কম বিশুদ্ধতার জলের সাথে ক্ষারীয় তড়িৎবিশ্লেষকগুলি কেন শ্রেষ্ঠ প্রমাণিত হয়

ক্ষারীয় সহনশীলতার পিছনের বিজ্ঞান: হাইড্রক্সাইড আয়ন (OH–)-এর ভূমিকা

ক্ষারীয় তড়িৎবিশ্লেষ্যগুলি তাদের তরল তড়িৎবিশ্লেষ্যে OH মাইনাস হাইড্রক্সাইড আয়ন ব্যবহার করে, সাধারণত পটাসিয়াম হাইড্রক্সাইড বা সোডিয়াম হাইড্রক্সাইডের 20 থেকে 30 শতাংশ দ্রবণ। এগুলি একটি উচ্চ pH পরিবেশ তৈরি করে যা অনেক জলের উৎসে পাওয়া যাওয়া ক্লোরাইড এবং সালফেট সহ অসুবিধাজনক অম্লীয় দূষণকারীদের নিরপেক্ষ করতে সাহায্য করে। এই রাসায়নিক গঠন এই ধরনের ব্যবস্থাকে দূষণের বিরুদ্ধে প্রাকৃতিক প্রতিরোধ ক্ষমতা দেয়, তাই তাদের PEM ব্যবস্থার মতো অত্যন্ত বিশুদ্ধ জলের প্রয়োজন হয় না। আর আমরা সবাই জানি যে বিভিন্ন দূষণকারীদের কারণে PEM ব্যবস্থাগুলিতে অনুঘটক বিষক্রিয়া সমস্যা রয়েছে। 2024 সালে হাইড্রোজেন কাউন্সিলের একটি সদ্য প্রকাশিত প্রতিবেদনে আরও একটি আকর্ষক তথ্য উল্লেখ করা হয়েছে—OH মাইনাস আয়নগুলি স্বাভাবিক অবস্থার তুলনায় প্রায় 1.7 গুণ বেশি আয়নিক পরিবাহিতা বৃদ্ধি করে। এর মানে হল যে দ্রবীভূত কঠিন পদার্থের মাত্রা প্রতি মিলিয়নে 500 অংশ (ppm) পর্যন্ত থাকলেও ব্যবস্থাটি মসৃণভাবে চলতে পারে, যা বিভিন্ন পরিচালন পরিবেশের জন্য এগুলিকে বেশ নমনীয় করে তোলে।

তরল তড়িৎবিশ্লেষ্যগুলি সাধারণ দূষণ থেকে কীভাবে প্রতিরোধ গড়ে তোলে

চলমান ক্ষারীয় তড়িৎবিশ্লেষ্য একটি গতিশীল অপদ্রব্য বাফারের মতো কাজ করে:

• ভারী ধাতব আয়নগুলি অদ্রাব্য হাইড্রোক্সাইড হিসাবে অধঃক্ষিপ্ত হয়, যা তড়িৎদ্বারের দূষণ কমিয়ে দেয়
• স্থানচ্যুত কণাগুলি গুরুত্বপূর্ণ উপাদানগুলি বন্ধ করার পরিবর্তে তড়িৎবিশ্লেষ্য ম্যাট্রিক্সের ভিতরেই আটকে থাকে
• বাইকার্বনেট আয়নগুলি ক্ষারীয় অবস্থায় CO₂ এবং জলে বিয়োজিত হয়, যা গ্যাস ক্রসওভার সমস্যা প্রতিরোধ করে

পরীক্ষায় দেখা গেছে যে ক্ষারীয় ব্যবস্থাগুলি 100 ppm সিলিকা সমৃদ্ধ খাদ্যজলের সাথে 92% দক্ষতা বজায় রাখে, যেখানে PEM এর কার্যকারিতা একই অবস্থায় 18% কমে যায়। এই স্থিতিশীলতার কারণে গ্লোবাল ইলেক্ট্রোলাইজার কনসোর্টিয়াম লবণাক্ত বা নিম্নমানের জলের উৎসের জন্য ক্ষারীয় প্রযুক্তির সুপারিশ করেছে।

বাস্তব উদাহরণ: পাইলট প্রকল্পে নদীর জল ব্যবহার করে হাইড্রোজেন উৎপাদন

2023 সালের একটি দক্ষিণ-পূর্ব এশিয়ার পাইলট প্রকল্পে অপরিশোধিত নদীর জল (pH 6.8, ঘোলাটে 25 NTU) ব্যবহার করে ক্ষারীয় ইলেক্ট্রোলাইজারগুলি সফলভাবে পরিচালনা করা হয়েছিল, যেখানে কেবল মৌলিক অবক্ষেপণ প্রয়োজন ছিল। 8,000 ঘন্টার অবিচ্ছিন্ন পরিচালনার পরে, ভোল্টেজ ক্ষতি লক্ষ্য করা যায়নি, যা নিম্নলিখিতগুলি প্রদর্শন করে:

