जलवायु परिवर्तन के खिलाफ हमारी लड़ाई में, हम जीवाश्म ईंधन ऊर्जा से नवीकरणीय ऊर्जा की ओर बढ़ रहे हैं, क्योंकि हमारी ऊर्जा मांगें बढ़ती जा रही हैं। हालाँकि, भारत के प्राथमिक नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत, जैसे कि सौर और पवन निरंतर बिजली सप्लाय नहीं करते यानी वे मौसम की स्थिति पर निर्भर हैं। ऐसी स्थिति में, हम 24 घंटे बिजली प्रदान करने के लिए इन ऊर्जा स्रोतों पर वास्तव में कैसे भरोसा कर सकते हैं? इसका उत्तर ऊर्जा भंडारण में निहित है। और वर्तमान में, बैटरियां, जैसे लिथियम-आयन बैटरी, दुनिया भर में ऊर्जा भंडारण का सबसे व्यापक रूप से ज्ञात स्त्रोत हैं। 1991 से लिथियम-आयन बैटरियां रोजमर्रा की जिंदगी का हिस्सा बन गई हैं, जो टीवी रिमोट, खिलौने और वाहनों से लेकर घरों में बैकअप पावर के रूप में काम करने तक हर चीज को बिजली देती हैं। जिस तरह से घरों में इनवर्टर का उपयोग किया जाता है, उसी तरह ग्रिड-स्तरीय भंडारण के लिए स्टोरेज सिस्टम के रूप में लिथियम-आयन बैटरी के बारे में भी चर्चा बढ़ रही है। एनर्जी ट्रांसिशन के लिए नवीकरणीय ऊर्जा का शेयर ग्रिड में बढ़ाने के साथ-साथ ग्रिड स्थिरता के लिए भंडारण को जोड़ना महत्वपूर्ण है। उदाहरण के तौर पर जब रात में सोलर पैनल काम नहीं करेंगे तो तब स्टोर की गई ऊर्जा ही हमारे घरों को रौशन करेगी।
लेकिन सोचिए एक शहर को 12 घंटे तक पावर बैकअप देने के लिए हमें किस साईज़ की, कितनी बैटरीज़ लगानी होंगी? पिछले तीन दशकों में बैटरियों की लागत में 97% की उल्लेखनीय कमी ज़रुर आई है, लेकिन ग्रिड-स्केल बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली स्थापित करने के लिए पर्याप्त पूंजी निवेश की आवश्यकता होगी। Lawrence Berkeley National Laboratory में छपी एक रीसर्च के मुताबिक वर्ष 2030 तक भारत में ग्रिड स्केल पर 1-MW/4-MWh क्षमता का लिथियम आयन बैटरी एनर्जी स्टोरेज सिस्टम स्थापित करने के लिए अनुमानित $103/kWh का खर्च करने होंगे।
वर्तमान में, भारत अपनी लिथियम आपूर्ति के लिए अन्य देशों पर निर्भर है, वाणिज्य मंत्रालय के आंकड़ों के अनुसार, अप्रैल 2022 और जनवरी 2023 के बीच, भारत ने 18,763 करोड़ ($2.3 बिलियन अमरीकी डालर) मूल्य के लिथियम और लिथियम आयन उत्पादों का आयात किया। हालाँकि भारत में हाल ही में खोजे गए लिथियम भंडार संभावित रूप से भविष्य में आत्मनिर्भरता का कारण बन सकते हैं। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि लिथियम खनन में महत्वपूर्ण पर्यावरणीय जोखिम हैं। विशेष रूप से, एक टन लिथियम के खनन के लिए 2.2 मिलियन लीटर पानी की आवश्यकता होती है, जो मिट्टी के कटाव, पानी की कमी, जैव विविधता की हानि और खनन क्षेत्रों में पारिस्थितिकी तंत्र के कार्यों में व्यवधान जैसे प्रतिकूल प्रभावों में योगदान देता है।
ऐसे में सवाल उठता है कि लिथियम-आयन बैटरी नहीं तो क्या?
