আমরা "হাইড্রোজেন" চালু করব, শক্তির পরবর্তী প্রজন্ম যা কার্বন নিরপেক্ষ। হাইড্রোজেন তিন প্রকারে বিভক্ত: "সবুজ হাইড্রোজেন", "নীল হাইড্রোজেন" এবং "ধূসর হাইড্রোজেন", যার প্রতিটিরই আলাদা উৎপাদন পদ্ধতি রয়েছে। আমরা উত্পাদনের প্রতিটি পদ্ধতি, উপাদান হিসাবে ভৌত বৈশিষ্ট্য, স্টোরেজ/পরিবহন পদ্ধতি এবং ব্যবহারের পদ্ধতিগুলিও ব্যাখ্যা করব। এবং আমিও পরিচয় করিয়ে দেব কেন এটি পরবর্তী প্রজন্মের প্রভাবশালী শক্তির উত্স।
সবুজ হাইড্রোজেন তৈরি করতে পানির ইলেক্ট্রোলাইসিস
হাইড্রোজেন ব্যবহার করার সময়, যেভাবেই হোক "হাইড্রোজেন তৈরি করা" গুরুত্বপূর্ণ। সবচেয়ে সহজ উপায় হল "জলকে ইলেক্ট্রোলাইজ করা"। হয়তো আপনি গ্রেড স্কুল বিজ্ঞান করেছেন. বীকারটি জল এবং ইলেক্ট্রোড দিয়ে জলে পূর্ণ করুন। যখন একটি ব্যাটারি ইলেক্ট্রোডের সাথে সংযুক্ত থাকে এবং শক্তিপ্রাপ্ত হয়, তখন জলে এবং প্রতিটি ইলেক্ট্রোডে নিম্নলিখিত প্রতিক্রিয়াগুলি ঘটে।
ক্যাথোডে, H+ এবং ইলেকট্রন হাইড্রোজেন গ্যাস তৈরি করতে একত্রিত হয়, যখন অ্যানোড অক্সিজেন তৈরি করে। তবুও, এই পদ্ধতিটি স্কুল বিজ্ঞানের পরীক্ষা-নিরীক্ষার জন্য ঠিক আছে, কিন্তু শিল্পগতভাবে হাইড্রোজেন তৈরি করতে, বড় আকারের উৎপাদনের জন্য উপযুক্ত দক্ষ প্রক্রিয়া প্রস্তুত করতে হবে। সেটা হল "পলিমার ইলেক্ট্রোলাইট মেমব্রেন (PEM) ইলেক্ট্রোলাইসিস"।
এই পদ্ধতিতে, একটি পলিমার অর্ধ-ভেদযোগ্য ঝিল্লি যা হাইড্রোজেন আয়নগুলির উত্তরণকে অনুমতি দেয় একটি অ্যানোড এবং একটি ক্যাথোডের মধ্যে স্যান্ডউইচ করা হয়। যখন ডিভাইসের অ্যানোডে জল ঢেলে দেওয়া হয়, তখন ইলেক্ট্রোলাইসিস দ্বারা উত্পাদিত হাইড্রোজেন আয়নগুলি একটি অর্ধভেদ্য ঝিল্লির মধ্য দিয়ে ক্যাথোডে চলে যায়, যেখানে তারা আণবিক হাইড্রোজেনে পরিণত হয়। অন্যদিকে, অক্সিজেন আয়ন অর্ধভেদযোগ্য ঝিল্লির মধ্য দিয়ে যেতে পারে না এবং অ্যানোডে অক্সিজেন অণুতে পরিণত হয়।
এছাড়াও ক্ষারীয় জলের তড়িৎ বিশ্লেষণে, আপনি একটি বিভাজকের মাধ্যমে অ্যানোড এবং ক্যাথোডকে আলাদা করে হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেন তৈরি করেন যার মাধ্যমে শুধুমাত্র হাইড্রক্সাইড আয়নগুলি যেতে পারে। এছাড়াও, উচ্চ-তাপমাত্রার বাষ্প ইলেক্ট্রোলাইসিসের মতো শিল্প পদ্ধতি রয়েছে।
