শক্তিৰ নতুন উৎস: হাইড্ৰ'জেন ( দীপজ্যোতি বৰা )

শক্তিৰ বিকল্প উৎসৰ কিয় প্ৰয়োজন?

বৰ্তমান বিশ্বৰ এক ডাঙৰ সমস্যা হৈছে ক্ৰমবৰ্ধমান প্ৰদূষণ আৰু গোলকীয় উষ্ণতা বৃদ্ধি। আনহাতে একেদৰে হ্ৰাস পায় অহা খনিজ ইন্ধনৰ পৰিমাণেও অৰ্থনীতিলৈ আনিছে নতুন প্ৰত্যাহ্বান। সেয়েহে বিকল্প উৎসৰ সন্ধান কৰাটো অতিশয় প্ৰয়োজনীয় হৈ পৰিছে। পৃথিৱীৰ বহু ৰাষ্ট্ৰই, ঘাইকৈ পশ্চিমৰ উন্নত ৰাষ্ট্ৰ সমূহে এই বিষয়ত বহুদূৰ আগবাঢ়িছে আৰু চৰকাৰী পলিচিৰ স্তৰৰ পৰা আৰম্ভ কৰি বিশ্ববিদ্যালয়ৰ পৰীক্ষাগাৰলৈকে ইয়াক সাঙুৰি লৈছে [১]। বিকল্প উৎস হিচাপে পুনৰনৱীকৰণসম্ভব শক্তিৰ উৎস হিচাপে সৌৰ বা বায়ু শক্তিৰ বিষয়ে বহু দিনৰ পৰাই চৰ্চা হৈছে কিন্তু এই উৎস সমূহৰ পৰা আহৰণ কৰা শক্তি তাপ বা জলবিদ্যুতৰ দৰে পোনপটীয়াকৈ ব্যৱহাৰ হোৱাৰ পথত আছে কেতবোৰ প্ৰায়োগিক সমস্যা। কোনো শক্তিৰ উৎস সুষম ভাবে ব্যৱহাৰ উপযোগী হোৱাৰ চৰ্তসমূহ হৈছে: বিৰামহীন যোগান, তাৎক্ষণিক ভাবে ল’ড (load) পৰিবৰ্তনৰ লগত খাপ খাব পৰাটো, সহজ সঞ্চয় আৰু পৰিবহণ ব্যৱস্থা। কিন্তু সৌৰ বা বায়ু শক্তিৰ ক্ষেত্ৰত এই কথা কেইষাৰ প্ৰত্যক্ষভাৱে প্ৰযোজ্য নহয়। সৌৰ বা বায়ু শক্তি দিনটোৰ বিভিন্ন সময়ত পৰিমাণৰ বঢ়া-টুটা হয় অথবা বছৰৰ ভিন-ভিন সময়ত পৰিবৰ্তন হয়। সেয়ে ইয়াক ব্যৱহাৰ উপযোগী কৰিবলৈ প্ৰথমে এক উচ্চ ক্ষমতা সম্পন্ন সঞ্চয় ভাণ্ডাৰৰ দৰকাৰ হ’ব।

এইখিনিতে দুটা ধাৰণা পৰিষ্কাৰ হৈ লোৱা দৰকাৰ- প্ৰথম হৈছে শক্তি ৰূপান্তৰক সঁজুলি, আৰু দ্বিতীয়তে হৈছে শক্তি সংৰক্ষক সঁজুলি। ইঞ্জিন হৈছে প্ৰথম বিধৰ উদাহৰণ য’ত পেট্ৰ’ল বা ডিজেল আদিৰ ৰাসায়নিক শক্তিক যান্ত্ৰিক শক্তিলৈ ৰূপান্তৰ কৰা হয়। দ্বিতীয় বিধৰ কথা ক’বলৈ গ’লে তৎক্ষণাৎ বেটেৰিৰ কথা মনলৈ আহে যদিও ই এক বিশুদ্ধ উদাহৰণ নহ’ব। বেটেৰিও ৰাসায়নিক শক্তি বিদ্যুতলৈ ৰূপান্তৰ কৰা যন্ত্ৰহে মূলতে। দ্বিতীয় বিধৰ উদাহৰণ দিবলৈ হ’লে ক’ব লাগিব কম্প্ৰেচড্ এয়াৰ চিলিণ্ডাৰ বা হাইড্ৰ’জেন চিলিণ্ডাৰ। এতিয়া প্ৰশ্ন হ’ব হাইড্ৰ’জেনৰ দ্বাৰা কিদৰে শক্তি সঞ্চয় কৰা হ’ব? সেই শক্তিক কিদৰে আহৰণ কৰা হ’ব? আমি জানোঁ যে হাইড্ৰ’জেন দহন কৰিলে পানী আৰু তাপ উৎপন্ন হয়। পিছে এইদৰে ব্যৱহাৰ কৰাত সুৰক্ষাৰ পৰা আৰম্ভ কৰি ভালেখিনি অসুবিধা আছে। সেয়ে এই শক্তি আহৰণ কৰিবলৈ অলপ বেলেগ ব্যৱস্থা লাগিব। এই বিষয়ে লাহে-লাহে আলোচনা কৰা হ’ব।

