নতুন উদীয়মান উপকরণ দিয়ে সবুজ হাইড্রোজেন উৎপাদন

El সবুজ হাইড্রোজেন অন্যতম প্রধান খেলোয়াড় হয়ে উঠেছে শক্তির পরিবর্তনের ক্ষেত্রে, কারণ এটি আমাদের ব্যবহারের স্থানে CO₂ নির্গত না করেই শক্তি সঞ্চয় এবং ব্যবহার করতে দেয়। তবে, জীবাশ্ম জ্বালানি বা দুর্লভ এবং ব্যয়বহুল উপকরণের উপর নির্ভর না করে সস্তা, দক্ষতার সাথে এবং সত্যিকার অর্থে টেকসইভাবে কীভাবে এটি উৎপাদন করা যায় তা প্রধান বাধা হয়ে দাঁড়িয়েছে।

সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, বিশ্বজুড়ে গবেষণা কেন্দ্র এবং বিশ্ববিদ্যালয়গুলি নতুন উপকরণ এবং উৎপাদন পথ অন্বেষণ করছেসৌর-সক্রিয় পেরোভস্কাইট-ভিত্তিক সিরামিক থেকে শুরু করে ইলাস্টিক বিকৃতির শিকার আন্তঃধাতু সংকর ধাতু, ফটোক্যাটালাইসিসের জন্য ফটোঅ্যাকটিভ ধাতু-জৈব কাঠামো (MOF), মূল্যবান ধাতু-মুক্ত অনুঘটক এবং ইলেক্ট্রোলাইজার এবং জ্বালানি কোষে উদ্ভাবনী সমাধান, এই সবকিছুই সবুজ হাইড্রোজেন উৎপাদনের ভবিষ্যতের একটি বিস্তৃত চিত্র তুলে ধরছে।

কেন সবুজ হাইড্রোজেন ডিকার্বনাইজেশনের চাবিকাঠি

সবুজ হাইড্রোজেনের প্রতি আগ্রহ আকস্মিক নয়: শক্তি উৎপাদন দ্রুত পরিবর্তনের একটি সময় অতিক্রম করছে। নির্গমন কমাতে এবং জীবাশ্ম জ্বালানির ব্যবহার কমানোর জরুরি প্রয়োজনীয়তার কারণে, হাইড্রোজেন, শক্তির বাহক হিসেবে, উদ্বৃত্ত পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তি সঞ্চয় করার এবং প্রয়োজনে তা মুক্ত করার একটি উপায় প্রদান করে।

একটি প্রাথমিক শক্তির উৎসের বিপরীতে, হাইড্রোজেন শক্তির "রাসায়নিক সঞ্চয়" হিসেবে কাজ করেএটি বিদ্যুৎ বা তাপ থেকে উৎপন্ন হয় এবং তারপর জ্বালানি কোষ, শিল্প প্রক্রিয়া বা গতিশীলতার অ্যাপ্লিকেশনে ব্যবহৃত হয়। যখন এর উৎস নবায়নযোগ্য (সৌর, বায়ু, জলবিদ্যুৎ, জৈববস্তু ইত্যাদি) হয়, তখন আমরা একে সবুজ হাইড্রোজেন বলি।

সমস্যা হচ্ছে বর্তমানে, শিল্পে ব্যবহৃত বেশিরভাগ হাইড্রোজেন জীবাশ্ম জ্বালানি থেকে আসে। (প্রাকৃতিক গ্যাস সংস্কার, কয়লা, ইত্যাদি), যার ফলে বিশ্বব্যাপী বার্ষিক প্রায় 900 মিলিয়ন টন CO₂ নির্গমন হয়, আন্তর্জাতিক শক্তি সংস্থার মতে। এই বাস্তবতা পরিবর্তনের জন্য বৃহৎ পরিসরে এবং প্রতিযোগিতামূলক খরচে নবায়নযোগ্য হাইড্রোজেন উৎপাদন করতে সক্ষম প্রযুক্তির প্রয়োজন।

উপরন্তু, নবায়নযোগ্য শক্তির উৎসগুলির একটি প্রধান সীমাবদ্ধতা রয়েছে: এগুলি মাঝেমধ্যে এবং পরিবর্তনশীল।বায়ু এবং সৌরশক্তি যখন বাতাস বা সূর্য থাকে তখন শক্তি উৎপন্ন করে, যখন সিস্টেমের প্রয়োজন হয় না। সবুজ হাইড্রোজেন আমাদের সেই উদ্বৃত্ত শক্তি "সঞ্চয়" করতে এবং পরে এটি ব্যবহার করতে দেয়, হয় আবার বিদ্যুৎ উৎপাদন করতে, সবুজ রাসায়নিক (অ্যামোনিয়া, সার, সিন্থেটিক জ্বালানি) পেতে, অথবা শিল্প প্রক্রিয়া এবং ভারী পরিবহনকে শক্তি দিতে।