বৃহৎ পরিসরে এই প্রক্রিয়াগুলি সম্পাদন করে, প্রচুর পরিমাণে হাইড্রোজেন পাওয়া যায়। প্রক্রিয়ায়, একটি উল্লেখযোগ্য পরিমাণ অক্সিজেনও উত্পাদিত হয় (উত্পাদিত হাইড্রোজেনের অর্ধেক আয়তন), যাতে এটি বায়ুমণ্ডলে ছেড়ে দিলে পরিবেশের প্রতিকূল প্রভাব না থাকে। যাইহোক, ইলেক্ট্রোলাইসিসের জন্য প্রচুর বিদ্যুতের প্রয়োজন হয়, তাই কার্বন-মুক্ত হাইড্রোজেন উত্পাদিত হতে পারে যদি এটি বিদ্যুৎ দিয়ে উত্পাদিত হয় যা জীবাশ্ম জ্বালানী যেমন বায়ু টারবাইন এবং সৌর প্যানেল ব্যবহার করে না।
আপনি পরিষ্কার শক্তি ব্যবহার করে জল ইলেক্ট্রোলাইজিং করে "সবুজ হাইড্রোজেন" পেতে পারেন।
এই সবুজ হাইড্রোজেন বড় আকারে উৎপাদনের জন্য একটি হাইড্রোজেন জেনারেটরও রয়েছে। ইলেক্ট্রোলাইজার বিভাগে PEM ব্যবহার করে, হাইড্রোজেন ক্রমাগত উত্পাদিত হতে পারে।
জীবাশ্ম জ্বালানি থেকে তৈরি নীল হাইড্রোজেন
সুতরাং, হাইড্রোজেন তৈরি করার অন্য উপায় কি? হাইড্রোজেন জীবাশ্ম জ্বালানী যেমন প্রাকৃতিক গ্যাস এবং কয়লা জল ব্যতীত অন্যান্য পদার্থ হিসাবে বিদ্যমান। উদাহরণস্বরূপ, প্রাকৃতিক গ্যাসের প্রধান উপাদান মিথেন (CH4) বিবেচনা করুন। এখানে চারটি হাইড্রোজেন পরমাণু রয়েছে। এই হাইড্রোজেন বের করে আপনি হাইড্রোজেন পেতে পারেন।
এর মধ্যে একটি হল "স্টিম মিথেন রিফর্মিং" নামক একটি প্রক্রিয়া যা বাষ্প ব্যবহার করে। এই পদ্ধতির রাসায়নিক সূত্র নিম্নরূপ।
আপনি দেখতে পাচ্ছেন, একটি একক মিথেন অণু থেকে কার্বন মনোক্সাইড এবং হাইড্রোজেন বের করা যেতে পারে।
এইভাবে, প্রাকৃতিক গ্যাস এবং কয়লার "বাষ্প সংস্কার" এবং "পাইরোলাইসিস" এর মতো প্রক্রিয়াগুলির মাধ্যমে হাইড্রোজেন তৈরি করা যেতে পারে। "নীল হাইড্রোজেন" এইভাবে উত্পাদিত হাইড্রোজেনকে বোঝায়।
এই ক্ষেত্রে, তবে, কার্বন মনোক্সাইড এবং কার্বন ডাই অক্সাইড উপজাত হিসাবে উত্পাদিত হয়। তাই বায়ুমণ্ডলে ছাড়ার আগে আপনাকে তাদের পুনর্ব্যবহার করতে হবে। উপজাত কার্বন ডাই অক্সাইড, যদি পুনরুদ্ধার না করা হয় তবে হাইড্রোজেন গ্যাসে পরিণত হয়, যা "ধূসর হাইড্রোজেন" নামে পরিচিত।
হাইড্রোজেন কি ধরনের উপাদান?
