সস্তা হাইড্রোজেন উৎপাদনের একটি পথ তৈরি হতে পারে
হাইড্রোজেনকে দীর্ঘদিন ধরে এমন শিল্প ও কাজে একটি সম্ভাবনাময় শক্তি-বাহক হিসেবে দেখা হয়েছে, যেগুলো সরাসরি বিদ্যুতায়ন করা কঠিন। কিন্তু এই প্রযুক্তির অন্যতম প্রধান অর্থনৈতিক বাধা হলো পরিষ্কারভাবে ও বড় পরিসরে হাইড্রোজেন উৎপাদনের খরচ। নবায়নযোগ্য বিদ্যুৎচালিত জল-বিদ্যুৎ বিশ্লেষণ এটি করতে পারে, কিন্তু শক্তিশালী কর্মক্ষমতা ও স্থায়িত্বের জন্য সিস্টেমগুলো প্রায়ই ব্যয়বহুল প্লাটিনাম-গ্রুপ ধাতুর ওপর নির্ভর করে।
সেন্ট লুইসের Washington University-তে Gang Wu-এর নেতৃত্বাধীন একটি গবেষণা দল বলছে, তারা একটি সম্ভাব্য বিকল্প দেখিয়েছে: anion-exchange membrane water electrolyzer-এ ব্যবহারের জন্য দুইটি phosphide দিয়ে তৈরি একটি প্লাটিনাম-মুক্ত অনুঘটক। সরবরাহ করা উৎসপাঠ অনুযায়ী, অনুঘটকটি শিল্প-মানের পরিস্থিতিতে 1,000 ঘণ্টা চালু ছিল এবং nickel iron anode-এর সঙ্গে যুক্ত হলে একটি state-of-the-art তুলনামূলক ক্যাথোড ও একটি platinum-group-metal benchmark-এর চেয়েও ভালো কাজ করেছে।
Journal of the American Chemical Society-এ প্রকাশিত এই গবেষণা পরিষ্কার হাইড্রোজেন ক্ষেত্রের একটি মূল লক্ষ্যকে সামনে আনে: কর্মক্ষমতা না হারিয়ে দুষ্প্রাপ্য ও ব্যয়বহুল অনুঘটক উপাদানের ওপর নির্ভরতা কমানো। এই ভারসাম্য উন্নত হলে, নবায়নযোগ্য হাইড্রোজেন উৎপাদনের অর্থনীতি শক্তি সঞ্চয়, শিল্প ফিডস্টক, এবং ভবিষ্যতের পরিবহন ব্যবহারের জন্য আরও আকর্ষণীয় হতে পারে।
প্লাটিনাম-গ্রুপ ধাতু কেন এত বড় বাধা
ইলেক্ট্রোলাইজার বিদ্যুৎ ব্যবহার করে জলকে হাইড্রোজেন ও অক্সিজেনে ভাঙে। নীতিগতভাবে প্রক্রিয়াটি সহজ। বাস্তবে, উচ্চ দক্ষতা ও দীর্ঘ কার্যকাল পেতে এমন অনুঘটক উপাদান দরকার যা বিক্রিয়াকে দ্রুত করবে এবং কঠোর ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল অবস্থাও সহ্য করবে।
সেখানেই ঐতিহাসিকভাবে প্লাটিনাম-গ্রুপ ধাতুর সুবিধা ছিল। এগুলো খুবই কার্যকর, কিন্তু ব্যয়বহুলও। এদের দাম ইলেক্ট্রোলাইজার সিস্টেমের মূলধনী খরচ বাড়াতে পারে এবং প্রযুক্তিটিকে অর্থনৈতিকভাবে কতদূর স্কেল করা যাবে তা সীমিত করতে পারে। পরিষ্কার হাইড্রোজেন সমর্থকদের কাছে, এই উপাদানগুলো প্রতিস্থাপন বা কমানো হলো স্থাপনার বাধা কমানোর সবচেয়ে সরাসরি উপায়গুলোর একটি।