এই সমস্ত জন্য, ইউরোপ এবং স্পেন তাদের ডিকার্বনাইজেশন পরিকল্পনার কেন্দ্রবিন্দুতে সবুজ হাইড্রোজেনকে রেখেছে মাঝারি এবং দীর্ঘমেয়াদে, তবে এর ব্যাপক স্থাপনা সরাসরি নতুন উপকরণের অগ্রগতি এবং আরও দক্ষ প্রক্রিয়ার উপর নির্ভর করে।

জল তড়িৎ বিশ্লেষণ এবং ইলেক্ট্রোলাইজারের জন্য নতুন উপকরণ

বৃহৎ পরিসরে সবুজ হাইড্রোজেন প্রাপ্তির সবচেয়ে ব্যাপক এবং প্রতিশ্রুতিশীল উপায় হল নবায়নযোগ্য বিদ্যুৎ দ্বারা চালিত জল তড়িৎ বিশ্লেষণএই প্রক্রিয়ায়, একটি ইলেক্ট্রোলাইজার সরাসরি CO₂ নির্গমন ছাড়াই জলের অণু (H₂O) কে হাইড্রোজেন (H₂) এবং অক্সিজেন (O₂) তে বিভক্ত করে।

ইলেক্ট্রোলাইজারে, একটি ঝিল্লি দ্বারা পৃথক দুটি ইলেকট্রোড সহ একটি কোষে জল প্রবেশ করানো হয়।বিদ্যুৎ প্রয়োগের মাধ্যমে, ক্যাথোডে হাইড্রোজেন এবং অ্যানোডে অক্সিজেন উৎপন্ন হয়। হাইড্রোজেন সংগ্রহ, সংকুচিত এবং সংরক্ষণ করা হয় অথবা সরাসরি ব্যবহারের জন্য পাঠানো হয়; অক্সিজেন সাধারণত অন্যান্য কাজে (যেমন, চিকিৎসা বা শিল্প) মুক্তি পায় বা ব্যবহৃত হয়।

বিভিন্ন ধরণের ইলেক্ট্রোলাইজার রয়েছে, প্রতিটিতে রয়েছে সুবিধা, সীমাবদ্ধতা এবং নির্দিষ্ট উপাদানের প্রয়োজনীয়তা:

• ক্ষারীয় ইলেক্ট্রোলাইজারপরিপক্ক প্রযুক্তি, তুলনামূলকভাবে সস্তা, কিন্তু কম কারেন্ট ঘনত্ব এবং কিছু নমনীয়তার সীমাবদ্ধতা সহ।
• সলিড অক্সাইড ইলেক্ট্রোলাইজার (SOEC)এটি উচ্চ তাপমাত্রায় কাজ করে, ভালো দক্ষতার সাথে, যদিও এখনও কম বাণিজ্যিক পর্যায়ে রয়েছে।
• অ্যানিয়ন এক্সচেঞ্জ মেমব্রেন ইলেক্ট্রোলাইজার (AEM): ক্ষারীয় এবং ঝিল্লি সিস্টেমের কিছু সুবিধা একত্রিত করে, যা মহৎ ধাতু ছাড়াই অনুঘটক ব্যবহারের অনুমতি দেয়।
• পলিমার ইলেক্ট্রোলাইট মেমব্রেন (PEM) ইলেক্ট্রোলাইজার: খুবই কম্প্যাক্ট, উচ্চ স্রোতের সাথে কাজ করতে সক্ষম এবং অত্যন্ত বিশুদ্ধ হাইড্রোজেন উৎপন্ন করতে সক্ষম, পরিবর্তনশীল পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তিকে একীভূত করার জন্য আদর্শ।

PEM প্রযুক্তি বিশেষভাবে আকর্ষণীয় নবায়নযোগ্য শক্তির ওঠানামাকে "সুসংহত" করাতবে, এর একটি বড় অসুবিধা রয়েছে: ইলেকট্রোড এবং অন্যান্য উপাদানগুলিতে প্ল্যাটিনাম এবং ইরিডিয়ামের মতো গুরুত্বপূর্ণ উপকরণের উপর নির্ভরতা, যা খরচ বাড়ায় এবং এর বিশ্বব্যাপী স্কেলিংকে জটিল করে তোলে। বাস্তবে, বাস্তব-বিশ্বের ক্ষেত্রে যেমন নাভারেতে শিল্প-সবুজ হাইড্রোজেন চালিত ইলেক্ট্রোলাইজার তারা নবায়নযোগ্য জ্বালানির সাথে PEM-কে একীভূত করার জন্য প্রযুক্তিগত এবং উপাদানগত প্রয়োজনীয়তাগুলি দেখায়।

