-उच्च दाब पर गैस       वाष्पशील द्रव             श्यान तैलीय द्रव
कालिमा/कणिकीय उत्सर्जन  लगभग शून्य                मध्यम स्तर                अत्यधिक ($PM_{2.5}$)
सल्फर ऑक्साइड ($SO_x$) नगण्य                     अल्प मात्रा               पर्याप्त मात्रा
कार्बन मोनोऑक्साइड ($CO$) अत्यंत कम                मध्यम से उच्च             मध्यम
ऊष्मीय मान             $pprox 50,000	ext{ kJ/kg}$ $pprox 45,000	ext{ kJ/kg}$ $pprox 45,000	ext{ kJ/kg}$
उपयोग क्षेत्र           नगर बसें, ऑटो, कार        कार, दोपहिया वाहन         ट्रक, बस, ट्रैक्टर, रेल
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5.3 पाइपयुक्त प्राकृतिक गैस (PNG - Piped Natural Gas)

प्राकृतिक गैस का सबसे बड़ा वैज्ञानिक व तकनीकी लाभ यह है कि इसे ठोस कोयले या भारी सिलेंडरों की तरह वाहनों में लादने की आवश्यकता नहीं होती; इसे भूमिगत पाइपलाइनों के जाल द्वारा सीधे उपभोक्ता तक पहुँचाया जा सकता है।

• वैज्ञानिक अवधारणा: भूमिगत स्टील और पॉलीथीन पाइपों के नेटवर्क द्वारा शोधन संयंत्रों से सीधे कारखानों की भट्टियों तथा घरों की रसोइयों में चूल्हों तक निरंतर वितरित की जाने वाली प्राकृतिक गैस को PNG (पाइपयुक्त प्राकृतिक गैस) कहा जाता है।
• घरेलू LPG सिलेंडरों की तुलना में PNG के प्रमुख लाभ:
  • अविराम निरंतर आपूर्ति: वर्ष के 365 दिन, चौबीसों घंटे पाइप से गैस उपलब्ध रहती है; सिलिंडर खत्म होने, रिफिल बुक करने या डिलीवरी का इंतजार करने का कोई झंझट नहीं होता।
  • अत्यधिक सुरक्षित: यह घरेलू परिसर में अत्यंत कम कार्यकारी दाब (मात्र 21 मिलीबार) पर प्रवाहित होती है, जो उच्च दाब वाले LPG सिलिंडर की तुलना में अत्यंत सुरक्षित है। साथ ही, वायु से हल्की होने के कारण मामूली रिसाव की स्थिति में खिड़की-दरवाजों से स्वतः बाहर निकल जाती है।
  • रसोई में जगह की बचत: भारी-भरकम गैस सिलेंडर रखने की कोई आवश्यकता नहीं होती।
  • सटीक मीटरिंग: बिजली या नल के पानी के मीटर की तरह, उपभोक्ता केवल उतनी ही गैस का बिल भरता है जितनी उसने मीटर के अनुसार खर्च की है।

5.4 भारत में प्राकृतिक गैस के प्रमुख भंडार एवं बिहार गैस ग्रिड नेटवर्क

• भारत में प्रमुख गैस उत्पादक क्षेत्र:
  1. अपतटीय बेसिन: अरब सागर में मुंबई हाई; बंगाल की खाड़ी में आंध्र प्रदेश तट पर स्थित कृष्णा-गोदावरी बेसिन (KG-D6), जहाँ गहरे समुद्र में भारत के विशाल गैस भंडारों की खोज हुई है।
  2. पूर्वोत्तर क्षेत्र: त्रिपुरा राज्य में प्रचुर प्राकृतिक गैस भंडार हैं, जिनका उपयोग राज्य के थर्मल पावर स्टेशनों में बिजली बनाने के लिए किया जाता है; असम के नहरकटिया और मोरान क्षेत्र।
  3. पश्चिमी मरुस्थलीय बेसिन: राजस्थान के जैसलमेर और बाड़मेर बेसिन।
  4. गुजरात बेसिन: हजीरा, खंभात और दहेज एलएनजी आयात टर्मिनल।
• ऊर्जा गंगा परियोजना एवं बिहार में गैस ग्रिड का विस्तार:
  • भारत सरकार की ऐतिहासिक प्रधानमंत्री ऊर्जा गंगा परियोजना (जगदीशपुर-हल्दिया एवं बोकारो-धमरा पाइपलाइन - JHBDPL), जिसका निर्माण GAIL द्वारा किया गया है, बिहार के प्रमुख जिलों (पटना, बेगूसराय, गया, नालंदा, औरंगाबाद आदि) से होकर गुजरती है।
  • यह राष्ट्रीय ऊर्जा कॉरिडोर बेगूसराय स्थित बरौनी उर्वरक कारखाने (HURL) को यूरिया खाद उत्पादन हेतु कच्चा माल (प्राकृतिक गैस) प्रदान करता है, पटना तथा गया के हजारों घरों में PNG के चूल्हे जलाता है, तथा बिहार के प्रमुख शहरों में सार्वजनिक वाहनों को हरित CNG उपलब्ध कराता है।

