ফুয়েল-সেল ক্যাটালিস্টে অগ্রগতি ডেটা সেন্টারের বিদ্যুৎচাপ কমানোর লক্ষ্য নিয়েছে

গ্রিড-সংকটকে লক্ষ্য করে একটি উপকরণগত অগ্রগতি

সেন্ট লুইসের ওয়াশিংটন ইউনিভার্সিটি-নেতৃত্বাধীন একটি গবেষণা দল একটি নতুন ফুয়েল-সেল ক্যাটালিস্ট নকশা প্রকাশ করেছে, যার উদ্দেশ্য হলো নিম্ন-তাপমাত্রার হাইড্রোজেন ফুয়েল সেলকে আরও টেকসই এবং আরও কার্যকর করা, তাও আবার খুব অল্প পরিমাণ প্লাটিনাম ব্যবহার করে। ৬ আগস্ট Nature Nanotechnology-এ প্রকাশিত এই কাজটি একটি দ্রুত বর্ধনশীল জ্বালানি-চ্যালেঞ্জকে কেন্দ্র করে উপস্থাপিত হয়েছে: ইতিমধ্যেই চাপের মুখে থাকা বিদ্যুৎ ব্যবস্থার ওপর আরও চাপ না ফেলে, কীভাবে বড়, বিদ্যুৎখেকো ডেটা সেন্টারগুলোকে শক্তি জোগানো যায়।

সময়টিও কাকতালীয় নয়। প্রদত্ত উৎসপাঠ অনুযায়ী, Electric Power Research Institute-এর অনুমান, ২০৩০ সালের মধ্যে ডেটা সেন্টার যুক্তরাষ্ট্রের বার্ষিক বিদ্যুৎ উৎপাদনের ৯% পর্যন্ত ব্যবহার করতে পারে, যেখানে ২০২৩ সালে তা মোট বিদ্যুৎ চাহিদার ৪% ছিল। কম্পিউটিং বৃদ্ধির পাশাপাশি ঘন ডিজিটাল অবকাঠামো চালাতে প্রয়োজনীয় কুলিং লোড এই বিস্তারকে চালিত করছে। তাই গবেষক ও অপারেটররা সাইটেই বেশি বিদ্যুৎ উৎপাদন এবং গ্রিডের ওপর চাপ কমানোর উপায় খুঁজছেন।

ফুয়েল সেল সেই প্রযুক্তিগুলোর একটি, যা মনোযোগ আকর্ষণ করছে। এগুলো হাইড্রোজেন ও অক্সিজেনকে একত্র করে বিদ্যুৎ উৎপন্ন করে, আর উপজাত হিসেবে পানি ও তাপ তৈরি হয়। তত্ত্বগতভাবে, হাইড্রোজেন কীভাবে উৎপাদিত হয় তার ওপর নির্ভর করে, এটি প্রচলিত জীবাশ্ম-জ্বালানি উৎপাদনের তুলনায় কম নির্গমনে নির্ভরযোগ্য শক্তি প্রয়োজন এমন কাজের জন্য আকর্ষণীয়। কিন্তু বাস্তবে, খরচ ও স্থায়িত্ব এখনো বড় বাধা, আর এই দুইয়ের কেন্দ্রে রয়েছে ক্যাটালিস্টের কার্যকারিতা।

প্লাটিনাম এখনো কেন সমস্যা

ফুয়েল সেলের জন্য প্লাটিনাম অন্যতম কার্যকর ক্যাটালিস্ট উপাদান, কিন্তু এটি ব্যয়বহুল এবং দুর্লভ। ফলে কর্মক্ষমতা নষ্ট না করে প্রয়োজনীয় পরিমাণ কমানোর উপায় খুঁজতে গবেষণা চলেছে। নতুন গবেষণা ঠিক এই সমঝোতাটিকেই মোকাবিলা করেছে।

উৎসপাঠ অনুযায়ী, দলটি একটি ন্যানোস্ট্রাকচার্ড কার্বন নকশা তৈরি করেছে, যা ক্যাটালিস্টকে অল্প পরিমাণ প্লাটিনাম ব্যবহার করেও আশ্চর্যজনকভাবে স্থিতিশীল ও কার্যকর থাকতে দেয়। স্থিতিশীলতার ওপর জোর দেওয়াই এখানে গুরুত্বপূর্ণ। ফুয়েল-সেল ব্যবস্থা ল্যাবে একবার কাজ করলেই বাণিজ্যিকভাবে সফল হয় না। বারবার চালানোর সময় তাপ ও রাসায়নিক চাপের কারণে কর্মক্ষমতা খুব দ্রুত নেমে গেলে সেগুলো ব্যর্থ হয়।