CSIC টিম, যেমন যাদের নেতৃত্বে মারিয়া রেতুর্তো এবং সার্জিও রোজাস, এর উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করা হয় এই মূল্যবান উপকরণগুলিকে আরও প্রচুর এবং সস্তা বিকল্প দিয়ে প্রতিস্থাপন করুন যা উচ্চ অনুঘটক কার্যকলাপ এবং স্থায়িত্ব বজায় রাখে। লক্ষ্য কেবল সরঞ্জামের খরচ কমানো নয়, বরং প্ল্যাটিনাম, ইরিডিয়াম বা রুথেনিয়াম নিষ্কাশনের সাথে সম্পর্কিত পরিবেশগত প্রভাবও কমানো।

ইতিমধ্যে, সিএসআইসির কার্বোকুইমিকা ইনস্টিটিউট, গবেষকের সাথে মারিয়া জেসুস লাজারো সামনে, বিকাশ করে AEM নিম্ন তাপমাত্রার ইলেক্ট্রোলাইজার অ-মহৎ ধাতুর উপর ভিত্তি করে নতুন ইলেকট্রোড ব্যবহার করা হচ্ছে। এই প্রযুক্তি উভয় জগতের সেরাগুলিকে একত্রিত করার চেষ্টা করে: তরল তড়িৎ বিশ্লেষণের সরলতা এবং কম খরচ এবং PEM সিস্টেমের উচ্চ বিশুদ্ধতা এবং দক্ষতা।

এই গবেষণা অনুসারে, পলিমারিক অ্যানিয়ন বিনিময় ঝিল্লি প্ল্যাটিনাম, ইরিডিয়াম বা রুথেনিয়াম ছাড়াই অনুঘটক ব্যবহারের অনুমতি দেয়। এবং এখনও উচ্চ দক্ষতা অর্জন করে। এটি গুরুত্বপূর্ণ কাঁচামালের উপর কম নির্ভরতা সহ আরও অর্থনৈতিকভাবে প্রতিযোগিতামূলক সবুজ হাইড্রোজেন উৎপাদনের দরজা খুলে দেয়।

ইলাস্টিক বিকৃতির কারণে প্ল্যাটিনাম-মুক্ত অনুঘটকের নতুন পরিবার

গবেষণার আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ ক্ষেত্র হল হাইড্রোজেন বিবর্তন বিক্রিয়ার জন্য প্ল্যাটিনামের বিকল্প অনুঘটক তৈরি করুন (HER) ইলেক্ট্রোলাইজারে। অসাধারণ কার্যকলাপ এবং স্থিতিশীলতার কারণে প্ল্যাটিনাম এখনও মানদণ্ডে রয়ে গেছে, কিন্তু এর দাম এবং ঘাটতির কারণে এটি দিয়ে ভবিষ্যতের সমস্ত চাহিদা মেটানো অসম্ভব হয়ে পড়ে।

IMDEA ম্যাটেরিয়ালসের গবেষকরা দেখিয়েছেন যে, একেবারে নতুন উপকরণ আবিষ্কারের পরিবর্তে, ইতিমধ্যে পরিচিত আন্তঃধাতু সংকর ধাতুর কর্মক্ষমতা নাটকীয়ভাবে উন্নত করা সম্ভব নিয়ন্ত্রিত ইলাস্টিক বিকৃতি প্রয়োগ করা।

ACS Catalysis-এ প্রকাশিত একটি গবেষণায়, নিম্নলিখিত বিষয়গুলি বিশ্লেষণ করা হয়েছিল: তিনটি কম খরচের সিস্টেমের আন্তঃধাতু পাতলা ফিল্ম: Ag₃In (রূপা এবং ইন্ডিয়াম), Ni₃Fe (নিকেল এবং লোহা) এবং Ni₃Sn (নিকেল এবং টিন)। যখন এই ফিল্মগুলি ছোট স্থিতিস্থাপক বিকৃতির শিকার হয়েছিল (1% এর ক্রম অনুসারে), তখন HER-এর জন্য তাদের অনুঘটক কার্যকলাপে একটি উল্লেখযোগ্য উল্লম্ফন লক্ষ্য করা গেছে।

গবেষকরা নিশ্চিত করেছেন যে প্রসার্য বিকৃতি Ag₃In-এ কার্যকলাপ বৃদ্ধি করেযদিও কম্প্রেসিভ স্ট্রেনের Ni₃Fe, Ni₃Sn এমনকি প্ল্যাটিনামের উপরও একই রকম প্রভাব রয়েছে।একটি বিশেষ আকর্ষণীয় ক্ষেত্রে, Ni₃Sn এর একটি নমুনা ১.২৬% বৃদ্ধি পেয়ে প্ল্যাটিনামের প্রায় ৭১% দক্ষতা অর্জন করেছে।