ক‘ৰ পৰা আহৰণ কৰা হ‘ব হাইড্ৰ‘জেন?

ওপৰত আমি আলোচনা কৰিছিলোঁ বায়ু আৰু সৌৰশক্তিৰ কথা। এই শক্তি পোনপটীয়াকৈ বেটেৰি চাৰ্জ কৰিবলৈ ব্যৱহাৰ কৰিব পাৰি। আনহাতে একে শক্তি ব্যৱহাৰ কৰি পানীৰ বিদ্যুত বিশ্লেষণ কৰি হাইড্ৰ’জেন আহৰণ কৰিব পাৰি। সাধাৰণ দৃষ্টিৰে চাবলৈ গ’লে বেটেৰিৰ দ্বাৰা সঞ্চয় কৰাটো কম ক্ষয়কাৰী (loss inducing) আৰু হাইড্ৰ’জেনৰ মাধ্যমেৰে ঘূৰাই-পকাই কৰিব খোজা কামটো কম ফলপ্ৰসূ যেন লাগিব। কিন্তু মন কৰিব লগীয়া কথাটো হৈছে যে বেটেৰিৰো কেতবোৰ সীমাবদ্ধতা আছে। বেটেৰি পৰিবেশৰ প্ৰতি ক্ষতিকাৰক আৰু বেটেৰি নিৰ্মাণৰ কাৰণে ব্যৱহাৰ কৰা ধাতু সমূহো পৃথিৱীত সীমিত পৰিমাণেহে উপলব্ধ। সেয়ে আন সমাধান বিচাৰি গৱেষণা কৰাটোও সমানে প্ৰয়োজন। বৰ্তমান সময়ত বেটেৰি প্ৰযুক্তিৰ প্ৰভূত উন্নতি হৈছে। উদাহৰণস্বৰূপে টেচলা পাৱাৰ ৱালৰ (Tesla Power Wall)[2] কথা ক’ব পাৰি। কিন্তু ভৱিষ্যতৰ প্ৰতি দৃষ্টি ৰাখি আনবোৰ দিশত গৱেষণা চলাই যোৱা হৈছে। কোনো এক সাময়িক ক্ষণত যি প্ৰযুক্তিয়েই সুলভ আৰু মিতব্যয়ী হ’ব মানৱসমাজে তাকেই গ্ৰহণ কৰিব। গতিকে আমাৰ শক্তি ভাণ্ডাৰ হিচাপে সঞ্চয় কৰিব লগা হাইড্ৰ’জেন উৎপাদন কৰা হ’ব সৌৰ বা বায়ু শক্তিৰ পৰা আহৰণ কৰা বিদ্যুতেৰে পানীৰ বিশ্লেষণ কৰি।

ইন্ধন কোষ (Fuel Cell): হাইড্ৰ‘জেনৰ পৰা শক্তি আহৰণ

উৎস: https://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell  [৩]