विभिन्न प्रकार के भंडारण
विकल्प के तौर पर ऊर्जा भंडारण के लिए दुनियाभर में कई तकनीकों पर काम किया जा रहा है। इस लेख में, हम तीन विकल्पों पर बात करेंगे: पंप-हाइड्रो स्टोरेज, थर्मल स्टोरेज तकनीक/मॉल्टन सॉल्ट, और सोडियम-आयन बैटरी।
पंप-हाइड्रो भंडारण तकनीक
मध्य प्रदेश सरकार में ऊर्जा और नवीन एवं नवीकरणीय ऊर्जा विभाग के प्रमुख सचिव संजय दुबे मानते हैं कि पूरी तरह से नवीकरणीय ऊर्जा में परिवर्तन के लिए भंडारण की आवश्यकता है। हालाँकि, वह इसकी उच्च लागत के कारण बैटरी-आधारित स्टोरेज को अपनाने में अपनी झिझक व्यक्त करते हैं। वह कहते हैं,
"मध्य प्रदेश में कई स्थानों पर पंप हाइड्रो स्टोरेज की संभावना है। इस तरह के बुनियादी ढांचे को स्थापित करने का प्रयास चल रहा है। दूसरे विकल्पों की खोज पर भी विचार किया जा रहा है, हालांकि सफल परिणाम प्राप्त होने तक कोई निर्णायक बयान नहीं दिया जा सकता है।"
सांची प्रोजेक्ट पर मध्यप्रदेश ऊर्जा विभाग के साथ काम कर रही नर्मदा हाईड्रोइलेक्ट्रिक डेवलपमेंट कॉर्पोरेशन लिमिटेड के नवनीत तिवारी के मुताबिक मध्यप्रदेश में 11.2 गीगी वॉट पंप्ड स्टोरेज स्थापित करने की संभावना है। एनएचडीसी खंडवा स्थित इंदिरा सागर बांध और ओंकारेश्वर में 525 मेगावॉट पंप्ड स्टोरेज प्रोजेक्ट लगाने की तैयारी कर रही है जो अभी डीपीआर फेज़ में है। इससे पीक आवर्स में 1,226.93 मिलियन युनिट ऊर्जा प्राप्त की जा सकेगी। पीक आवर्स मूल रूप से दिन का वह समय होता है जब ऊर्जा की मांग बढ़ जाती है। यह सटीक समय विंडो एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में भिन्न होती है। नवनीत आगे कहते हैं कि "इसके अतिरिक्त, मध्य प्रदेश के छिंदवाड़ा के पास पेंच घाटी में एक और पंप-हाइड्रो परियोजना प्रस्तावित है। उन्होंने कहा कि राज्य में ऐसी कई पंप वाली पनबिजली परियोजनाओं के लिए निविदाएं जारी की गई हैं।"
पंप्ड हायड्रो स्टोरेज एक विशालकाय स्थाई बैटरी के समान है, इसमें ऐसे दो जलाशयों की ज़रुरत होती है जो अलग अलग ऊंचाई पर स्थिति हों। उदाहरण के तौर पर हम दिन में सौर ऊर्जा की मदद से ऊपरी जलाशय में पानी पंप कर स्टोर कर सकते हैं और रात में ज़रुरत पड़ने पर ऊपरी जलाशय से पानी को छोड़कर बिजली का निर्माण कर सकते हैं। यह ग्रैविटी के सिद्धांत पर आधारित है।
दुनिया में पंप्ड हायड्रो स्टोरेज कैपेसिटी 180 गीगावॉट करीब है। वहीं सेंट्रल इलेक्ट्रिसिटी अथॉरिटी के मुताबिक भारत में पंप्ड हाईड्रो स्टोरेज का पोटेंशियल 119 गीगावॉट के करीब है। हालांकि भारत में पंप्ड स्टोरेज प्रोजेक्ट की मौजूदा इंस्टॉल्ड कैपेसिटी केवल 4.8 गीगावॉट ही है।
किसी भी भंडारण प्रणाली की तरह, पंप्ड हाईड्रो में भी कमियां हैं, जैसे इसकी भौगोलिक सीमाएं। इस तकनीक के लिए विशिष्ट भौगोलिक परिस्थितियों की आवश्यकता होती है - जैसे विश्वसनीय जल निकायों के आसपास आवश्यक ऊंचाई/ढलान - जो आसानी से उपलब्ध नहीं हैं। इसके अतिरिक्त, एक पंपयुक्त पनबिजली परियोजना को चालू करने के लिए आवश्यक समय और पूंजी निवेश ज़रुरी है। उदाहरण के लिए, मध्य प्रदेश में ओंकारेश्वर पंप हाइड्रो परियोजना के निर्माण की अनुमानित लागत 4,200 करोड़ रुपये है।