এই গবেষণাটি, যেমন গবেষকদের দ্বারা রচিত জর্জ রেডন্ডো, জয়চন্দ্রন সুবিয়ান, মিগুয়েল মনক্লাস, ভ্যালেন্টিন ভ্যাসিলেভ গ্যালিন্ডো, জন মোলিনা এবং জাভিয়ের লোরকা, কীভাবে প্রথম স্পষ্ট পরীক্ষামূলক প্রদর্শনের একটি গঠন করে ত্রুটি বা ফাটল না দেখিয়ে স্থিতিস্থাপক বিকৃতি অনুঘটক বৈশিষ্ট্যগুলিকে সংশোধন করতে পারে একটি উপাদানের।

এটি প্রায় একটি অফার ওয়ার্প-অপ্টিমাইজড ক্যাটালিস্ট ডিজাইনের জন্য একটি সম্পূর্ণ নতুন রোডম্যাপতারা অ-মূল্যবান ধাতু এবং আন্তঃধাতুর প্রতিশ্রুতিশীল সংমিশ্রণ সনাক্ত করতে মেশিন লার্নিং স্ক্রিনিং কৌশলও ব্যবহার করছে। লক্ষ্য হল এমন উপকরণ আবিষ্কারকে ত্বরান্বিত করা যা প্ল্যাটিনামের কার্যকারিতার সাথে মেলে বা তার কাছাকাছি যেতে পারে, কিন্তু অনেক বেশি অনুকূল প্রাপ্যতা এবং খরচ সহ।

সৌর তাপ সহ সিরামিক পেরোভস্কাইট এবং থার্মোকেমিক্যাল চক্র

তড়িৎ বিশ্লেষণের বাইরে, স্পেনে আরেকটি অত্যন্ত শক্তিশালী গবেষণার ধারা রয়েছে যার উপর ভিত্তি করে শুধুমাত্র সূর্যের তাপ ব্যবহার করে পানি থেকে সবুজ হাইড্রোজেন উৎপাদন করাবিদ্যুতের প্রয়োজন ছাড়াই। রে জুয়ান কার্লোস বিশ্ববিদ্যালয়ের কেমিক্যাল অ্যান্ড এনভায়রনমেন্টাল ইঞ্জিনিয়ারিং গ্রুপ (GIQA) এবং ইনস্টিটিউট ফর রিসার্চ ইন টেকনোলজিস ফর সাসটেইনেবিলিটি (ITPS)-এর কাজ এখানে অসাধারণভাবে ফুটে ওঠে।

এই দলটি তৈরি করেছে থার্মোকেমিক্যাল জল বিভাজন চক্রে অংশগ্রহণ করতে সক্ষম নতুন সিরামিক উপকরণনীতিটি ব্যাখ্যা করা তুলনামূলকভাবে সহজ, যদিও প্রযুক্তিগতভাবে খুবই কঠিন: প্রথমে, উপকরণগুলিকে উচ্চ তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করা হয়, তাদের গঠন থেকে অক্সিজেন মুক্ত করা হয় এবং তারপর তারা জলীয় বাষ্পের সাথে বিক্রিয়া করে, হাইড্রোজেন তৈরি করে এবং সেই অক্সিজেন পুনরুদ্ধার করে।

ব্যবহৃত উপকরণগুলি পরিবারের অন্তর্গত সিরামিক পেরোভস্কাইটসিরামিক যৌগগুলির স্ফটিক জালিতে উচ্চ অক্সিজেন গতিশীলতা রয়েছে। এই গতিশীলতা উপাদানটিকে বারবার জারিত এবং হ্রাস করতে দেয়, সমালোচনামূলক অবক্ষয় ছাড়াই অনেক চক্র সহ্য করে।

জার্নালে প্রকাশিত কাজের সবচেয়ে আকর্ষণীয় অবদানগুলির মধ্যে একটি ক্যাটালাইসিস টুডে, তাই কি এই নতুন পেরোভস্কাইটগুলি ১০০০°C এর নিচে কাজ করেএটি অন্যান্য প্রচলিত থার্মোকেমিক্যাল সিস্টেমের জন্য প্রয়োজনীয় ১৩০০-১৫০০°C তাপমাত্রার বিপরীত। এই তাপমাত্রা হ্রাসের ফলে যথেষ্ট শক্তি সাশ্রয় হয় এবং সৌর চুল্লির ব্যবহার আরও কার্যকর হয়।

গবেষক মারিয়া লিনারেস সেরানোGIQA তুলে ধরে যে হ্রাস-জারণ চক্রটি বহুবার পুনরাবৃত্তি করা যেতে পারেএটি এই প্রযুক্তিকে কেন্দ্রীভূত সৌর বিকিরণকে সরাসরি কাজে লাগানো উদ্ভিদে নবায়নযোগ্য হাইড্রোজেনের ক্রমাগত উৎপাদনের জন্য একটি আশাব্যঞ্জক বিকল্প করে তোলে।

তদুপরি, দলটি সিরামিক পাউডার নিয়ে পরীক্ষার মধ্যেই সীমাবদ্ধ রাখেনি। তারা পেরোভস্কাইটগুলিকে ম্যাক্রোস্কোপিক ফর্ম্যাটে ঢালাই করেছে বাস্তব-বিশ্ব ব্যবহারের অনেক কাছাকাছি, যেমন:

• সিরামিক পেলেট কম্প্যাক্ট।
• ছিদ্রযুক্ত সিরামিক ফোম একটি বৃহৎ নির্দিষ্ট পৃষ্ঠভূমি সহ।
• একশিলা সাপোর্টের উপর পাতলা স্তর স্থাপন করা হয়েছে, প্রবাহ চুল্লির জন্য খুবই উপযুক্ত।

এই কনফিগারেশনগুলি কঠিন এবং গ্যাসের মধ্যে যোগাযোগ উন্নত করে, পাশাপাশি সৌর চুল্লির ভিতরে তাপ স্থানান্তরপরীক্ষাগুলিতে উৎপাদিত হাইড্রোজেনের পরিমাণে উল্লেখযোগ্য বৃদ্ধি দেখা গেছে, সিরামিক মনোলিথের পাতলা স্তরগুলি বিশেষভাবে অসাধারণ, যা গবেষণার মধ্যে সর্বোচ্চ উৎপাদন মান অর্জন করেছে।

উপকরণ এবং জ্যামিতির এই উন্নত নকশা সম্ভাবনাকে আরও কাছে নিয়ে আসে বৃহৎ পরিসরে সবুজ হাইড্রোজেন উৎপাদন করতে সক্ষম আয়তনের সৌর চুল্লিস্পেনের মতো উচ্চ সৌর বিকিরণের দেশটির জন্য, সরাসরি সৌর তাপীয় শক্তির উপর ভিত্তি করে এই উৎপাদন পথের উল্লেখযোগ্য কৌশলগত সম্ভাবনা রয়েছে।

ফটোক্যাটালাইসিস এবং এমওএফ: বর্জ্য জল থেকে হাইড্রোজেন উৎপাদন

আরেকটি উদ্ভাবনী পদ্ধতি প্রায় সম্পূর্ণরূপে বহিরাগত বিদ্যুতের প্রয়োজন হয় না এবং নির্ভর করে সূর্যালোক ব্যবহার করে জল ভাঙার জন্য ফটোক্যাটালাইসিসএই কাঠামোর মধ্যেই হাইলিওস প্রকল্পটি অবস্থিত, যা বর্জ্য জল শোধনাগারের মডেলকে রূপান্তরিত করার চেষ্টা করে।

হাইলিওসের উদ্দেশ্য হল সৌরশক্তি সংগ্রহ করতে এবং দূষিত পানি থেকে সবুজ হাইড্রোজেন উৎপাদনে এটি প্রয়োগ করতে সক্ষম এমন উপকরণ ডিজাইন করুনধারণাটি হল ফটোক্যাটালিটিক রিঅ্যাক্টর ব্যবহার করা যা আলোর সংস্পর্শে এলে, সিস্টেমটিকে বৈদ্যুতিক গ্রিডের সাথে সংযুক্ত না করেই জলকে বিভক্ত করে, ফলে শক্তি খরচ এবং অবকাঠামোর জটিলতা উভয়ই হ্রাস পায়।

ফটোক্যাটালাইসিসের বেশ কিছু সুবিধা রয়েছে: সহজ এবং সম্ভাব্য সস্তা সরঞ্জাম ব্যবহার করুনএটি নিম্নমানের পানির সাথে কাজ করতে পারে (পানীয় জলের সাথে প্রতিযোগিতা হ্রাস করে) এবং বৃত্তাকার জল অর্থনীতির ধারণার সাথে খুব ভালভাবে খাপ খায়।

প্রকল্পের একটি কেন্দ্রীয় দিক হল এর উন্নয়ন নতুন টাইটানিয়াম-ভিত্তিক ধাতু-জৈব উপকরণ (MOFs)IMDEA Energy-এর বিশেষজ্ঞরা MOF IEF-11 (IMDEA Energy Frameworks) তৈরি করেছেন, যা স্কোয়ারিক অ্যাসিডের সাথে ফটোঅ্যাকটিভ টাইটানিয়াম ইউনিটগুলিকে একত্রিত করে। এই উপাদানটি জলের ফটোস্প্লিটিং বিক্রিয়ায় খুব উচ্চ ফটোক্যাটালিটিক দক্ষতা অর্জন করেছে, যা টাইটানিয়াম অক্সাইডের সাথে তুলনীয়, যা এখন পর্যন্ত রেফারেন্স ফটোক্যাটালিস্ট ছিল।

বর্তমানে, কাজ চলছে এই MOF এর স্থায়িত্ব উন্নত করতে পরিবর্তন এবং স্থিতিশীল করুন এবং সৌর বিকিরণের পরিধি প্রসারিত করা যা এটি শোষণ করতে সক্ষম। চ্যালেঞ্জ হল দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীল আলোকসজ্জা উপকরণের বর্তমান ঘাটতি কাটিয়ে ওঠা এবং একই সাথে, বর্জ্য জল শোধনাগারগুলিকে বর্জ্য জল শোধনাগারের সাথে একীভূত ছোট আকারের সবুজ হাইড্রোজেন উৎপাদন সুবিধায় রূপান্তর করা।