হাইড্রোজেনের পারমাণবিক সংখ্যা 1 এবং এটি পর্যায় সারণির প্রথম উপাদান।
পরমাণুর সংখ্যা মহাবিশ্বে সবচেয়ে বড়, যা মহাবিশ্বের সমস্ত উপাদানের প্রায় 90% এর জন্য দায়ী। একটি প্রোটন এবং একটি ইলেক্ট্রন নিয়ে গঠিত ক্ষুদ্রতম পরমাণু হল হাইড্রোজেন পরমাণু।
হাইড্রোজেনের নিউক্লিয়াসের সাথে নিউট্রন যুক্ত দুটি আইসোটোপ রয়েছে। একটি নিউট্রন-বন্ধযুক্ত "ডিউটেরিয়াম" এবং দুটি নিউট্রন-বন্ধনযুক্ত "ট্রিটিয়াম"। এগুলিও ফিউশন শক্তি উৎপাদনের উপকরণ।
সূর্যের মতো একটি নক্ষত্রের অভ্যন্তরে, হাইড্রোজেন থেকে হিলিয়ামে পারমাণবিক সংমিশ্রণ ঘটছে, যা তারার উজ্জ্বল হওয়ার শক্তির উত্স।
যাইহোক, পৃথিবীতে গ্যাস হিসেবে হাইড্রোজেন খুব কমই বিদ্যমান। হাইড্রোজেন অন্যান্য উপাদান যেমন জল, মিথেন, অ্যামোনিয়া এবং ইথানলের সাথে যৌগ গঠন করে। যেহেতু হাইড্রোজেন একটি হালকা উপাদান, তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে হাইড্রোজেন অণুর গতিবেগ বৃদ্ধি পায় এবং পৃথিবীর মাধ্যাকর্ষণ থেকে মহাশূন্যে চলে যায়।
কিভাবে হাইড্রোজেন ব্যবহার করবেন? দহন দ্বারা ব্যবহার করুন
তারপর, কীভাবে "হাইড্রোজেন", যা পরবর্তী প্রজন্মের শক্তির উত্স হিসাবে বিশ্বব্যাপী মনোযোগ আকর্ষণ করেছে, ব্যবহার করা হয়? এটি দুটি প্রধান উপায়ে ব্যবহৃত হয়: "দহন" এবং "জ্বালানী কোষ"। চলুন শুরু করা যাক “বার্ন” ব্যবহার করে।
দুটি প্রধান ধরনের জ্বলন ব্যবহৃত হয়।
প্রথমটি রকেট জ্বালানী হিসাবে। জাপানের H-IIA রকেট হাইড্রোজেন গ্যাস "তরল হাইড্রোজেন" এবং "তরল অক্সিজেন" ব্যবহার করে যা জ্বালানী হিসাবে ক্রায়োজেনিক অবস্থায় রয়েছে। এই দুটি একত্রিত হয়, এবং সেই সময়ে উৎপন্ন তাপ শক্তি মহাকাশে উড়তে থাকা জলের অণুগুলির ইনজেকশনকে ত্বরান্বিত করে। যাইহোক, এটি একটি প্রযুক্তিগতভাবে কঠিন ইঞ্জিন, কারণ জাপান ছাড়া, শুধুমাত্র মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র, ইউরোপ, রাশিয়া, চীন এবং ভারত সফলভাবে এই জ্বালানী একত্রিত করেছে।
দ্বিতীয়টি বিদ্যুৎ উৎপাদন। গ্যাস টারবাইন পাওয়ার জেনারেশন হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেনকে একত্রিত করে শক্তি উৎপন্ন করার পদ্ধতিও ব্যবহার করে। অন্য কথায়, এটি এমন একটি পদ্ধতি যা হাইড্রোজেন দ্বারা উত্পাদিত তাপীয় শক্তিকে দেখে। তাপবিদ্যুৎ কেন্দ্রে, কয়লা, তেল এবং প্রাকৃতিক গ্যাস পোড়ানোর তাপ থেকে বাষ্প উৎপন্ন হয় যা টারবাইন চালায়। যদি হাইড্রোজেনকে তাপের উৎস হিসেবে ব্যবহার করা হয়, তাহলে বিদ্যুৎ কেন্দ্রটি হবে কার্বন নিরপেক্ষ।