विस्थापन और पारिस्थितिक क्षति की पर्यावरणीय चिंताओं से परे अन्य बाधाएँ भी हैं, जैसे उच्च निवेश लागत, लंबी निर्माण अवधि, गैर-लाभकारी मूल्य निर्धारण मॉडल और पंप भंडारण संयंत्र के संचालन के लिए आवश्यक स्थलाकृति वाली पर्याप्त साइटों की कमी। ऊर्जा मंत्रालय ने पंपयुक्त हाइड्रो-आधारित ऊर्जा भंडारण पर जोर देने के लिए कुछ दिशानिर्देशों का मसौदा तैयार किया है।
मध्य प्रदेश के अलावा महाराष्ट्र में भी पंप हाइड्रो स्टोरेज परियोजनाओं की शुरुआत हो चुकी है। विशेष रूप से, हाल ही में महाराष्ट्र सरकार और टाटा पावर के बीच राज्य के भीतर 2800 मेगावाट पंप भंडारण परियोजना स्थापित करने के लिए एक समझौता हुआ है। वर्ष 2022-2032 के लिए राष्ट्रीय विद्युत योजना के अनुसार, भारत को नवीकरणीय ऊर्जा पर अपनी निर्भरता बढ़ानी होगी। 2031-2032 तक, देश की ग्रिड-आधारित ऊर्जा भंडारण क्षमता 411.4 GWh तक पहुंच जानी चाहिए। पंप्ड स्टोरेज प्रोजेक्ट (PSP) के माध्यम से 175.18 GWh स्टोरेज को पूरा करने के अलावा, 236.22 GWh स्टोरेज बैटरी एनर्जी स्टोरेज सिस्टम (BESS) को शामिल करके इस उद्देश्य को पूरा किया जा सकता है।
पानी से ऊर्जा उत्पन्न करना और संग्रहीत करना गैर-जीवाश्म और गुरुत्वाकर्षण आधारित ज़रुर है, लेकिन यह ध्यान रखना आवश्यक है कि नदियों को बांधना पर्यावरण और पारिस्थितिकी तंत्र के लिए हानिकारक है। जलविद्युत और भंडारण को पर्यावरण-अनुकूल बनाने के कई तरीके हैं। हालाँकि, ऊर्जा भंडारण के लिए केवल पीएसपी पर निर्भर रहना कोई स्मार्ट दीर्घकालिक योजना नहीं होगी।
आईआईटी-बॉम्बे के प्रोफेसर और एनर्जी स्वराज फाउंडेशन के संस्थापक चेतन सिंह सोलंकी कहते हैं, "बड़े भंडारण समाधान में निवेश करने के बजाय, विकेंद्रीकृत तरीके से छोटी इकाइयों में बिजली का भंडारण करना बेहतर है।" इसलिए, ऊर्जा भंडारण मिश्रण में निवेश यानी भंडारण समाधानों में विविधता लाने को बढ़ावा दिया जाना चाहिए।
थर्मल भंडारण तकनीक: भाप/दबावयुक्त पानी
गुजरात के वडोदरा से लगभग 30 किमी दूर स्थित कैलाश कैंसर अस्पताल की कैंटीन हर रोज़ कम से कम 2000 लोगों को भोजन परोसती है। अप्रैल 2023 से, यहां रोजमर्रा का भोजन पकाने के लिए थर्मल स्टोरेज तकनीक से संगृहित की गई सौर ऊर्जा का उपयोग किया जा रहा है। भोजन रोजाना सुबह के काम के दौरान पकाया जाता है, जिसमें सूर्य/सौर ऊर्जा की उपलब्धता बहुत कम या बिल्कुल नहीं होती। यह तकनीक सनराइज कंसंट्रेटेड सोलर पावर प्राइवेट लिमिटेड द्वारा स्थापित की गई है। यह तकनीक एक विशिष्ट बिंदु पर सूर्य के प्रकाश को केंद्रित करने की अनुमति देती है, जिससे तापमान 1700 डिग्री तक पहुंच जाता है, जैसा कि कंपनी के सीईओ प्रणव गढ़िया ने बताया। पानी को गर्म करने से भाप उत्पन्न करने के लिए ऊर्जा को एक कंटेनर में संपीड़ित करके दबाव वाले पानी के रूप में संग्रहीत किया जाता है। इस संग्रहीत ऊर्जा का उपयोग बाद में गैर-धूप वाले घंटों के दौरान '1-2 घंटे' तक भाप की आपूर्ति के लिए किया जाता है।
