বালিভিত্তিক কার্নো ব্যাটারি প্রোটোটাইপ দীর্ঘমেয়াদি সংরক্ষণের জন্য ভিন্ন পথ পরীক্ষা করছে

সস্তা উপকরণ তাপীয় বিদ্যুৎ সংরক্ষণে সহায়তা করতে পারে কি না, তা পরীক্ষা করছেন আল্টো গবেষকেরা

ফিনল্যান্ডের আল্টো বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকেরা পরীক্ষামূলকভাবে একটি স্টার্লিং ইঞ্জিন-ভিত্তিক কার্নো ব্যাটারি প্রোটোটাইপ মূল্যায়ন করেছেন, যা তাপশক্তি সংরক্ষণের জন্য বালি ব্যবহার করে। এই ধারণা জ্বালানি ব্যবস্থার একটি কঠিন সমস্যাকে লক্ষ্য করে: বিদ্যুৎকে এমনভাবে কীভাবে সংরক্ষণ করা যায় যা সস্তা, বড় আকারে প্রয়োগযোগ্য, এবং অনেক ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ব্যাটারির তুলনায় দীর্ঘতর সময়ের জন্য উপযোগী।

একটি কার্নো ব্যাটারি বিদ্যুৎকে তাপ হিসেবে সংরক্ষণ করে এবং পরে সেই তাপ আবার বিদ্যুতে রূপান্তর করে। আল্টো দলের প্রোটোটাইপে, কমদামি বালি তাপীয় সংরক্ষণ মাধ্যম হিসেবে কাজ করে, আর একটি স্টার্লিং ইঞ্জিন সংরক্ষিত তাপকে প্রথমে যান্ত্রিক গতিতে এবং পরে বিদ্যুতে রূপান্তর করে। এই পদ্ধতি বিদ্যুৎ-থেকে-তাপ-থেকে-বিদ্যুৎ ব্যবস্থার একটি বৃহত্তর শ্রেণির অন্তর্ভুক্ত, যা গ্রিডে আরও বেশি পরিবর্তনশীল নবায়নযোগ্য উৎপাদন যুক্ত হওয়ার সঙ্গে সঙ্গে গুরুত্ব পাচ্ছে।

এর মূল আকর্ষণ সহজ। বালি প্রচুর এবং সস্তা, এবং তাপীয় সংরক্ষণ তাত্ত্বিকভাবে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির উপকরণ সরবরাহ শৃঙ্খলের ওপর নির্ভর না করেই বিস্তৃত হতে পারে। যদি এ ধরনের ব্যবস্থা যথেষ্ট দক্ষতার সঙ্গে নির্মাণ করা যায়, তবে সেগুলো সময়ের সঙ্গে সৌর ও বায়ু উৎপাদনকে ভারসাম্যে রাখতে প্রয়োজনীয় দীর্ঘমেয়াদি সংরক্ষণ মিশ্রণের অংশ হয়ে উঠতে পারে।

প্রোটোটাইপটি কাজ করেছে, তবে দক্ষতা এখনো বড় চ্যালেঞ্জ

স্টার্লিং ইঞ্জিন-ভিত্তিক কার্নো ব্যাটারি, বা SECB, বিভিন্ন অবস্থায় প্রোটোটাইপটি কীভাবে আচরণ করে তা পরীক্ষা করতে গবেষকেরা পরীক্ষামূলক ও সংখ্যাত্মক মূল্যায়ন একত্র করেছিলেন। তাদের প্রতিবেদিত ফল মিশ্র হলেও উপকারী ছিল: বেশি ইঞ্জিন তাপমাত্রা বিদ্যুৎ উৎপাদন এবং কাজের সময়কাল দুটিই উন্নত করেছে, যা দেখায় যে মৌলিক রূপান্তর পথটি প্রত্যাশামতো কাজ করছে। একই সঙ্গে, রাউন্ড-ট্রিপ দক্ষতা কমই ছিল।

সারাংশ অনুযায়ী, এর প্রধান কারণ ছিল তাপক্ষয় এবং বালির স্তরের মধ্যে সীমিত তাপ স্থানান্তর। এগুলো সামান্য প্রকৌশলগত বিশদ নয়। এগুলো সেই প্রশ্নের কেন্দ্রে আঘাত করে যে তাপীয় ব্যাটারি কি অর্থনৈতিকভাবে প্রতিযোগিতামূলক হতে পারে এমন ব্যবস্থা হিসেবে, যা গ্রিডে বিদ্যুৎ ফিরিয়ে দেয়, শুধু সরাসরি ব্যবহারের জন্য তাপ জমা রাখে না।