হাইলিওস একটি মাধ্যমে বিকশিত হয় ল্যান্টানিয়ার নেতৃত্বে বহুবিষয়ক কনসোর্টিয়ামএই প্রকল্প, যার মধ্যে আনসাসোল, আইটিইসিএএম, ভ্যালেন্সিয়ার পলিটেকনিক বিশ্ববিদ্যালয়ের রাসায়নিক শক্তি ইনস্টিটিউট (আইটিকিউ) এবং আইএমডিইএ এনার্জি জড়িত, কমপক্ষে ২০২৬ সালের অক্টোবর পর্যন্ত চলবে এবং এর লক্ষ্য হল জ্বালানি খরচ এবং জল পরিশোধন ও হাইড্রোজেন উৎপাদনের পরিবেশগত প্রভাব ব্যাপকভাবে হ্রাস করা।

নতুন, আরও সক্রিয় বহুধাতু যৌগের সাহায্যে তড়িৎ বিশ্লেষণ

স্থিতিস্থাপকভাবে বিকৃত আন্তঃধাতু অনুঘটক ছাড়াও, অন্যান্য অনুঘটকও আবিষ্কৃত হচ্ছে বহুধাতু যৌগ যা তাদের পৃথক উপাদানগুলির কর্মক্ষমতাকে অনেক বেশি ছাড়িয়ে যায় তড়িৎ বিশ্লেষণের মাধ্যমে হাইড্রোজেন উৎপাদনের জন্য।

এর গবেষকরা টুয়েন্টি বিশ্ববিদ্যালয় তারা একটি নতুন ইলেকট্রোড উপাদান তৈরি করেছে যাতে রয়েছে পাঁচটি ভিন্ন রূপান্তর ধাতুযদিও এই ধাতুগুলির প্রতিটি নিজস্বভাবে মাঝারিভাবে সক্রিয়, তবুও সম্মিলিত যৌগটি এক থেকে দুই ক্রম উচ্চ মাত্রার অনুঘটক কার্যকলাপ প্রদর্শন করে।

পরীক্ষাগার পরীক্ষায়, এই উপাদানের কার্যকলাপ এটি পৃথক যৌগগুলিকে 680 পর্যন্ত গুণক দ্বারা ছাড়িয়ে গেছে।এই ফলাফল ক্রিস বেউমারের নেতৃত্বে গবেষণা দলকেও অবাক করেছে। ব্যাখ্যাটি একটি স্পষ্ট সমন্বয় প্রভাবের মধ্যে নিহিত: বিভিন্ন ধাতু ইলেকট্রনিক এবং কাঠামোগত স্তরে একে অপরকে "সাহায্য" করে, যা অনেক বেশি অনুঘটকভাবে সক্রিয় এবং স্থিতিশীল পৃষ্ঠ তৈরি করে।

এই যৌগটি পৃথিবীর ভূত্বকে প্রচুর পরিমাণে থাকা উপাদান দিয়ে তৈরি, যা এটিকে একটি প্ল্যাটিনাম এবং ইরিডিয়াম প্রতিস্থাপনের জন্য একটি সম্ভাব্য কার্যকর বিকল্প উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন ইলেক্ট্রোলাইজারে। বর্তমানে, কার্যকলাপটি একটি পরীক্ষাগার পরিবেশে যাচাই করা হয়েছে এবং এর আচরণ এখনও শিল্প স্কেলে পরীক্ষা করা প্রয়োজন।

গবেষকরা যেমন উল্লেখ করেছেন, পাঁচটি ভিন্ন ধাতুর সংমিশ্রণ জটিল এবং সংশ্লেষণ রুট এবং স্কেলিং প্রক্রিয়াগুলিকে অপ্টিমাইজ করা প্রয়োজন। তবুও, উপাদানটি দক্ষতা এবং খরচের দিক থেকে বর্তমান বাণিজ্যিক তড়িৎ অনুঘটকদের চেয়ে উন্নত করার জন্য রচনা, টেক্সচার এবং অপারেটিং অবস্থার সমন্বয়ের জন্য একটি খুব আশাব্যঞ্জক ভিত্তি প্রদান করে।

উপকরণ, জল এবং হাইড্রোজেনের নতুন নবায়নযোগ্য উৎসের চ্যালেঞ্জ

নতুন অনুঘটক এবং উন্নত সিরামিকের উন্নয়নের পাশাপাশি, অন্যান্য বিষয়গুলিও বিবেচনায় নিতে হবে। উপকরণ এবং জল সম্পদ সম্পর্কিত প্রধান চ্যালেঞ্জগুলি যাতে সবুজ হাইড্রোজেন সত্যিকার অর্থে টেকসই হয়।

