ফুয়েল সেল উপকরণ বিজ্ঞানে অগ্রগতি

ফুয়েল সেল উপকরণের কার্যকারিতা বৃদ্ধিতে ন্যানোপ্রযুক্তির ভূমিকা

ন্যানোস্কেল ইঞ্জিনিয়ারিং পদ্ধতির ফলে ফুয়েল সেলের উপকরণগুলিতে বড় ধরনের উন্নতি হচ্ছে। যখন বিজ্ঞানীরা পারমাণবিক স্তরের গঠন নিয়ে কাজ করেন, তখন তারা মেমব্রেনগুলিতে আয়নিক পরিবাহিতা প্রায় 15% বৃদ্ধি করতে সক্ষম হয়েছেন এবং অনুঘটক স্তরগুলিকে আগে যা সম্ভব ছিল তার চেয়ে প্রায় 40% পাতলা করে তুলেছেন। 2024 সালে ফ্রাউনহফার IPT-এর সদ্য গবেষণায় আরও একটি আকর্ষক তথ্য উঠে এসেছে: বাইপোলার প্লেটে গ্রাফিন অক্সাইড যোগ করলে আন্তঃসীমান্ত রোধ প্রায় 27% কমে যায়। এটি গুরুত্বপূর্ণ কারণ এটি সিস্টেমের মধ্যে তাপের বন্টনে সাহায্য করে, যা সময়ের সাথে সাথে ফুয়েল সেলগুলির দক্ষতার সঙ্গে চলতে থাকার জন্য খুবই গুরুত্বপূর্ণ।

প্রোটন বিনিময় ঝিল্লি (PEMs)-এ উদ্ভাবন

সাম্প্রতিক হাইড্রোকার্বন-ভিত্তিক মেমব্রেনগুলি কার্যকারিতার ক্ষেত্রে পুরানো ফ্লুরিনযুক্ত পলিমার বিকল্পগুলির সমান গতিতে এগিয়ে চলেছে, কিন্তু এগুলি আরও কিছু অতিরিক্ত সুবিধা নিয়ে আসে। এই নতুন উপকরণগুলির রাসায়নিক স্থিতিশীলতা প্রায় তিন গুণ বেশি হয়, এমনকি এদের খরচ পূর্বসূরিদের তুলনায় প্রায় 30 শতাংশ কম। ক্রসলিঙ্কড সালফোনেটেড পলিমারগুলির উপর সাম্প্রতিক গবেষণা প্রোটন বিনিময় মেমব্রেন (PEMs)-কে অনেক বেশি দৃঢ় করে তুলেছে। এগুলি 120 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত তাপমাত্রা শুকিয়ে যাওয়া বা ভেঙে যাওয়া ছাড়াই সহ্য করতে পারে। 2021 সালে ScienceDirect-এ প্রকাশিত গবেষণা অনুযায়ী, কঠোর শিল্প কার্যক্রমের সময় এই উন্নতি উপকরণের ক্ষয়ক্ষতি প্রায় 60 শতাংশ কমিয়ে দেয়। এর অর্থ হল দীর্ঘস্থায়ী উপাদান এবং কঠোর পরিস্থিতিতে প্রতিদিন কাজ করা প্ল্যান্ট ম্যানেজারদের জন্য আরও নমনীয় পরিচালনার প্যারামিটার।

ঠোস-অক্সাইড জ্বালানি কোষ (SOFCs) এর জন্য উন্নত তড়িৎবিশ্লেষ্যের উন্নয়ন

প্রকৌশলী অক্সিজেন-আয়ন পথযুক্ত সিরামিক ন্যানোকম্পোজিট 650°C তাপমাত্রায় 1.2 S/cm আয়োনিক পরিবাহিতা অর্জন করে—যা আগেকার ইট্রিয়া-স্থিতিশীল জিরকোনিয়া (YSZ) এর চেয়ে 45% বেশি। এই উপকরণগুলিতে সুরক্ষামূলক আন্তঃসীমান্ত স্তর রয়েছে যা ক্রোমিয়াম দূষণকে 80% পর্যন্ত দমন করে, SOFC স্ট্যাকের আয়ু 50,000 ঘন্টার বেশি পর্যন্ত বাড়িয়ে তোলে। এই অগ্রগতি আরও টেকসই এবং দক্ষ উচ্চ তাপমাত্রার কার্যকারিতা সক্ষম করে।