এই পার্থক্যটি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ সংরক্ষিত শক্তি তাপ হিসেবে ব্যবহৃত হলে তাপীয় সংরক্ষণ ইতিমধ্যেই সহজে যুক্তিযুক্ত করা যায়। কিন্তু এক ব্যবস্থাকে যখন সেই শক্তির একটি উল্লেখযোগ্য অংশ আবার বিদ্যুতে রূপান্তর করতে হয়, তখন প্রতিটি ক্ষতির ধাপ আরও গুরুত্বপূর্ণ হয়ে ওঠে। আল্টো ফলাফলটি ইঙ্গিত দেয় যে ধারণাটি প্রযুক্তিগতভাবে সম্ভব, কিন্তু এখনও একটি পরিচিত বাধায় সীমাবদ্ধ: কমদামি সুবিধাটি নষ্ট না করে যথেষ্ট দক্ষতার সঙ্গে তাপ সরানো ও ধরে রাখা।

কার্নো ব্যাটারি কেন আগ্রহ ধরে রাখে

এই সীমাবদ্ধতা সত্ত্বেও, কার্নো ব্যাটারি ক্রমবর্ধমানভাবে আকর্ষণীয় একটি জায়গা দখল করে আছে। উচ্চ নবায়নযোগ্য অংশবিশিষ্ট জ্বালানি ব্যবস্থার জন্য শুধু দ্রুত প্রতিক্রিয়াশীল ব্যাটারিই নয়, একাধিক ধরনের সংরক্ষণও দরকার। তাদের এমন প্রযুক্তিও দরকার যা উদ্বৃত্ত বিদ্যুৎ শোষণ করতে পারে, তুলনামূলক কম খরচে দীর্ঘ সময় ধরে রাখতে পারে, এবং গ্রিডের প্রয়োজন হলে তা ছেড়ে দিতে পারে।

তাপীয় সংরক্ষণ সেই লক্ষ্য পূরণের একটি পথ দেয়, বিশেষত যখন তা সহজ বা প্রাচুর্যময় উপকরণের সঙ্গে যুক্ত হয়। বালি ইতিমধ্যেই অন্য তাপ-সংরক্ষণ নকশায় মনোযোগ কেড়েছে কারণ এটি সস্তা, অদাহ্য, এবং সহজলভ্য। স্টার্লিং ইঞ্জিন-ভিত্তিক নকশা যা যোগ করে, তা হলো সেই চক্রকে আবার বৈদ্যুতিক আউটপুট পর্যন্ত সম্পূর্ণ করার একটি প্রচেষ্টা।

স্টার্লিং ইঞ্জিন একটি বন্ধ-চক্র তাপ ইঞ্জিন, যা তাপমাত্রার পার্থক্য থেকে যান্ত্রিক গতি তৈরি করতে বায়ু বা অন্য কোনো গ্যাসের মতো স্থায়ী কার্যকরী গ্যাস ব্যবহার করে। তাত্ত্বিকভাবে, এটি একটি সংরক্ষিত তাপীয় ভাণ্ডার থেকে উপকারী কাজ আহরণের জন্য স্বাভাবিক প্রার্থী। বাস্তবে, ব্যবস্থাটিকে নিরোধক, তাপ বিনিময়, এবং রূপান্তরজনিত ক্ষতি যথেষ্ট শৃঙ্খলার সঙ্গে সামলাতে হবে, যাতে সংরক্ষণ মাধ্যমের কমদামি সুবিধা নষ্ট না হয়।

এই ফলের মূল্য হলো এটি বাস্তব

শক্তি সংরক্ষণের ধারণাগুলো প্রায়ই সিমুলেশন বা উচ্চস্তরের নকশা প্রস্তাব হিসেবে ঘুরে বেড়ায়। আল্টো কাজটিকে উল্লেখযোগ্য করে তোলে যে এটি একটি নির্মিত প্রোটোটাইপ এবং পরিমাপ করা ফলের মাধ্যমে আলোচনাকে এগিয়ে নেয়। কম দক্ষতার একটি প্রদর্শনও মূল্যবান হতে পারে, যদি তা স্পষ্ট করে দেয় কোন ক্ষতিগুলো প্রধান এবং কোন নকশা পরিবর্তনগুলো সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ।