নিম্ন-তাপমাত্রার ফুয়েল সেলে স্থায়িত্ব অন্যতম কঠিন bottleneck। বিদ্যমান ক্যাটালিস্টগুলো সাধারণত উচ্চ কার্যকারিতা ও দীর্ঘ পরিচালনকাল একসাথে ধরে রাখতে হিমশিম খায়, ফলে সিস্টেমগুলো ব্যয়বহুল থাকে এবং চাহিদাসম্পন্ন, সার্বক্ষণিক পরিবেশে প্রয়োগ সীমিত হয়। মূল্যবান ধাতুর ব্যবহার কমিয়ে দীর্ঘক্ষণ কর্মক্ষমতা ধরে রাখতে সক্ষম ক্যাটালিস্ট এই ক্ষেত্রের দুটি সবচেয়ে বড় সীমাবদ্ধতাকেই একসঙ্গে মোকাবিলা করে।

গবেষণাটিতে Brookhaven National Laboratory, Lawrence Berkeley National Laboratory, Northeastern University, এবং University of Pittsburgh-এর সহযোগীরাও ছিলেন, যা শক্তি-উপকরণ গবেষণার ক্রমবর্ধমান বহুবিষয়ক চরিত্রকে তুলে ধরে। এটি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ ক্যাটালিস্ট-উন্নয়ন খুব কমই কেবল রসায়নের গল্প। এতে ন্যানোস্কেল নকশা, উন্নত চরিত্রায়ন, ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি, এবং বাস্তবসম্মত পারফরম্যান্স টেস্টিং প্রয়োজন।

ডেটা সেন্টার কেন শিরোনামের প্রধান প্রয়োগ

এই লেখাটি সরাসরি এই অগ্রগতিকে ডেটা-সেন্টার বিদ্যুতের সঙ্গে যুক্ত করেছে। সেই সংযোগ বাস্তবসম্মত। ইউটিলিটি, ডেভেলপার, এবং নীতিনির্ধারকদের কাছে ডেটা সেন্টার একটি নির্ধারক অবকাঠামোগত চ্যালেঞ্জ হয়ে উঠছে, কারণ তাদের চাহিদা বড়, কেন্দ্রীভূত, এবং দেরি করা কঠিন। সাইটে বিদ্যুৎ উৎপাদন শুধু স্থিতিস্থাপকতার জন্য নয়, গতি পাওয়ার জন্যও আকর্ষণীয় হয়ে উঠেছে। কিছু অঞ্চলে, বড় নতুন কম্পিউটিং ক্যাম্পাসের জন্য যথেষ্ট গ্রিড সক্ষমতা পেতে বছর লেগে যেতে পারে।

ফুয়েল সেল যদি আরও সাশ্রয়ী এবং দীর্ঘস্থায়ী হয়, তবে অপারেটররা গ্রিডের ওপর পুরোপুরি নির্ভর না করে নিজেদের কিছু বিদ্যুৎ নিজেরাই উৎপাদনের উপায় পেতে পারেন। উৎসপাঠে প্রধান গবেষক Gang Wu বলেন, ফুয়েল সেল দিয়ে নিজের বিদ্যুৎ সরবরাহকারী একটি ডেটা সেন্টার সরাসরি হাইড্রোজেন ও অন্যান্য জ্বালানিকে বিদ্যুতে রূপান্তর করবে, ফলে গ্রিডের চাপ কমবে। এটাই এই উপকরণবিজ্ঞানের পেছনের ব্যবহারিক সিস্টেম-স্তরের যুক্তি।

তবু কিছু সতর্কতা আছে। এই গবেষণা দেখায় যে উন্নত ক্যাটালিস্ট নিম্ন-তাপমাত্রার ফুয়েল সেলের ব্যবহার বাড়াতে পারে; কিন্তু এটি দেখায় না যে ডেটা সেন্টার শিগগিরই ব্যাপকভাবে স্যুইচ করবে। বাস্তব প্রয়োগ নির্ভর করে হাইড্রোজেন সরবরাহ, মূলধনী খরচ, সিস্টেম ইন্টিগ্রেশন, নিরাপত্তা, এবং গ্যাস টারবাইন, ব্যাটারি ও গ্রিড আপগ্রেডের মতো প্রতিযোগী প্রযুক্তির অর্থনীতির ওপর। তবু ক্যাটালিস্ট উন্নতি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ স্ট্যাকের কর্মক্ষমতা ও স্থায়িত্ব পুরো সিস্টেমের অর্থনীতিকে প্রভাবিত করে।