यह तकनीक फिलहाल वडोदरा में पायलट चरण में है। इस भाप का उपयोग खाना पकाने, कपड़े धोने और कीटाणुशोधन सहित विभिन्न उद्देश्यों के लिए प्रभावी ढंग से किया जा रहा है। हमारी बातचीत के अनुसार, इस तकनीक का उपयोग खाना पकाने/मेस संबंधी जरूरतों के लिए शैक्षणिक संस्थानों में किया जा रहा है। इसके अलावा, सनराइज सोलर के निदेशक, प्रणव गढ़िया, एक ऐसे भविष्य की कल्पना करते हैं जहां संग्रहीत भाप के माध्यम से टर्बाइन को घुमाकर बिजली उत्पन्न की जा सके। जिससे संकेंद्रित सौर ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सके।
प्रणव का मानना है कि संकेंद्रित सौर ऊर्जा में नवीकरणीय ऊर्जा की रुक-रुक कर होने वाली प्रकृति को संबोधित करने की क्षमता है। यह तकनीक ग्रिड स्थिरीकरण क्षमताएं प्रदान करती है जो हमारे ऊर्जा मिश्रण में महत्वपूर्ण योगदान दे सकती है। सौर पीवी समाधानों की तुलना में इस तकनीक के अनुसंधान और विकास का समर्थन करने में सरकार की रुचि की कमी से प्रणव की निराशा के बावजूद, वह उनके प्रयासों के बारे में आशावादी बने हुए हैं और भविष्य की सफलता के प्रति आश्वस्त हैं।
थर्मल भंडारण प्रौद्योगिकी: मॉल्टन सॉल्ट
मध्य प्रदेश राज्य में, आरकेडीएफ विश्वविद्यालय में डॉ वी के सेठी मॉल्टन सॉल्ट के माध्यम से ऊर्जा भंडारण का प्रयोग कर रहे हैं। सेवानिवृत्त प्रोफेसर डॉ. वीके सेठी इस बात पर प्रकाश डालते हैं कि इस तकनीक में केंद्रित सौर ऊर्जा का उपयोग करके हैलाइड नमक को गर्म करना शामिल है। नमक में संग्रहीत गर्मी 6 घंटे तक पावर बैकअप प्रदान कर सकती है। हालाँकि अभी भारत को अमेरिका से 3000 डॉलर प्रति किलोग्राम की कीमत पर मॉल्टन सॉल्ट आयात करना पड़ता है। डॉ. सेठी भारत के भीतर हैलाइड नमक के उत्पादन के बारे में आशावाद व्यक्त करते हैं। उनका कहना है, "इससे लागत काफी कम होकर 30 डॉलर प्रति किलोग्राम रह जाएगी।"
सौर ऊर्जा को थर्मल स्टोरेज में मॉल्टन सॉल्ट द्वारा अवशोषित किया जाता है, और इसे गर्मी के रूप में संग्रहीत किया जाता है। हीट एक्सचेंजर भाप के ज़रिए टर्बाईन को घुमाकर बिजली उत्पादन करता है फिर मॉल्टन सॉल्ट कोल्ड टैंक में आकर ठंडा हो जाता है। इस तरह यह प्रक्रिया चलती रहती है।
सोडियम-आयन बैटरियां