Washington University দল anion-exchange membrane water electrolyzers, বা AEMWEs,-এর ওপর কাজ করেছে। কিছু অন্যান্য ইলেক্ট্রোলাইজার নকশার তুলনায় কম খরচের উপাদান দিয়ে উচ্চ কর্মক্ষমতার পথ দেয় বলে এই স্থাপত্যটি আকর্ষণীয়। তবে সাফল্য এখনো এমন অনুঘটক খুঁজে পাওয়ার ওপর নির্ভর করে যা সক্রিয়ও এবং টেকসইও।
গবেষকেরা কী তৈরি করেছেন
উৎসপাঠে বর্ণিত heterostructure অনুঘটকটি দুইটি phosphide দিয়ে তৈরি করা হয়েছিল। দুইটি উপাদানকে একটি composite-এ একত্রিত করে গবেষকেরা হাইড্রোজেন নিষ্কাশন প্রক্রিয়ায় অনুঘটকীয় কার্যকলাপ বাড়িয়েছেন বলে দাবি করেন। Wu ব্যবহারিক ভাষায় এর পেছনের প্রেরণা ব্যাখ্যা করেন: সূর্য, বায়ু, বা জল থেকে পাওয়া নবায়নযোগ্য বিদ্যুৎ ব্যবহার করে জল থেকে হাইড্রোজেন আলাদা করা যায়, ফলে শক্তি এমন এক জ্বালানিতে সঞ্চিত হয় যা পরে বিভিন্ন ক্ষেত্রে ব্যবহার করা যেতে পারে।
সঞ্চয়ের এই দিকটি কেন্দ্রীয়। হাইড্রোজেন কেবল জ্বালানি নয়; এটি নবায়নযোগ্য শক্তিকে সময়ের মধ্যে এবং বিভিন্ন ব্যবহারে সরিয়ে নেওয়ার একটি উপায়। অতিরিক্ত নবায়নযোগ্য উৎপাদনকে হাইড্রোজেনে রূপান্তর করা যায়, যা পরে রাসায়নিক উৎপাদন, শিল্প তাপ, অথবা সঠিক প্রেক্ষাপটে বিদ্যুৎ উৎপাদন ও পরিবহনেও কাজে লাগতে পারে।
উৎসপাঠ অনুযায়ী, phosphide অনুঘটকটি nickel iron anode-এর সঙ্গে যুক্ত হলে, resulting cathode বিভিন্ন উপাদান দিয়ে তৈরি state-of-the-art cathode এবং platinum-group-metal benchmark উভয়কেই ছাড়িয়ে যায়। ততটাই গুরুত্বপূর্ণ, এটি শিল্প-মানের পরিস্থিতিতে 1,000 ঘণ্টা চলতে থাকে।
1,000 ঘণ্টার ফল কেন গুরুত্বপূর্ণ
ইলেক্ট্রোলিসিস গবেষণায় কর্মক্ষমতা-সংক্রান্ত শিরোনাম সাধারণ, কিন্তু বাণিজ্যিকভাবে কোনো ফল অর্থবহ কি না, তা বেশিরভাগ সময় স্থায়িত্বই নির্ধারণ করে। খুব ভালো ফল দিলেও দ্রুত নষ্ট হয়ে যাওয়া অনুঘটক খরচের সমস্যা সমাধান করবে না। বাস্তব স্থাপনার জন্য দীর্ঘমেয়াদি পরিচালনা অপরিহার্য।
তাই উৎসপাঠে দেওয়া 1,000 ঘণ্টার সংখ্যাটি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এটি শুধু ল্যাবের অপ্টিমাইজেশন নয়, শিল্প-প্রাসঙ্গিক শর্তে সহনশীলতাকে নির্দেশ করে। এটি একা বৃহৎ স্থাপনার প্রস্তুতি প্রমাণ করে না, তবে প্লাটিনাম-মুক্ত সিস্টেমগুলি বিদ্যমান উপাদানের সঙ্গে ব্যবধান কমাচ্ছে বলে শক্তিশালী ইঙ্গিত দেয়।
এই ফল কৌশলগত দিক থেকেও গুরুত্বপূর্ণ। যদি অ-মূল্যবান অনুঘটক শক্তিশালী কার্যকলাপ ও কার্যকরী স্থিতিশীলতা দিতে পারে, তবে নির্মাতারা উপাদান সংগ্রহ এবং platinum-group metals-সংক্রান্ত কমোডিটি ধাক্কা সহ্য করতে সক্ষম সিস্টেম ডিজাইনে আরও নমনীয়তা পেতে পারেন।