• ডিআই জলের উপর নির্ভরশীল পিইএম সিস্টেমগুলির তুলনায় হাইড্রোজেন খরচে 3.3% হ্রাস
• প্রাক-চিকিত্সা শক্তির চাহিদায় 45% হ্রাস
• আল্ট্রাপিউর জল অবস্থার অভাব রয়েছে এমন অঞ্চলগুলিতে স্কেলযোগ্য মোতায়েনের জন্য এটি ব্যবহারযোগ্য

এই ফলাফলগুলি বিকেন্দ্রীভূত বা সম্পদ-সীমিত পরিবেশে ক্ষারীয় সিস্টেমগুলির ব্যবহারিক সুবিধাগুলি তুলে ধরে

ক্ষারীয় বনাম পিইএম ইলেক্ট্রোলাইজার: জলের বিশুদ্ধতার প্রয়োজনীয়তা তুলনা

পিইএম এবং এইএম ইলেক্ট্রোলাইজারগুলির কঠোর জলের বিশুদ্ধতার চাহিদা

পিইএম (প্রোটন এক্সচেঞ্জ মেমব্রেন) এবং এইএম (অ্যানায়ন এক্সচেঞ্জ মেমব্রেন) বিশ্লেষণকারীদের ক্ষেত্রে, ডিআয়নাইজড জল ব্যবহার করা একেবারে অপরিহার্য যার প্রতিরোধ ক্ষমতা 1 MΩ·cm-এর বেশি, যদি আমরা ভবিষ্যতে মেমব্রেন দূষণ এবং অনুঘটকের ক্ষয়ক্ষতির মতো সমস্যা এড়াতে চাই। যখন এই সিস্টেমগুলি 50 পিপিবি-এর বেশি ধাতব আয়নযুক্ত জলের সংস্পর্শে আসে, তখন হিফাইন্ডার সদ্য যা জানিয়েছে তার মতে 15% থেকে 20% দক্ষতা হ্রাসের মধ্যে কোথাও উল্লেখযোগ্যভাবে কর্মক্ষমতা কমে যায়। কিন্তু ক্ষারীয় সিস্টেমের ক্ষেত্রে অবস্থা আলাদা। তারা পিইএম-এর চেয়ে 10 গুণ থেকে 100 গুণ বেশি দূষণ সহ্য করতে পারে কারণ তরল কেওএইচ তড়িৎবিশ্লেষ্য দূষণকারী পদার্থের বিরুদ্ধে ঢালের মতো কাজ করে। এটি জলের গুণমানের প্রয়োজনীয়তার ক্ষেত্রে তাদের অনেক বেশি সহনশীল করে তোলে।

দক্ষতার বিনিময়: পিইএম-এর কর্মক্ষমতা কি তার বিশুদ্ধতার প্রয়োজনীয়তা সঠিক করে তোলে?

পিইএম ইলেক্ট্রোলাইজারগুলো ৭৫ থেকে ৮০ শতাংশের বেশি কার্যকারিতা নিয়ে কাজ করে, যা আলক্যালাইন ইউনিটগুলোর তুলনায় প্রায় ৬০ থেকে ৭০ শতাংশ। কিন্তু এখানে একটা সমস্যা আছে কারণ এগুলো চালানোর খরচ অনেক বেশি যখন পানিকে চালানোর জন্য যথেষ্ট বিশুদ্ধ রাখতে হয়। মাত্র এক কিলোগ্রাম হাইড্রোজেন তৈরি করতে, পিইএম সিস্টেমগুলির জন্য ৯ থেকে ১২ লিটার ডাইওনিজড ওয়াটার প্রয়োজন। যা ঐতিহ্যগত ক্ষারীয় পদ্ধতিতে প্রয়োজন ৫ থেকে ৮ লিটারের তুলনায় অনেক বেশি। এবং যদি আমরা এই সত্যটি যোগ করি যে পিইএম প্রযুক্তি এই ব্যয়বহুল প্ল্যাটিনাম গ্রুপের অনুঘটকগুলির উপর নির্ভর করে, সামগ্রিক খরচ 25% থেকে 40% পর্যন্ত বেশি হতে পারে যা আলক্যালাইন সিস্টেমের সময়ের সাথে সাথে ব্যয় করবে। সুতরাং যদিও তারা প্রযুক্তিগতভাবে আরো দক্ষ, অতিরিক্ত খরচ সত্যিই কোন আর্থিক সুবিধা তারা অন্যথায় দিতে পারে খাওয়া।