6. जीवाश्म ईंधनों के दहन के पर्यावरणीय दुष्प्रभाव, अम्लीय वर्षा एवं PCRA संरक्षण दिशा-निर्देश

6.1 जीवाश्म ईंधनों के अनियंत्रित दोहन का अंधकारमय पक्ष

यद्यपि कोयला, पेट्रोलियम और प्राकृतिक गैस ने पिछली दो शताब्दियों में अभूतपूर्व औद्योगिक और तकनीकी प्रगति की नींव रखी है, किंतु इनके अंधाधुंध और अनियंत्रित दहन ने हमारी पृथ्वी के पर्यावरण को विनाश के कगार पर ला खड़ा किया है।

जीवाश्म ईंधन मूलतः हाइड्रोकार्बन और कार्बन के यौगिक होते हैं, जिनमें गंधक (सल्फर), नाइट्रोजन और अवाष्पशील खनिज अशुद्धियाँ पाई जाती हैं। इनके दहन से वायुमंडल में अत्यंत विषैली गैसें और कण उत्सर्जित होते हैं:

जीवाश्म ईंधनों के दहन से उत्पन्न पर्यावरणीय खतरे:
जीवाश्म ईंधन का दहन
    ├── अपूर्ण दहन          --> विषैली कार्बन मोनोऑक्साइड ($CO$) एवं अनजले कार्बन कण ($PM_{2.5}$)
    ├── पूर्ण ऑक्सीकरण       --> कार्बन डाइऑक्साइड ($CO_2$) [ग्रीनहाउस प्रभाव / भूमंडलीय तापन]
    ├── सल्फर की अशुद्धियाँ --> सल्फर डाइऑक्साइड ($SO_2$) ──┐
    └── वायुमंडलीय नाइट्रोजन  --> नाइट्रोजन के ऑक्साइड ($NO_x$)──┴─> अम्लीय वर्षा ($H_2SO_4$, $HNO_3$)

6.2 प्रमुख विषैले प्रभाव एवं वायुमंडलीय संकट

1. अनजले कार्बन कण एवं विविक्त पदार्थ ($PM_{2.5}$ / $PM_{10}$):

   • जब कोयले या भारी डीजल जैसे ईंधनों को पर्याप्त ऑक्सीजन नहीं मिलती, तो उनका अपूर्ण दहन होता है, जिससे अरबों सूक्ष्म अनजले कार्बन कण (कालिमा / Soot) हवा में तैरने लगते हैं।
   • ये सूक्ष्म कण सांस लेते समय मानव के फेफड़ों की कूपिकाओं (Alveoli) के भीतर गहराई तक समा जाते हैं, जिससे दमा (Asthma), ब्रोंकाइटिस, फेफड़ों की गंभीर बीमारियाँ और श्वसन संबंधी कष्ट उत्पन्न होते हैं।
   • शीत ऋतु में बिहार और पूरे उत्तर भारत के मैदानी इलाकों में ये कार्बन कण वायुमंडलीय कोहरे और वाहनों के धुएँ के साथ मिलकर सघन धूम-कोहरा (स्मॉग - Smog = Smoke + Fog) बनाते हैं, जिससे दृश्यता शून्य हो जाती है और गंभीर दुर्घटनाएँ व स्वास्थ्य संकट खड़े होते हैं।

2. कार्बन मोनोऑक्साइड ($CO$) का प्राणघातक विषैला प्रभाव (अदृश्य हत्यारा):

   • जब बंद कमरों में सीमित ऑक्सीजन की उपस्थिति में कोयला, लकड़ी, बोरसी या अंगीठी जलाई जाती है, तो अपूर्ण दहन से कार्बन मोनोऑक्साइड ($CO$) गैस बनती है:

$$2 ext{C} + ext{O}_2 ext{ (सीमित)} ightarrow 2 ext{CO}$$

• जैव-रासायनिक विषाक्तता: कार्बन मोनोऑक्साइड एक रंगहीन, गंधहीन और अत्यंत विषैली गैस है। जब यह सांस के साथ फेफड़ों में पहुँचती है, तो मानव रक्त के हीमोग्लोबिन के साथ जुड़ने की इसकी बंधुता (Affinity) ऑक्सीजन की तुलना में लगभग 200 से 250 गुना अधिक होती है।
• यह हीमोग्लोबिन के साथ मिलकर एक अत्यंत स्थायी यौगिक कार्बोक्सीहीमोग्लोबिन (Carboxyhemoglobin) बना लेती है:

$$ ext{हीमोग्लोबिन} + ext{CO} ightarrow ext{कार्बोक्सीहीमोग्लोबिन}$$

• इसके कारण रक्त की ऑक्सीजन वहन करने की क्षमता समाप्त हो जाती है। मस्तिष्क और हृदय को ऑक्सीजन न मिलने से व्यक्ति पहले सिरदर्द, चक्कर और बेहोशी महसूस करता है, और अंततः नींद में ही दम घुटने (Asphyxiation) से उसकी मृत्यु हो जाती है।
• परीक्षक चेतावनी: सर्दियों की रातों में बंद कमरे में जलती हुई अंगीठी या बोरसी रखकर कभी नहीं सोना चाहिए।

3. कार्बन डाइऑक्साइड ($CO_2$) का उत्सर्जन एवं भूमंडलीय तापन (Global Warming):
   • किसी भी कार्बनिक ईंधन के पूर्ण दहन से अनिवार्य रूप से कार्बन डाइऑक्साइड गैस उत्पन्न होती है:

$$ ext{C} + ext{O}_2 ightarrow ext{CO}_2 + ext{ऊष्मा}$$

• कार्बन डाइऑक्साइड एक प्रमुख ग्रीनहाउस गैस है। प्रकृति में सीमित मात्रा में $CO_2$ पृथ्वी को गर्म रखने के लिए आवश्यक है, किंतु जीवाश्म ईंधनों के अंधाधुंध जलने से वायुमंडल में इसकी सांद्रता औद्योगिक क्रांति पूर्व के 280 ppm से बढ़कर आज 420 ppm से अधिक हो चुकी है।
• यह बढ़ी हुई गैस पृथ्वी से अंतरिक्ष में लौटने वाले अवरक्त विकिरण (Infrared Heat) को रोक लेती है, जिससे पूरी पृथ्वी का औसत तापमान निरंतर बढ़ रहा है। इसे भूमंडलीय तापन (Global Warming) कहते हैं। इसके कारण हिमालयी ग्लेशियर पिघल रहे हैं, समुद्र का जलस्तर बढ़ रहा है, और बिहार में कभी भीषण सूखा तो कभी विनाशकारी बाढ़ जैसे अनियमित मौसमी संकट पैदा हो रहे हैं।

4. अम्लीय वर्षा (Acid Rain) एवं स्मारकों का क्षरण (संगमरमर का कैंसर):
   • कोयले में सल्फर (गंधक) की अशुद्धियाँ होती हैं, और वाहनों के उच्च ताप वाले इंजनों में वायु की नाइट्रोजन ऑक्सीजन से क्रिया करती है।
   • दहन के फलस्वरूप विषैली सल्फर डाइऑक्साइड ($SO_2$) और नाइट्रोजन के ऑक्साइड ($NO_x$) गैसें निकलती हैं:

$$ ext{S} + ext{O}_2 ightarrow ext{SO}_2$$

$$ ext{N}_2 + ext{O}_2 ightarrow 2 ext{NO}$$

$$2 ext{NO} + ext{O}_2 ightarrow 2 ext{NO}_2$$

• ये अम्लीय गैसें वायुमंडल में ऊपर उठकर बादलों के जलवाष्प और वर्षा की बूंदों में घुलकर सल्फ्यूरिक अम्ल ($H_2SO_4$) तथा नाइट्रिक अम्ल ($HNO_3$) बनाती हैं:

$$2 ext{SO}_2 + ext{O}_2 + 2 ext{H}_2 ext{O} ightarrow 2 ext{H}_2 ext{SO}_4$$

$$4 ext{NO}_2 + ext{O}_2 + 2 ext{H}_2 ext{O} ightarrow 4 ext{HNO}_3$$

• जब यह तेजाबी वर्षा धरती पर गिरती है, तो इसे अम्लीय वर्षा (Acid Rain) कहते हैं।
• पर्यावरणीय विनाश: अम्लीय वर्षा जंगलों की मिट्टी से पोषक तत्वों को बहा देती है, नदियों-झीलों के जल को अम्लीय बनाकर मछलियों को मार देती है, तथा ऐतिहासिक संगमरमर के भवनों और स्मारकों का रासायनिक क्षरण करती है। इस परिघटना को 'संगमरमर का कैंसर' (Marble Cancer) कहा जाता है:

$$ ext{CaCO}_3 ext{ (संगमरमर)} + ext{H}_2 ext{SO}_4 ightarrow ext{CaSO}_4 ext{ (जिप्सम)} + ext{H}_2 ext{O} + ext{CO}_2$$