सोडियम नमक, जो आपके भोजन का एक अनिवार्य घटक है, अब एक बेहतर भंडारण विकल्प के रूप में पहचाना जा रहा है। दुनिया भर में दस से अधिक कंपनियां 2024-25 तक सोडियम-आयन बैटरी का व्यावसायिक उत्पादन शुरू करने के लिए तैयार हैं। भारत भी इस क्षेत्र में महत्वपूर्ण प्रगति कर रहा है। चेन्नई स्थित स्टार्टअप, AATRAL-ESP, सक्रिय रूप से सोडियम-आयन भंडारण प्रणाली पर काम कर रहा है। सीईओ सुभद्रा राजेंद्रन ने लिथियम और कोबाल्ट खनन के कारण होने वाले विनाशकारी पर्यावरणीय प्रभाव को देखने के बाद इस यात्रा पर निकलने का फैसला किया। सुभद्रा अपनी सोडियम बैटरियों की स्थिरता और पर्यावरण-मित्रता पर जोर देती हैं, जो पूरी तरह से स्वदेशी और स्थानीय रूप से प्राप्त कच्चे माल से बनाई जाती हैं। सोडियम में लिथियम के समान रासायनिक गुण होते हैं और यह हमारे आसपास प्रचुर मात्रा में उपलब्ध है। इसलिए, लिथियम के विपरीत, सोडियम का खनन नहीं करना पड़ता है।
सोडियम बैटरियों के फायदों पर चर्चा करते समय, सुभद्रा उनकी असाधारण सुरक्षा और लागत-प्रभावशीलता पर जोर देती हैं। वो कहती हैं
"लिथियम बैटरियों के विपरीत, सोडियम बैटरी में अधिक गर्म होने या आग लगने का कोई खतरा पैदा नहीं होता। इसके अलावा, सोडियम बैटरियां व्यापक तापमान सहनशीलता प्रदर्शित करती हैं, जो माइनस 40 डिग्री सेल्सियस से कम और 60 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान में इष्टतम दक्षता सुनिश्चित करती हैं। इसके अतिरिक्त, सोडियम बैटरियों को पूरी तरह से डिस्चार्ज किया जा सकता है, जिससे उपयोगकर्ता उनके भीतर संग्रहीत संपूर्ण ऊर्जा का उपयोग कर सकेंगे।"
लिथियम-आयन बैटरियां ऊर्जा घनत्व के मामले में सोडियम-आयन बैटरियों से बेहतर प्रदर्शन करती हैं। औसतन, लिथियम बैटरियों का ऊर्जा घनत्व 250 Whr/KG (वाट-घंटे प्रति किलोग्राम) होता है, जो सोडियम बैटरियों की तुलना में काफी अधिक है, जो आमतौर पर 40 Whr/KG और 160 Whr/KG के बीच होती हैं। सुभद्रा इस अंतर को स्वीकार करती हैं लेकिन कहती हैं, "व्यापक अनुसंधान और विकास के माध्यम से, हम सोडियम बैटरी की ऊर्जा घनत्व को बढ़ाने के लिए सक्रिय रूप से प्रयास कर रहे हैं और अगले कुछ वर्षों में एक बड़ी सफलता हासिल करने के बारे में आशावादी हैं।"
शायद सोडियम बैटरियां इलेक्ट्रिक वाहनों और छोटे उपकरणों में हल्के भंडारण के लिए कुशल नहीं हो सकती हैं, लेकिन वे ग्रिड-स्केल भंडारण के साथ-साथ सौर और पवन फार्मों के लिए बेहद महत्वपूर्ण साबित हो सकती हैं। सुभद्रा उत्साहपूर्वक सहमति जताते हुए कहती हैं,
"हमारी कंपनी का प्राथमिक उद्देश्य ग्रिड-स्केल बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली और यूपीएस प्रौद्योगिकी दोनों के रूप में सोडियम भंडारण का समर्थन करना है। इस संदर्भ में सोडियम बैटरियों का उपयोग उनकी सामर्थ्य और 15-20 वर्षों के प्रभावशाली जीवनकाल के कारण अत्यधिक लाभप्रद साबित होगा।"
रिलायंस इंडस्ट्रीज ने हाल ही में 135 मिलियन डॉलर में सोडियम-आयन बैटरी विकसित करने के लिए समर्पित यूके स्थित स्टार्टअप फैराडियन का अधिग्रहण किया है। इसके अलावा, रिलायंस ने अपने उत्पादों के व्यावसायीकरण में तेजी लाने के लिए फैराडियन में अतिरिक्त $35 मिलियन का निवेश करने की योजना बनाई है, जिसमें विशेष रूप से इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए डिज़ाइन की गई बैटरियां भी शामिल हैं।