কিভাবে হাইড্রোজেন ব্যবহার করবেন? একটি জ্বালানী কোষ হিসাবে ব্যবহৃত
হাইড্রোজেন ব্যবহার করার আরেকটি উপায় হল জ্বালানী কোষ, যা হাইড্রোজেনকে সরাসরি বিদ্যুতে রূপান্তর করে। বিশেষ করে, টয়োটা তার গ্লোবাল ওয়ার্মিং প্রতিরোধের অংশ হিসেবে গ্যাসোলিন যানবাহনের বিকল্প হিসেবে বৈদ্যুতিক গাড়ির (EVs) পরিবর্তে হাইড্রোজেন-জ্বালানিযুক্ত যানবাহন ব্যবহার করে জাপানে মনোযোগ আকর্ষণ করেছে।
বিশেষত, আমরা যখন "সবুজ হাইড্রোজেন" এর উত্পাদন পদ্ধতি প্রবর্তন করি তখন আমরা বিপরীত পদ্ধতিটি করছি। রাসায়নিক সূত্র নিম্নরূপ।
হাইড্রোজেন বিদ্যুৎ উৎপন্ন করার সময় পানি (গরম পানি বা বাষ্প) উৎপন্ন করতে পারে এবং এটি পরিবেশের উপর কোনো বোঝা চাপিয়ে না বলে মূল্যায়ন করা যেতে পারে। অন্যদিকে, এই পদ্ধতিতে 30-40% এর তুলনামূলকভাবে কম বিদ্যুৎ উৎপাদনের দক্ষতা রয়েছে এবং অনুঘটক হিসাবে প্ল্যাটিনাম প্রয়োজন, এইভাবে বর্ধিত খরচ প্রয়োজন।
বর্তমানে, আমরা পলিমার ইলেক্ট্রোলাইট ফুয়েল সেল (PEFC) এবং ফসফরিক অ্যাসিড ফুয়েল সেল (PAFC) ব্যবহার করছি। বিশেষ করে, ফুয়েল সেল যানবাহন PEFC ব্যবহার করে, তাই ভবিষ্যতে এটি ছড়িয়ে পড়ার আশা করা যেতে পারে।
হাইড্রোজেন স্টোরেজ এবং পরিবহন নিরাপদ?
এখন পর্যন্ত, আমরা মনে করি আপনি বুঝতে পেরেছেন কিভাবে হাইড্রোজেন গ্যাস তৈরি এবং ব্যবহার করা হয়। তাহলে আপনি কিভাবে এই হাইড্রোজেন সংরক্ষণ করবেন? যেখানে আপনার প্রয়োজন সেখানে আপনি কীভাবে এটি পাবেন? সে সময় নিরাপত্তার কী হবে? আমরা ব্যাখ্যা করব।
আসলে হাইড্রোজেনও একটি অত্যন্ত বিপজ্জনক উপাদান। 20 শতকের শুরুতে, আমরা আকাশে বেলুন, বেলুন এবং এয়ারশিপ ভাসানোর জন্য গ্যাস হিসাবে হাইড্রোজেন ব্যবহার করতাম কারণ এটি খুব হালকা ছিল। যাইহোক, 6 মে, 1937, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের নিউ জার্সিতে, "এয়ারশিপ হিন্ডেনবার্গ বিস্ফোরণ" ঘটেছিল।
দুর্ঘটনার পর থেকে এটি ব্যাপকভাবে স্বীকৃত যে হাইড্রোজেন গ্যাস বিপজ্জনক। বিশেষত যখন এটি আগুন ধরে যায়, তখন এটি অক্সিজেনের সাথে হিংস্রভাবে বিস্ফোরিত হয়। অতএব, "অক্সিজেন থেকে দূরে থাকুন" বা "তাপ থেকে দূরে থাকুন" অপরিহার্য।
এই ব্যবস্থা নেওয়ার পরে, আমরা একটি শিপিং পদ্ধতি নিয়ে এসেছি।
হাইড্রোজেন ঘরের তাপমাত্রায় একটি গ্যাস, তাই এটি এখনও একটি গ্যাস হলেও, এটি খুব ভারী। প্রথম পদ্ধতি হল কার্বনেটেড পানীয় তৈরি করার সময় উচ্চ চাপ প্রয়োগ করা এবং সিলিন্ডারের মতো কম্প্রেস করা। একটি বিশেষ উচ্চ-চাপের ট্যাঙ্ক প্রস্তুত করুন এবং এটিকে উচ্চ-চাপের পরিস্থিতিতে সংরক্ষণ করুন যেমন 45Mpa।