দূষণকারী সংবেদনশীলতা এবং সিস্টেমের দীর্ঘায়ুতে মূল পার্থক্য

ক্ষারীয় ইলেক্ট্রোলাইজারগুলি বিনা বিশৃঙ্খলায় সব ধরনের অমেধ্যকে পরিচালনা করতে পারে, যেমন ক্লোরাইড, সালফেট, এমনকি সিলিকা যা সময়ের সাথে সাথে পিইএম ঝিল্লি ধ্বংস করে। ফলাফল কী? এই সিস্টেমগুলো বাস্তব বিশ্বের অবস্থার মধ্যে অনেক বেশি সময় ধরে থাকে। আমরা আলক্যালাইন মডেলের জন্য প্রায় ৬০ হাজার থেকে প্রায় ৯০ হাজার ঘন্টা পর্যন্ত অপারেশনাল লাইফটাইম নিয়ে কথা বলছি, যা বেশিরভাগ পিইএম ইউনিট তাদের সেরা সময়ে পরিচালনা করে (সাধারণত ৩০ থেকে ৪৫ হাজার ঘন্টা) এর প্রায় দ্বিগুণ। আলক্যালাইন প্রযুক্তির আরেকটি বড় সুবিধা হচ্ছে এর সহজ সরল নকশা। এই সরলতা মানে রক্ষণাবেক্ষণের কাজগুলোতে কম ঝামেলা এবং মেরামতের বিলগুলিও উল্লেখযোগ্যভাবে কমিয়ে দেয়, যা প্রায়ই বাজারে অন্যান্য বিকল্পের তুলনায় 35% থেকে অর্ধেক পর্যন্ত কমিয়ে দেয়।

জল সংকটপূর্ণ এবং প্রত্যন্ত অঞ্চলে ক্রমবর্ধমান প্রয়োগ

প্রবণতা বিশ্লেষণঃ সীমিত পরিমাণে মিষ্টি জলের বিশুদ্ধকরণ সহ এলাকায় গ্রহণ

যেসব জায়গায় পরিষ্কার জল চিকিৎসার সুবিধা হয় নেই বা চালানোর জন্য ব্যবহারযোগ্য নয়, সেখানে মানুষ ক্রমশ অ্যালকালাইন ইলেকট্রোলাইজারের দিকে ঝুঁকছে। এই সিস্টেমগুলি স্থানীয়ভাবে পাওয়া যেকোনো জলের উৎসের সাথে কাজ করতে পারে, তা নদীর জল হোক বা এমনকি সামান্য লবণাক্ত জল, বিশেষ কোনো প্রাক-প্রক্রিয়াকরণের প্রয়োজন ছাড়াই। এটি মূল জনবসতি থেকে দূরে হাইড্রোজেন উৎপাদন কেন্দ্র স্থাপনের জন্য এগুলিকে খুবই কার্যকর করে তোলে। 2023 এর একটি সদ্য পরীক্ষার উদাহরণ নিন। তারা নদীর কাঁচা জল ব্যবহার করেও প্রায় 92% দক্ষতার সাথে চালানো চালিয়ে যেতে পেরেছিল, যেখানে অনেক ধুলোবালি ভাসছিল এবং তাতে ঘনীভূত পদার্থের পরিমাণ প্রতি মিলিয়নে 15 ভাগের বেশি ছিল। সম্প্রতি এশিয়া প্যাসিফিক অঞ্চলে এই প্রবণতা আরও গতি পেয়েছে। অ্যালকালাইন সিস্টেমগুলি সাধারণ মানুষকে সুপার দামি সামরিক ধরনের জল ফিল্টারের পাশাপাশি আরেকটি বিকল্প প্রদান করে। আর একথা ভুললে চলবে না, ঐতিহ্যগত পদ্ধতির তুলনায় এই সেটআপগুলি জল প্রস্তুতির জন্য প্রয়োজনীয় শক্তির পরিমাণ প্রায় এক-তৃতীয়াংশ কমিয়ে দেয়।