চিত্ৰ নং ১ (FIG:1) ত এটা ইন্ধন কোষৰ ছবি দিয়া হৈছে। বিভিন্ন প্ৰকাৰৰ ইন্ধন কোষ আছে যদিও আমি তাৰে এটাহে আলোচনা কৰিম। চিত্ৰত দিয়া সঁজুলিটোৰ নাম প’লিমাৰ ইলেক্ট্ৰ’লাইট মেম্ব্ৰেন (Polymer Electrolyte Membrane, PEM) বিদ্যুত বিশ্লেষক। এই সঁজুলিটোৰ সহায়ত আমি ওপৰৰ আলোচনা কৰাৰ  দৰে হাইড্ৰ’জেনৰ পোনপটীয়া দহন নকৰাকৈ শক্তি আহৰণ কৰিব পাৰোঁ। এই কামটো সম্ভৱ কৰিছে সঁজুলিটোত ব্যৱহাৰ হোৱা প্লাষ্টিকৰ দৰে বহুযোগী যৌগৰে গঠিত এখন পাতল পৰ্দাই। যাক কোৱা হয় Polymer Electrolyte Membrane বা PEM। ইয়াৰ বিশেষত্ব হৈছে যে পৰ্দাখনৰ মাজেৰে ধনাত্মক হাইড্ৰ’জেন আয়নহে পাৰ হ’ব পাৰে। ইয়াৰ মাজেৰে ইলেক্ট্ৰন পৰিবাহিত হ’ব নোৱাৰে। যিহেতু হাইড্ৰ’জেনৰ ধনাত্মক আয়নক প্ৰ’টন বুলিও কোৱা হয় এই পৰ্দাখনৰ আন নাম হ’ল Proton Exchange Membrane। এই পৰ্দাখনৰ দুফালে থাকে প্লেটিনাম বা কাৰ্বনৰ ইলেক্ট্ৰ’ড। যেতিয়া হাইড্ৰ’জেন আৰু অক্সিজেন (বায়ুৰ লগত) যোগান ধৰা হয় তেতিয়া হাইড্ৰ’জেনে ইলেক্ট্ৰন ত্যাগ কৰি পৰ্দাৰ সিপাৰলৈ যায়। আনহাতে এই ইলেক্ট্ৰন কাৰেন্ট হিচাপে এক বাহ্যিক বৈদ্যুতিক বৰ্তনীৰ মাজেৰে কেথ’ড পায়গৈ। তাত এই ইলেক্ট্ৰন, বায়ু আৰু এন’ডৰ পৰা অহা হাইড্ৰ’জেন লগহৈ পানী উৎপন্ন হয়। থূলমূলকৈ এয়ে হৈছে ইন্ধন কোষৰ কাৰ্য্যপদ্ধতি।

হাইড্ৰ‘জেনৰ জলবিদ্যুত সংশ্লেষণ (Water electrolysis of hydrogen)

উৎস: http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2014/EE/C4EE01426J#!divAbstract (বাওঁফালৰ চিত্ৰ) [৪]

হাইড্ৰ’জেন উৎপাদনৰ কেইবাটাও প্ৰক্ৰিয়া আছে যদিও আমি ইয়াত PEM বিদ্যুত বিশ্লেষকৰ বিষয়ে আলোচনা কৰিম। চিত্ৰ নং ২ (FIG:2) ত এক বিদ্যুত বিশ্লেষকৰ সৰল ৰূপ দেখুওৱা হৈছে। এই যন্ত্ৰৰ মাজত আছে ওপৰৰ আলোচনাত কৈ অহাৰ দৰে PEM বা বহুযোগী আয়নীয় পৰ্দা। তাৰ দুফালে প্লেটিনাম বা তেনে নিষ্ক্ৰিয় ধাতুৰ অনুঘটকৰ তৰপ। এই অনুঘটকে সমগ্ৰ প্ৰক্ৰিয়াটো সহজে হোৱাত সহায় কৰে। অনুঘটকৰ সৈতে পৰ্দাৰ এই গোটটোক কোৱা হয় মেম্ব্ৰেন ইলেক্ট্ৰ’ড এচেম্বলি (Membrane Electrode Assembly, MEA)। তাৰ দুকাষে থাকে টাইটানিয়ামৰ দৰে ক্ষয় প্ৰতিৰোধী ধাতুৰ এক ছিদ্ৰযুক্ত তৰপ। ইয়াক ছিদ্ৰযুক্ত পৰিবাহী তৰপ (Porous Transport Layer, PTL) বুলিও জনা যায়। তাৰ দুকাষে পানী পৰিবাহিত হ’ব পৰাকৈ খাঁজ কটা ধাতুৰ প্লেট দুচটা থাকে, যাক বাইপ’লাৰ প্লেট (Bipolar Plate) বুলি কোৱা হয়। এই সঁজুলিটো দুই দিশৰ পৰা বিদ্যুত উৎসৰ দুই মেৰুত সংযোগ কৰা হয়। এতিয়া বাইপ’লাৰ প্লেটৰ মাজেৰে পানী পৰিবাহিত কৰা হয়। এই পানী ছিদ্ৰবোৰৰ মাজেৰে গৈ অনুঘটকৰ তৰপ স্পৰ্শ কৰে। তেতিয়া ধনাত্মক আৰু ঋণাত্মক মেৰুত চিত্ৰত উল্লেখ কৰা কিক্ৰিয়া সংঘটিত হয়। এই প্ৰক্ৰিয়াত উৎপন্ন হোৱা অক্সিজেন পানীৰ লগত নিৰ্গমন পথেৰে ওলাই আহে। আনহাতে আন এক পথেৰে ওলাই অহা হাইড্ৰ’জেন সংগ্ৰহ কৰি উচ্চ চাপত চিলিণ্ডাৰত সংগ্ৰহ কৰা হয়। এই হাইড্ৰ’জেন প্ৰয়োজনত ইন্ধন কোষত ব্যৱহাৰ কৰি বিদ্যুত শক্তি উৎপাদন কৰিব পাৰি।