• आगरा के निकट मथुरा तेल रिफाइनरी से निकलने वाले सल्फर के धुएँ के कारण विश्वप्रसिद्ध ताजमहल के सफेद संगमरमर का पीला पड़ना और क्षरण इसका प्रत्यक्ष उदाहरण है।

6.3 जीवाश्म ईंधनों का संरक्षण एवं PCRA के स्वर्ण नियम

चूँकि हमारे पास कोयले और पेट्रोलियम के भंडार अत्यंत सीमित हैं जो कुछ ही दशकों में समाप्त हो सकते हैं, तथा इनके जलने से उत्पन्न प्रदूषण हमारी पृथ्वी को संकट में डाल रहा है, अतः ईंधनों का मितव्ययी और विवेकपूर्ण उपयोग करना प्रत्येक नागरिक का राष्ट्रीय व नैतिक कर्तव्य है।

भारत सरकार के पेट्रोलियम एवं प्राकृतिक गैस मंत्रालय के अंतर्गत कार्यरत पेट्रोलियम संरक्षण अनुसंधान संघ (PCRA - Petroleum Conservation Research Association) नागरिकों को वाहन चलाते समय पेट्रोल और डीजल बचाने के लिए महत्वपूर्ण वैज्ञानिक सुझाव देता है।

• वाहन चालकों हेतु PCRA के चार स्वर्णिम नियम:
  1. मध्यम और एकसमान गति से वाहन चलाएँ:
     • वाहन को बहुत तेज गति से चलाने अथवा बार-बार अचानक तेजी लाने (Acceleration) और अचानक ब्रेक लगाने से इंजन पर भारी भार पड़ता है और 20% से 30% तक अधिक ईंधन व्यर्थ जलता है। 45 से 55 किमी/घंटा की स्थिर गति सबसे ईंधन-कुशल गति मानी जाती है।
  2. यातायात चौराहों अथवा प्रतीक्षा के समय इंजन बंद कर दें:
     • लाल बत्ती पर, रेलवे क्रॉसिंग पर या किसी की प्रतीक्षा करते समय यदि 20-30 सेकंड से अधिक रुकना पड़े, तो इंजन को चालू (Idle) रखने के बजाय बंद कर देना चाहिए। इंजन चालू रखने से बिना चले ही पेट्रोल-डीजल जलता है और अत्यधिक प्रदूषण फैलता है।
  3. टायरों में हवा का सही दाब (Pressure) बनाए रखें:
     • यदि टायरों में अनुशंसित वायु दाब से कम हवा होगी, तो सड़क और टायर के बीच घर्षण प्रतिरोध बढ़ जाता है। वाहन को खींचने के लिए इंजन को अधिक शक्ति लगानी पड़ती है, जिससे भारी मात्रा में ईंधन की बर्बादी होती है। नियमित रूप से टायरों में सही हवा रखनी चाहिए।
  4. वाहन का नियमित और समय पर रखरखाव सुनिश्चित करें:
     • इंजन के एयर-फिल्टर का गंदा होना, कार्बोरेटर या फ्यूल-इंजेक्टर की खराबी, पुराने स्पार्क प्लग और खराब ल्यूब्रीकेंट ऑयल इंजन की दक्षता घटा देते हैं। वाहन की नियमित सर्विसिंग कराने से ईंधन की अधिकतम बचत होती है।

6.4 नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों की ओर अनिवार्य संक्रमण

ईंधन संरक्षण के साथ-साथ मानव समाज को अक्षय, स्वच्छ एवं नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों की ओर तीव्र गति से बढ़ना होगा:

• सौर ऊर्जा: बिहार जैसे उष्णकटिबंधीय राज्य में भरपूर धूप का उपयोग सोलर रूफटॉप पैनलों और कृषि में सोलर सिंचाई पंपों द्वारा किया जा रहा है।
• पवन एवं बायो-सीएनजी ऊर्जा: कृषि अवशेषों (पराली) और गोबर से बायो-गैस संयंत्रों द्वारा स्वच्छ बायो-सीएनजी का उत्पादन, जिससे पराली जलाने का प्रदूषण भी रुकेगा और उच्च कोटि की जैविक खाद भी मिलेगी।
• हरित हाइड्रोजन (Green Hydrogen): सौर या पवन ऊर्जा से जल के विद्युत-अपघटन द्वारा निर्मित हाइड्रोजन ईंधन, जिसके जलने पर केवल शुद्ध जलवाष्प बनती है ($2H_2 + O_2 ightarrow 2H_2O$) और कोई प्रदूषण नहीं होता।