একদিকে, প্রচলিত ইলেক্ট্রোলাইজারগুলি মূল্যবান ধাতুর উপর নির্ভর করে (প্ল্যাটিনাম, ইরিডিয়াম, রুথেনিয়াম), যার উত্তোলনের ফলে মারাত্মক পরিবেশগত প্রভাব পড়ে: মাটির অবক্ষয়, জল দূষণ এবং বাস্তুতন্ত্রের ক্ষতি, এর মজুদের ভৌগোলিক ঘনত্ব ছাড়াও।

এই নির্ভরতা কমাতে, কম খরচের বিকল্প অনুঘটকগুলি তদন্ত করা হচ্ছে কার্বন ডেরিভেটিভস, চৌম্বকীয় পদার্থ, অথবা সবুজ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে বিকশিত সিন্থেটিক যৌগের উপর ভিত্তি করে। ধারণাটি হল বিকল্পগুলির পরিসর প্রসারিত করা এবং সরবরাহ শৃঙ্খলের অর্থনৈতিক ও পরিবেশগত খরচ উভয়ই হ্রাস করা।

অন্যদিকে, উন্নতমানের পানির প্রাপ্যতা এটি একটি সংবেদনশীল বিষয়। তড়িৎ বিশ্লেষণের মাধ্যমে এক টন সবুজ হাইড্রোজেন উৎপাদন করতে প্রায় নয় টন বিশুদ্ধ পানির প্রয়োজন। ক্রমবর্ধমান পানির ঘাটতির প্রেক্ষাপটে, মানুষের ব্যবহার, কৃষি এবং শিল্পের জন্য পানির মধ্যে প্রতিযোগিতা একটি গুরুতর বাধা হয়ে দাঁড়াতে পারে।

প্রতিক্রিয়ায়, উপায় যেমন সমুদ্রের জল, নগর ও শিল্পের বর্জ্য জলের ব্যবহার, এমনকি পরিবেশের আর্দ্রতার ব্যবহারবিশেষায়িত কোম্পানিগুলির দ্বারা উদ্ভাবিত H2umidity-এর মতো প্রযুক্তিগুলি বায়ুমণ্ডলীয় আর্দ্রতা থেকে জল উৎপন্ন করে এবং ইলেক্ট্রোলাইজারে ব্যবহার করার সুযোগ দেয়, যা প্রচলিত জলের উৎসের উপর চাপ কমায়। তদুপরি, প্রকল্প যেমন CIUDEN স্টোরেজ সিস্টেমগুলিকে বৈধতা দেয় সৌর এবং সবুজ হাইড্রোজেনের সাথে একীকরণের জন্য, আরও সম্পূর্ণ পুনর্নবীকরণযোগ্য শৃঙ্খলের কার্যকারিতা সহজতর করে।

দ্য জৈববস্তুপুঞ্জ এবং বর্জ্য থেকে সবুজ হাইড্রোজেন উৎপাদনউদাহরণস্বরূপ, ইনস্টিটিউট অফ কেমিক্যাল টেকনোলজি (ITQ) এমন পাইলট প্ল্যান্ট নিয়ে কাজ করছে যা কৃষি ও ওয়াইন শিল্পের বর্জ্য থেকে জৈব ইথানলকে ৫০০-৭০০ ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় এবং বায়ুমণ্ডলীয় চাপে বাষ্প সংস্কারের মাধ্যমে হাইড্রোজেনে রূপান্তরিত করে।

এই প্রক্রিয়াগুলিতে, নিম্নলিখিতগুলি ঘটে ডাইহাইড্রোজেন (H₂) যা কঠিন অক্সাইড জ্বালানি কোষে (SOFCs) বিদ্যুৎ এবং তাপ উভয়ই উৎপন্ন করতে ব্যবহৃত হতে পারে পাশাপাশি দূষণহীন জ্বালানি সংশ্লেষণের জন্য। উৎপাদিত হাইড্রোজেন এবং তাপের কিছু অংশ প্ল্যান্টেই পুনঃবিনিয়োগ করা হয়, যার ফলে এর শক্তির স্বয়ংসম্পূর্ণতা বৃদ্ধি পায় এবং বাহ্যিক চাহিদা হ্রাস পায়।

ITQও তদন্ত করে মাইক্রোওয়েভ-ভিত্তিক প্রযুক্তি আয়নিক পদার্থ ব্যবহার করে বিদ্যুৎকে হাইড্রোজেন এবং অন্যান্য রাসায়নিক পদার্থে রূপান্তর করা যা তাদের গঠন থেকে অক্সিজেন মুক্ত করে। এই পদ্ধতি, পেটেন্ট করা এবং প্রকাশিত প্রকৃতি শক্তিভবিষ্যতে এর ব্যবহার হতে পারে শক্তি সঞ্চয়, সিন্থেটিক জ্বালানি, এমনকি অতি দ্রুত ব্যাটারি রিচার্জিংয়েও, যার মাধ্যমে ইলেকট্রোডের পরিমাণ প্রায় তাৎক্ষণিকভাবে হ্রাস পাবে।