টয়োটা, যা ফুয়েল সেল ভেহিকল (FCV) তৈরি করে, একটি রজন উচ্চ-চাপ হাইড্রোজেন ট্যাঙ্ক তৈরি করছে যা 70 MPa চাপ সহ্য করতে পারে।
আরেকটি পদ্ধতি হল তরল হাইড্রোজেন তৈরি করতে -253°C তাপমাত্রায় ঠাণ্ডা করা, এবং বিশেষ তাপ-অন্তরক ট্যাঙ্কে সংরক্ষণ ও পরিবহন করা। এলএনজি (তরলীকৃত প্রাকৃতিক গ্যাস) এর মতো যখন প্রাকৃতিক গ্যাস বিদেশ থেকে আমদানি করা হয়, তখন পরিবহনের সময় হাইড্রোজেন তরলীকৃত হয়, যার আয়তন তার গ্যাসীয় অবস্থার 1/800 এ হ্রাস পায়। 2020 সালে, আমরা বিশ্বের প্রথম তরল হাইড্রোজেন ক্যারিয়ার সম্পন্ন করেছি। যাইহোক, এই পদ্ধতিটি ফুয়েল সেল গাড়ির জন্য উপযুক্ত নয় কারণ এটিকে ঠান্ডা করতে প্রচুর শক্তির প্রয়োজন হয়।
এই ধরনের ট্যাঙ্কগুলিতে সংরক্ষণ এবং শিপিংয়ের একটি পদ্ধতি রয়েছে, তবে আমরা হাইড্রোজেন সংরক্ষণের অন্যান্য পদ্ধতিও বিকাশ করছি।
স্টোরেজ পদ্ধতি হল হাইড্রোজেন স্টোরেজ অ্যালয় ব্যবহার করা। হাইড্রোজেনের ধাতু ভেদ করার এবং তাদের ক্ষয় করার বৈশিষ্ট্য রয়েছে। এটি একটি উন্নয়ন টিপ যা মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে 1960 এর দশকে বিকশিত হয়েছিল। জেজে রিলি এট আল। পরীক্ষায় দেখা গেছে যে ম্যাগনেসিয়াম এবং ভ্যানাডিয়ামের সংকর ধাতু ব্যবহার করে হাইড্রোজেন সংরক্ষণ করা যায় এবং ছেড়ে দেওয়া যায়।
এর পরে, তিনি সফলভাবে প্যালাডিয়ামের মতো একটি পদার্থ তৈরি করেছিলেন, যা তার নিজস্ব আয়তনের 935 গুণ হাইড্রোজেন শোষণ করতে পারে।
এই সংকর ধাতু ব্যবহার করার সুবিধা হল এটি হাইড্রোজেন ফুটো দুর্ঘটনা (প্রধানত বিস্ফোরণ দুর্ঘটনা) প্রতিরোধ করতে পারে। অতএব, এটি নিরাপদে সংরক্ষণ এবং পরিবহন করা যেতে পারে। যাইহোক, যদি আপনি সতর্ক না হন এবং এটিকে ভুল পরিবেশে ছেড়ে দেন, তাহলে হাইড্রোজেন স্টোরেজ অ্যালয়গুলি সময়ের সাথে সাথে হাইড্রোজেন গ্যাস ছেড়ে দিতে পারে। ঠিক আছে, এমনকি একটি ছোট স্পার্ক একটি বিস্ফোরণ দুর্ঘটনার কারণ হতে পারে, তাই সতর্ক থাকুন।
এটির অসুবিধাও রয়েছে যে বারবার হাইড্রোজেন শোষণ এবং ডিসোর্পশন ভ্রূণের দিকে পরিচালিত করে এবং হাইড্রোজেন শোষণের হার কমিয়ে দেয়।
অন্যটি হল পাইপ ব্যবহার করা। একটি শর্ত আছে যে পাইপের ক্ষত রোধ করার জন্য এটি অ-সংকুচিত এবং কম চাপ হতে হবে, তবে সুবিধা হল বিদ্যমান গ্যাস পাইপ ব্যবহার করা যেতে পারে। টোকিও গ্যাস হারুমি ফ্ল্যাগের নির্মাণ কাজ চালিয়েছে, জ্বালানী কোষে হাইড্রোজেন সরবরাহ করার জন্য সিটি গ্যাস পাইপলাইন ব্যবহার করে।