এর অর্থ পরিষ্কার শক্তি ব্যবস্থার জন্য কী হতে পারে
সবচেয়ে বড় প্রভাব খরচে। ইলেক্ট্রোলিসিসের মাধ্যমে উৎপাদিত হাইড্রোজেন, বিশেষত বিদ্যুতের দাম ও মূলধনী খরচ বেশি হলে, অনেক সময় fossil-derived hydrogen-এর সঙ্গে প্রতিযোগিতা করতে হিমশিম খায়। কম খরচের অনুঘটক পুরো সমীকরণ সমাধান করবে না, তবে ইলেক্ট্রোলাইজার স্থাপনার অগ্রিম খরচ কমাতে সাহায্য করতে পারে।
এই কাজ বৃহত্তর শক্তি-সঞ্চয় ধাঁধার সঙ্গেও মেলে। নবায়নযোগ্য শক্তির বৃদ্ধির ফলে এমন প্রযুক্তির প্রয়োজন বেড়েছে, যা দীর্ঘ সময় ধরে বিদ্যুৎ সঞ্চয় করতে পারে এবং যেখানে সরাসরি বিদ্যুতায়ন কঠিন, সেই ক্ষেত্রগুলোকে সহায়তা করতে পারে। হাইড্রোজেন একটি বিকল্প, কারণ এটি সঞ্চিত শক্তি এবং শিল্প উপকরণ, দুটিই হতে পারে।
এতে অবশ্যই সব হাইড্রোজেন ব্যবহার রাতারাতি অর্থনৈতিক বা যুক্তিসঙ্গত হয়ে যাবে না। অবকাঠামো, পরিবহন, রূপান্তর ক্ষতি, এবং বাজার-নকশা এখনো গুরুত্বপূর্ণ। কিন্তু প্রযুক্তির স্থায়ী খরচ-কেন্দ্রগুলোর একটির ওপর আঘাত করা উপাদানগত অগ্রগতি উল্লেখযোগ্য, কারণ এগুলো পুরো ক্ষেত্রের ভিত্তিমূল অর্থনীতিকে উন্নত করে।
পরবর্তী পরীক্ষা হলো বাস্তবায়ন
অনেক উপাদান-উদ্ভাবনের মতো, বাকি প্রশ্ন হলো এই ফল প্রকাশিত গবেষণা থেকে বাণিজ্যিক হার্ডওয়্যারে মসৃণভাবে স্কেল হয় কি না। উৎপাদনের সামঞ্জস্য, 1,000 ঘণ্টারও বেশি আয়ু, সিস্টেম একীকরণ, এবং বাস্তব খরচ হ্রাস সবই দেখাতে হবে।
তবু এই গবেষণা শক্ত করে তোলে যে পরিষ্কার হাইড্রোজেন খাতকে platinum-group metal নির্ভরতাকে স্থায়ী বাধা হিসেবে মেনে নিতে হবে না। উৎসপাঠ দ্বারা সমর্থিত মূল দাবি ইতিমধ্যেই অর্থবহ: anion-exchange membrane water electrolyzer-এ একটি phosphide-ভিত্তিক, প্লাটিনাম-মুক্ত অনুঘটক দক্ষ হাইড্রোজেন উৎপাদন করেছে এবং শিল্প-মানের পরিস্থিতিতে 1,000 ঘণ্টা চলেছে।
এই কর্মক্ষমতা যদি পুনরাবৃত্ত এবং দীর্ঘায়িত করা যায়, তবে অগ্রগতি ল্যাবের বাইরেও গুরুত্বপূর্ণ হবে। এটি ইঙ্গিত দেবে যে নবায়নযোগ্য হাইড্রোজেনের অন্যতম কঠিন প্রকৌশল ও খরচগত চ্যালেঞ্জ আরও নিয়ন্ত্রণযোগ্য হয়ে উঠছে, এবং বড় পরিসরে, কম খরচের ইলেক্ট্রোলিসিসকে বাস্তবের আরও কাছাকাছি আনছে।
এই নিবন্ধটি Phys.org-এর প্রতিবেদনভিত্তিক। মূল নিবন্ধটি পড়ুন.
Originally published on phys.org