এখানে, উৎসটি এমন দুটি ক্ষেত্রের দিকে ইঙ্গিত করে যা পরবর্তী পর্যায়কে নির্ধারণ করতে পারে। একটি হলো তাপক্ষয় কমানো, যাতে সংরক্ষিত তাপ চার্জ-ডিসচার্জ চক্রকে যুক্তিযুক্ত করার জন্য যথেষ্ট সময় ধরে উপলব্ধ থাকে। অন্যটি হলো বালির স্তরে তাপ স্থানান্তর উন্নত করা, যাতে ব্যবস্থা সংরক্ষিত শক্তি আরও কার্যকরভাবে ব্যবহার করতে পারে। দুটিই নকশা ও উপকরণ সংক্রান্ত সমস্যা, তবে দুটিই অর্থনৈতিক যুক্তিকেও আকার দেয়।

যদি বেশি তাপমাত্রা কর্মক্ষমতা বাড়ায়, তাহলে ব্যবস্থাটি এমন বিন্যাস থেকে লাভবান হতে পারে যা উচ্চতর পরিচালন পরিস্থিতি ভালোভাবে সহ্য করতে এবং কাজে লাগাতে পারে। কিন্তু সেই লাভগুলোকে স্থায়িত্ব, ব্যবস্থার জটিলতা, এবং খরচের সঙ্গে ভারসাম্য রাখতে হবে। একটি তাপীয় ব্যাটারি তখনই গ্রিড-স্কেলে আকর্ষণীয় হয়ে ওঠে, যখন আউটপুট বাড়াতে প্রয়োজনীয় প্রকৌশল সত্ত্বেও এর সরলতা টিকে থাকে।

সংরক্ষণ পরিসরে এটি কোথায় ফিট করে

আল্টো প্রোটোটাইপ খুব শিগগিরই প্রতিষ্ঠিত ব্যাটারি ব্যবস্থাগুলোকে প্রতিস্থাপন করবে না। এর কম রাউন্ড-ট্রিপ দক্ষতা তা স্পষ্ট করে। কিন্তু এর মানে এই নয় যে ধারণাটি প্রান্তিক। সংরক্ষণ বাজার বিস্তৃত হচ্ছে, এবং সব প্রযুক্তিকে একই সমস্যা সমাধান করতে হয় না। কিছু হবে ফ্রিকোয়েন্সি প্রতিক্রিয়ার জন্য, কিছু বহু-ঘণ্টার আরবিট্রাজের জন্য, আর কিছু শিল্প তাপ বা মৌসুমি ভারসাম্যের জন্য।

সেই পরিসরে, বালিভিত্তিক কার্নো ব্যাটারি তখন প্রাসঙ্গিক হতে পারে যদি তা এমন একটি কমদামি বিকল্পে পরিণত হয়, যেখানে সস্তা সংরক্ষণ মাধ্যম এবং দীর্ঘ সময়কাল সর্বোচ্চ দক্ষতার চেয়ে বেশি গুরুত্বপূর্ণ। এটি একটি কঠিন প্রস্তাব, কিন্তু প্রকৌশল উন্নতি যদি ক্ষতি উল্লেখযোগ্যভাবে কমায়, তবে তা অসম্ভব নয়।

এখনকার জন্য সবচেয়ে পরিষ্কার উপসংহার হলো, বালিভিত্তিক তাপীয় বিদ্যুৎ সংরক্ষণের প্রতিশ্রুতি বাস্তব, কিন্তু এখনো অমীমাংসিত। আল্টোর প্রোটোটাইপ দেখায় যে ধারণাটি নীতিগতভাবে কাজ করতে পারে। এটি এও দেখায় যে এটিকে ভালোভাবে কাজ করানোই আরও কঠিন এবং আরও গুরুত্বপূর্ণ ধাপ।

এই নিবন্ধটি PV Magazine-এর প্রতিবেদনের ওপর ভিত্তি করে। মূল নিবন্ধটি পড়ুন.