আনুষংগিক চিন্তা:

পিছে হাইড্ৰ’জেন শক্তিৰ ব্যৱহাৰো বৰ্তমান বৰ সুলভ হৈ পৰা নাই। এই পথটো আছে অনেক প্ৰযুক্তি মূলক বাধা। বৰ্তমানলৈকে এই মাধ্যমটো প্ৰচলিত শক্তি উৎপাদনৰ আহিলা সমূহৰ সৈতে অৰ্থনৈতিক ভাবে ফেৰ মাৰিব পৰা হোৱা নাই। পোন প্ৰথমেই ইয়াত ব্যৱহাৰ হোৱা প্লেটিনাম আদি মূল্যৱান ধাতুৰ ব্যৱহাৰ কমাব লাগিব অথবা তাৰ বিকল্প ধাতু বা মিশ্ৰ ধাতুৰ অনুসন্ধান হ’ব লাগিব। লগতে ইয়াত ব্যৱহৃত হোৱা সঁজুলি সমূহৰ নিৰ্মাণ ব্যয় হ্ৰাস কৰিব পাৰিব লাগিব। বৰ্তমান এই বিষয়ত পৃথিৱীৰ বিভিন্ন গৱেষণাগাৰ বা বিশ্ববিদ্যালয়ত প্ৰচুৰ গৱেষণা হৈ আছে।

আন এটা মন কৰিবলগীয়া কথা হ’ল যে হাইড্ৰ’জেন উৎপাদনৰ সমগ্ৰ প্ৰক্ৰিয়াটোত কেৱল সৌৰ বা বায়ু আদি পুনৰনৱীকৰণসম্ভৱ উৎসৰ পৰা আহৰণ কৰা বিদ্যুতহে ব্যৱহাৰ কৰা হয়। নহ’ল কেৰেলাতকৈ গুটিহে দীঘল হ’বগৈ।

বহু গৱেষকে আকৌ হাইড্ৰ’জেন নিৰ্ভৰ অৰ্থনীতিৰ বিষয়েও উল্লেখ কৰিছে [৫]। এনে এটা ব্যৱস্থাৰ শক্তি উৎপাদনৰ পৰা অৰ্থনীতিলৈকে সমগ্ৰ প্ৰক্ৰিয়াটোতে হাইড্ৰ’জেনেই মূল কাৰক হিচাপে স্থান লাভ কৰিব। চিত্ৰ নং ৩ (FIG:3) ত এনে এক ব্যৱস্থাৰ ধাৰণা দিয়াৰ চেষ্টা কৰা হৈছে। বৰ্তমানেও বহু গৱেষণা হ’বলৈ বাকী আছে। সময়ৰ লগে-লগে নিশ্চয় নতুন-নতুন প্ৰযুক্তিৰ উদ্ভাৱন হ’ব আৰু আমি এক প্ৰদূষণহীন শক্তিৰ স্বপ্নক দিঠকত ৰূপায়ণ কৰাত সফল হ’ম।

তথ্যসূত্ৰ:
[১] Energy Roadmap 2050. Version: 2011. https://ec:europa:eu/energy/sites/
ener/files/documents/sec 2011 1565 part2 0:pdf
[২] https://www.teslamotors.com/powerwall
[৩] https://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell
[৪] Chisholm, Greig ; Kitson, Philip J. ; Kirkaldy, Niall D. ; Bloor, Leanne G. ;
Cronin, Leroy: 3D printed ow plates for the electrolysis of water: an economic
and adaptable approach to device manufacture. In: Energy Environ. Sci. 7 (2014),
3026-3032. http://dx:doi:org/10:1039/C4EE01426J. { DOI 10.1039/C4EE01426J
[৫] Ogden, J.M.: Hydrogen: The fuel of the future? In: Physics Today 55
(2002), Nr. 4, 69-75. http://www:scopus:com/inward/record:url?eid=2-s2:0-
0036541876&partnerID=40&md5=0e307e1f5c01d15454832931869a3a14