बातचीत को समाप्त करते हुए सुभद्रा ने इस बात पर प्रकाश डाला, "सोडियम-आयन बैटरी के क्षेत्र में बहुत सीमित कंपनियां काम कर रही हैं, और समय पर प्रभावी तकनीक लाने के लिए हमें और अधिक कंपनियों की आवश्यकता है"
निष्कर्ष
जैसे अक्षय ऊर्जा प्राप्त करने के अलग-अलग स्त्रोत से एनर्जी मिक्स तैयार किया जा रहा है उसी तरह ऊर्जा भंडारण में भी अलग अलग तकनीकों को बढ़ावा देकर ज़रुरी क्षमता हासिल की जा सकती है लेकिन इंडिया स्मार्ट ग्रिड फोरम और नीति आयोग द्वारा तैयार किया गया भारत का एनर्जी स्टोरेज रोडमैप कहता है कि लिथियम-आयन बैटरी प्रौद्योगिकी में निरंतर प्रगति और मूल्य प्रतिस्पर्धा इसे भारत के लिए सर्वोच्च प्राथमिकता बनाती है।
हालाँकि, अगर हम दूसरे विकल्पों पर विचार करने में विफल रहते हैं, तो लिथियम-आयन बैटरी से होने वाले पर्यावरणीय नुकसान को ध्यान में रखते हुए, हमें अगले 10-20 वर्षों में नई चुनौतियों का सामना करना पड़ सकता है। जैसा कि हम जलवायु परिवर्तन से निपटने के लिए यह परिवर्तन कर रहे हैं, हम बस एक समस्या के बदले दूसरी समस्या को जन्म दे रहे हैं। भविष्य में हमें बेकार हो चुकी फोटोवोल्टिक कोशिकाओं और लिथियम बैटरियों से निकलने वाले कचरे के ढेर का सामना करना पड़ेगा।
भारत की जलवायु शमन और नवीकरणीय ऊर्जा विस्तार योजनाओं पर सवाल उठाते हुए चेतन सोलंकी कहते हैं,
“हमें इसे व्यापक परिप्रेक्ष्य से समझना होगा। जिस तरह से हम ग्रिड में नवीकरणीय ऊर्जा की मात्रा बढ़ा रहे हैं…हमें इसके पीछे के मकसद को समझना होगा। क्या हम विदेशी मुद्रा (अंतर्राष्ट्रीय प्रतिबद्धताओं) के बारे में सोच रहे हैं या क्या यह कार्बन उत्सर्जन को कम करने के लिए है या क्या यह विकेंद्रीकृत ऊर्जा उत्पादन बनाने और स्थानीय समुदायों को मजबूत करने के लिए है? जब तक हम इसे नहीं समझ लेते, हम सही प्रश्नों का उत्तर नहीं दे सकते।"
ऊर्जा भंडारण के अलावा, नवीकरणीय ऊर्जा से जुड़ी एक और बड़ी चुनौती ग्रिड ट्रांसमिशन है। स्वच्छ ऊर्जा की तरफ ट्रांसिशन और कोयला आधारित ऊर्जा को खत्म करने के लिए, ट्रांसमिशन ग्रिड को अत्याधुनिक प्रौद्योगिकियों और अभिनव समाधानों का उपयोग करके महत्वपूर्ण उन्नयन से गुजरना होगा, हालांकि, इन प्रगति को लागू करने के लिए पर्याप्त मात्रा में पूंजी निवेश की आवश्यकता होगी। इस श्रृंखला के तीसरे लेख में, हम ट्रांसमिशन-आधारित चुनौतियों से निपटने के लिए भारत की तैयारियों पर चर्चा करेंगे।
This is the second of three articles series on India’s renewable energy expansion, and storage system. This story is produced with the support of the Earth Journalism Network story grants
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Part 3: भारत का नवीकरणीय ऊर्जा विस्तार और ग्रिड स्थिरता की चुनौती
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