ডেটা সেন্টারের বাইরে

যদিও ডেটা সেন্টারই আলোচনার কেন্দ্রে, এর প্রভাব আরও দূর পর্যন্ত যায়। উৎসপাঠে স্পষ্টভাবে যানবাহন ও অন্যান্য শক্তি-নিবিড় প্রযুক্তিতে সম্ভাব্য ব্যবহারের কথা বলা হয়েছে। এটি ক্যাটালিস্ট-প্ল্যাটফর্ম অগ্রগতির ক্ষেত্রে সাধারণ: একটি উপাদান শক্তিশালী কার্যকারিতা ও স্থায়িত্ব দেখালে, একাধিক প্রয়োগ উপকৃত হতে পারে, এমনকি যদি একটি বাজার উন্নয়নের তাৎক্ষণিক যুক্তি দেয়।

এই কাজ আরও বড় জ্বালানি পরিবর্তনের একটি ধারা দেখায়। অনেক উদীয়মান পরিষ্কার-জ্বালানি ব্যবস্থা ধারণাগতভাবে সম্ভব নয় বলে আটকে নেই। সেগুলো আটকে আছে এমন উপকরণসীমার কারণে, যা তাদের অত্যন্ত ব্যয়বহুল, খুব কমস্থায়ী, বা স্কেল করতে কঠিন করে তোলে। তাই ক্যাটালিস্টের গঠনে ছোট ছোট উন্নতিও, যদি মূল্যবান ধাতুর ওপর নির্ভরতা কমায় এবং কার্যকরী আয়ু বাড়ায়, তবে বড় প্রভাব ফেলতে পারে।

হাইড্রোজেন ফুয়েল সেলের ক্ষেত্রে এটি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এই প্রযুক্তি বছরের পর বছর সম্ভাবনা ও বাস্তবতার মাঝখানে আটকে আছে। সমর্থকেরা পরিষ্কার ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল রূপান্তর ও দ্রুত প্রতিক্রিয়ার কথা বলেন। সমালোচকেরা খরচ, অবকাঠামোগত ঘাটতি, এবং স্থায়িত্ব-সংক্রান্ত চ্যালেঞ্জের কথা তুলে ধরেন। এ ধরনের অগ্রগতি সেই বিতর্কের সমাধান করে না, তবে প্রকৌশলভিত্তিক প্রাথমিক মানদণ্ডকে এগিয়ে দেয়।

এখানে রিপোর্ট করা ন্যানোস্ট্রাকচার্ড কার্বন নকশাকে চূড়ান্ত বাণিজ্যিক পণ্য নয়, বরং একটি সক্ষমতামূলক ফলাফল হিসেবে দেখা ভালো। এটি এমন ক্যাটালিস্টের দিকে একটি পথ নির্দেশ করে যা কম প্লাটিনাম-নির্ভর এবং পরিচালনার সময় আরও স্থিতিশীল, এবং ব্যাপক গ্রহণের জন্য ঠিক এই সংমিশ্রণই প্রয়োজন। পরবর্তী কাজ যদি বৃহৎ পরিসরে পারফরম্যান্স নিশ্চিত করে, তবে প্রভাব ব্যাকআপ ও বিতরণকৃত উৎপাদন থেকে শুরু করে পরিবহন ও শিল্প-বিদ্যুৎ ব্যবস্থায়ও পৌঁছাতে পারে।

গবেষণাটিকে বিশেষভাবে উল্লেখযোগ্য করে তোলে এর বাস্তব, নিকটমেয়াদি চাহিদা বৃদ্ধির সঙ্গে সামঞ্জস্য। ডেটা-সেন্টার বিদ্যুৎ ব্যবহার এখন আর অনুমাননির্ভর ভবিষ্যৎ সমস্যা নয়। এটি গ্রিড পরিকল্পনা ও অবকাঠামো বিনিয়োগে সক্রিয় সীমাবদ্ধতা। ফলে ফুয়েল-সেল গবেষণার জন্য আগের চেয়ে আরও স্পষ্ট লক্ষ্য তৈরি হয়েছে।

এ মুহূর্তে, এই ফলাফল মনে করিয়ে দেয় যে জ্বালানি অবকাঠামোর সমস্যা প্রায়ই একেকটি উপকরণ স্তর ধরে সমাধান করা হয়। ন্যূনতম প্লাটিনাম ব্যবহার এবং দীর্ঘমেয়াদি স্থায়িত্বকে কেন্দ্র করে ক্যাটালিস্ট সাপোর্ট কাঠামো পুনর্নকশা করে ওয়াশিংটন ইউনিভার্সিটি-নেতৃত্বাধীন দলটি ধাঁধার একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ দিয়েছে। এটি বাণিজ্যিক মোড় নেবে কি না, তা নির্ভর করবে স্কেল-আপ, সিস্টেম ইন্টিগ্রেশন, এবং হাইড্রোজেন অর্থনীতিতে পরের ধাপে কী ঘটে তার ওপর; তবে দিকনির্দেশ স্পষ্ট।

এই নিবন্ধটি Science Daily-র প্রতিবেদনের ভিত্তিতে লেখা। মূল নিবন্ধটি পড়ুন.