শিল্প প্রয়োগ, জৈব জ্বালানি এবং হাইড্রোজেন অর্থনীতি

হাইড্রোজেন ইতিমধ্যেই শিল্পে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে, বিশেষ করে তেল পরিশোধন এবং অ্যামোনিয়া ও সার উৎপাদনকিন্তু এটি বেশিরভাগই প্রাকৃতিক গ্যাস থেকে আসে। এই "ধূসর" হাইড্রোজেনকে সবুজ হাইড্রোজেন দিয়ে প্রতিস্থাপন করলে শিল্প খাত থেকে নির্গমন উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পেতে পারে; সিডনর তার বাসাউরি স্টিলওয়ার্কসে সবুজ হাইড্রোজেন সফলভাবে পরীক্ষা করেছে, যা উচ্চ শক্তির চাহিদা সম্পন্ন ক্ষেত্রগুলিতে প্রকৃত শিল্প প্রয়োগের চিত্র তুলে ধরে।

আইটিকিউ টিম প্রকল্প পাইলট প্ল্যান্ট যা শিল্প প্রক্রিয়ায় সবুজ হাইড্রোজেনকে একীভূত করে যাতে হাইড্রোজেন নিজেই উদ্ভিদের শক্তির চাহিদার একটি অংশ সরবরাহ করে। এইভাবে, অত্যন্ত দক্ষ লুপ তৈরি হয়, যেখানে উৎপন্ন তাপ এবং বিদ্যুৎ উৎপাদন প্রক্রিয়া নিজেই বজায় রাখতে সাহায্য করে।

ইনস্টিটিউট অফ ক্যাটালাইসিস অ্যান্ড পেট্রোকেমিস্ট্রি (ICP) -এ, যেমন গ্রুপগুলির নেতৃত্বে হোসে মিগুয়েল ক্যাম্পোস তারা অধ্যয়ন নবায়নযোগ্য হাইড্রোজেন ব্যবহার করে উন্নত জৈব জ্বালানি উৎপাদনএই প্রক্রিয়াটি ৩০০-৪০০ ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় এবং প্রায় ২০টি বায়ুমণ্ডলের চাপে অনুঘটক চুল্লিতে হাইড্রোজেন প্রবাহের সাথে উদ্ভিজ্জ তেলের বর্জ্যকে একত্রিত করে।

প্রথমে, কার্বন অক্সাইড, রৈখিক হাইড্রোকার্বন এবং জলের মিশ্রণ তৈরি করা হয়; তারপর, দ্বিতীয় পর্যায়ে অনুমতি দেওয়া হয় সেই হাইড্রোকার্বনগুলিকে পেট্রোল, কেরোসিন এবং ডিজেলের মতো ভগ্নাংশে রূপান্তর করুন, যার শক্তি দক্ষতা ৮৫% পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে, যা প্রচলিত অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিনের সাধারণ কর্মক্ষমতার চেয়ে অনেক বেশি।

এই সমস্ত উন্নয়ন এই ধারণাটিকে আরও শক্তিশালী করে যে সবুজ হাইড্রোজেন ভবিষ্যতের নিম্ন-কার্বন অর্থনীতির একটি স্তম্ভ হবেতবে শর্ত থাকে যে মৌলিক গবেষণা, প্রদর্শনী প্রকল্প এবং সহায়তা নীতি (অবকাঠামো বিনিয়োগ, কর প্রণোদনা, স্পষ্ট নিয়ন্ত্রক কাঠামো) প্রচার অব্যাহত থাকবে।

নতুন উপকরণের এই অগ্রগতির সমষ্টি - সৌরশক্তিচালিত সিরামিক পেরোভস্কাইট, স্ট্রেন-অপ্টিমাইজড ইন্টারমেটালিক অ্যালয় এবং মূল্যবান ধাতু-মুক্ত মাল্টিমেটাল কম্পোজিট থেকে শুরু করে ফটোঅ্যাকটিভ এমওএফ এবং ইলেক্ট্রোলাইজারের জন্য বিকল্প অনুঘটক - এমন একটি পরিস্থিতি তৈরি করছে যেখানে ক্রমাগত, দক্ষতার সাথে এবং কম পরিবেশগত প্রভাব সহ সবুজ হাইড্রোজেন উৎপাদন করা এখন আর খুব বেশি দূরের প্রতিশ্রুতি নয়। এবং এটি ধীরে ধীরে একটি বৃহৎ-স্কেল প্রযুক্তিগত এবং শিল্প বাস্তবতায় পরিণত হওয়ার দিকে এগিয়ে আসছে।