স্থিতিশীলতার সুবিধা: ডিআয়নাইজড জলের উপর নির্ভরশীলতা হ্রাস

ক্যালসিয়াম (50 মিগ্রা/লি পর্যন্ত) এবং সিলিকা (20 মিগ্রা/লি পর্যন্ত) সহ্য করে, ক্ষারীয় বিদ্যুৎ বিশ্লেষণ উপকরণগুলি RO (রিভার্স অসমোসিস) বা আয়ন-বিনিময় ব্যবস্থার প্রয়োজন দূর করে, যা প্রতি ঘনমিটার পরিশোধিত জলে 2–4 কিলোওয়াট-ঘন্টা শক্তি খরচ করে। এটি উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে:

• প্রতি কিলোগ্রাম হাইড্রোজেন উৎপাদনের ক্ষেত্রে 18–22% পর্যন্ত কার্বন নি:সরণ
• পানি চিকিত্সা অবস্থার জন্য মূলধন ব্যয় $400,000–$740,000 (পনম্যান 2023)
• পরিশোধন ইউনিটগুলিতে মেমব্রেন ফাউলিং-এর কারণে রক্ষণাবেক্ষণের সময় বন্ধ

এই দক্ষতা UN এর সুস্থিতিশীল উন্নয়ন লক্ষ্য 6-এর সাথে সঙ্গতিপূর্ণ, বিশেষ করে শুষ্ক অঞ্চলগুলিতে যেখানে প্রাকৃতিকভাবে উপলব্ধ জলের 5%-এর কম শিল্প মানের বিশুদ্ধতা পূরণ করে, যা সবুজ হাইড্রোজেন সম্প্রসারণের জন্য ক্ষারীয় বিদ্যুৎ বিশ্লেষণকে একটি স্থিতিশীল পথ হিসাবে প্রতিষ্ঠিত করে।

FAQ

• অশুদ্ধ জলের ক্ষেত্রে ক্ষারীয় বিদ্যুৎ বিশ্লেষণ যন্ত্রগুলিকে কী আরও ভালো করে তোলে? ক্ষারীয় তড়িৎবিশ্লেষণ যন্ত্রগুলি হাইড্রোক্সাইড আয়ন ব্যবহার করে যা উচ্চ pH পরিবেশ তৈরি করে, এবং অম্লীয় দূষণকারী পদার্থগুলিকে নিরপেক্ষ করে। এই গঠনটি প্রাকৃতিকভাবে অশুদ্ধির বিরুদ্ধে প্রতিরোধ গড়ে তোলে, যা PEM তড়িৎবিশ্লেষণ যন্ত্রের বিপরীত যেখানে অনুঘটক বিষকরণ এবং অন্যান্য সমস্যা এড়ানোর জন্য অতি-বিশুদ্ধ জলের প্রয়োজন হয়।
• ক্ষারীয় তড়িৎবিশ্লেষণ যন্ত্রগুলি কীভাবে অশুদ্ধি নিয়ন্ত্রণ করে? তাদের তরল তড়িৎবিশ্লেষ্য একটি বাফারের মতো কাজ করে, ভারী ধাতুগুলিকে অদ্রাব্য হাইড্রোক্সাইড হিসাবে অধঃক্ষিপ্ত করে এবং নিলম্বিত কণাগুলি আটকে রাখে, যাতে চোঙ বা তড়িৎদ্বারের দূষণ রোধ হয়।
• দূরবর্তী ও জল-সংকটাপন্ন এলাকাগুলিতে কেন ক্ষারীয় ব্যবস্থাগুলি পছন্দ করা হয়? অন্যান্য ব্যবস্থাগুলির মতো ব্যাপক পূর্ব-প্রক্রিয়াকরণের প্রয়োজন ছাড়াই বিভিন্ন জলের উৎস ব্যবহার করে এগুলি কার্যকরভাবে কাজ করতে পারে, যা শুদ্ধ জলের সীমিত প্রবেশাধিকার সহ এলাকাগুলিতে বিকেন্দ্রীভূত হাইড্রোজেন উৎপাদনের জন্য আদর্শ করে তোলে।
• PEM-এর তুলনায় ক্ষারীয় তড়িৎবিশ্লেষণ যন্ত্রগুলির দক্ষতা এবং খরচের কী প্রভাব পড়ে? যদিও পিইএম সিস্টেমগুলি কিছুটা বেশি দক্ষ, তবুও ক্ষারীয় সিস্টেমগুলি আরও খরচ-কার্যকর কারণ এগুলি কম বিশুদ্ধ জলের প্রয়োজন হয়, কম খরচের অনুঘটক ব্যবহার করে এবং দীর্ঘতর স্থায়িত্ব বজায় রাখে, যা মোট পরিচালন খরচ হ্রাস করে।