হাইড্রোজেন শক্তি দ্বারা নির্মিত ভবিষ্যতের সমাজ
অবশেষে, সমাজে হাইড্রোজেন কী ভূমিকা পালন করতে পারে তা বিবেচনা করা যাক।
আরও গুরুত্বপূর্ণভাবে আমরা একটি কার্বন-মুক্ত সমাজকে উন্নীত করতে চাই, আমরা তাপ শক্তির পরিবর্তে বিদ্যুৎ উৎপন্ন করতে হাইড্রোজেন ব্যবহার করি।
বৃহৎ তাপবিদ্যুৎ কেন্দ্রের পরিবর্তে, কিছু পরিবার ENE-FARM-এর মতো সিস্টেম চালু করেছে, যা প্রয়োজনীয় বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য প্রাকৃতিক গ্যাস সংস্কার করে প্রাপ্ত হাইড্রোজেন ব্যবহার করে। যাইহোক, সংস্কার প্রক্রিয়ার উপজাতগুলি নিয়ে কী করবেন তা নিয়ে প্রশ্ন থেকে যায়।
ভবিষ্যতে, যদি হাইড্রোজেনের প্রচলন নিজেই বৃদ্ধি পায়, যেমন হাইড্রোজেন রিফুয়েলিং স্টেশনের সংখ্যা বাড়ানো, তাহলে কার্বন ডাই অক্সাইড নির্গত না করেই বিদ্যুৎ ব্যবহার করা সম্ভব হবে। বিদ্যুৎ অবশ্যই সবুজ হাইড্রোজেন তৈরি করে, তাই এটি সূর্যালোক বা বাতাস থেকে উৎপন্ন বিদ্যুৎ ব্যবহার করে। ইলেক্ট্রোলাইসিসের জন্য ব্যবহৃত শক্তিটি বিদ্যুৎ উৎপাদনের পরিমাণ দমন করার শক্তি হওয়া উচিত বা প্রাকৃতিক শক্তি থেকে উদ্বৃত্ত শক্তি থাকলে রিচার্জেবল ব্যাটারি চার্জ করা উচিত। অন্য কথায়, হাইড্রোজেন রিচার্জেবল ব্যাটারির মতো একই অবস্থানে রয়েছে। এটা ঘটলে শেষ পর্যন্ত তাপবিদ্যুৎ উৎপাদন কমানো সম্ভব হবে। যেদিন গাড়ি থেকে অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিন অদৃশ্য হয়ে যাবে সেই দিনটি দ্রুত এগিয়ে আসছে।
অন্য পথ দিয়েও হাইড্রোজেন পাওয়া যায়। আসলে, হাইড্রোজেন এখনও কস্টিক সোডা উৎপাদনের একটি উপজাত। অন্যান্য জিনিসের মধ্যে, এটি লোহা তৈরিতে কোক উৎপাদনের একটি উপজাত। আপনি যদি এই হাইড্রোজেনটি বিতরণে রাখেন তবে আপনি একাধিক উত্স পেতে সক্ষম হবেন৷ এইভাবে উত্পাদিত হাইড্রোজেন গ্যাসও হাইড্রোজেন স্টেশন দ্বারা সরবরাহ করা হয়।
আসুন ভবিষ্যতে আরও তাকাই। বিদ্যুত সরবরাহের জন্য তারের ব্যবহার করে ট্রান্সমিশন পদ্ধতিতে শক্তি হারানোর পরিমাণও একটি সমস্যা। অতএব, ভবিষ্যতে, আমরা কার্বনেটেড পানীয় তৈরিতে ব্যবহৃত কার্বনিক অ্যাসিড ট্যাঙ্কের মতো পাইপলাইনের মাধ্যমে সরবরাহ করা হাইড্রোজেন ব্যবহার করব এবং প্রতিটি বাড়িতে বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য বাড়িতে একটি হাইড্রোজেন ট্যাঙ্ক কিনব। হাইড্রোজেন ব্যাটারিতে চলা মোবাইল ডিভাইসগুলি সাধারণ হয়ে উঠছে। এটা যেমন একটি ভবিষ্যত দেখতে আকর্ষণীয় হবে.
পোস্টের সময়: জুন-০৮-২০২৩