ঐতিহ্যবাহী উপকরণগুলির স্থান ক্ষুদ্রাকৃত পাতলা ফিল্ম অনুঘটক

পারমাণবিক স্তর জমা পদ্ধতির মাধ্যমে তৈরি অনুঘটকগুলি 90% এর বেশি হারে প্লাটিনাম গ্রুপ ধাতু ব্যবহার করতে পারে, যা আমরা ঐতিহ্যবাহী গুঁড়ো-ভিত্তিক অনুঘটকগুলিতে প্রায় 30% দেখি তার চেয়ে অনেক ভাল। প্রকৃত উপকরণগুলির কথা বিবেচনা করলে, নিকেল আয়রন নাইট্রাইড পাতলা ফিল্মগুলিও আশার আলো দেখাচ্ছে। অক্সিজেন বিজারণ বিক্রিয়ার ক্ষেত্রে এগুলি দামি প্লাটিনামের মতোই কার্যকারিতা প্রদর্শন করে, তবুও উৎপাদনের খরচ মাত্র তার 2% এর মতো। আরও বেশি চমকপ্রদ হল এদের স্থিতিশীলতা, যা অম্লীয় পরিবেশে 1000 ঘন্টার বেশি সময় ধরে টিকে থাকে। এই অগ্রগতিগুলি দেখে মনে হচ্ছে যে এমন অনুঘটক ব্যবস্থা তৈরির দিকে প্রকৃত গতি তৈরি হচ্ছে যা আগে যা সম্ভব ছিল তার তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে কম খরচে অসাধারণ কার্যকারিতা প্রদান করতে পারে।

জ্বালানি কোষে উপকরণের চ্যালেঞ্জ: স্থায়িত্ব এবং পরিবাহিতার মধ্যে ভারসাম্য

ভালো তড়িৎ পরিবাহিতা এবং স্থায়ী যান্ত্রিক শক্তির মধ্যে সঠিক ভারসাম্য খুঁজে পাওয়া এখনও এই ক্ষেত্রের একটি বড় চ্যালেঞ্জ। উদাহরণস্বরূপ, ডোপ করা পেরোভস্কাইট ক্যাথোডগুলি 750 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় প্রায় 2.5 ওয়াট প্রতি বর্গ সেন্টিমিটার শক্তির ঘনত্ব অর্জন করতে পারে, কিন্তু এর একটি ত্রুটি আছে—এগুলি কম পরিবাহী উপকরণগুলির তুলনায় প্রায় 20 শতাংশ দ্রুত ক্ষয় হয়। তবে আশার আলো আছে—গত বছর প্রকাশিত একটি গবেষণায় গ্রেডিয়েন্ট ছিদ্রতা বিশিষ্ট ইলেকট্রোডগুলির বিষয়ে অধ্যয়ন করা হয়েছিল। ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, প্রকৌশলীরা যখন কম্পিউটার মডেল ব্যবহার করে ছিদ্রগুলি ডিজাইন করেন, তখন তাপীয় চাপে ক্ষতি প্রায় অর্ধেক পর্যন্ত কমিয়ে আনা যায়। এই ধরনের পদ্ধতি উপাদানগুলির ব্যর্থ হওয়ার আগে তাদের আয়ু বাড়াতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা রাখতে পারে।

খরচ-কার্যকর ফুয়েল সেলের জন্য অ-প্লাটিনাম অনুঘটকে বিপ্লব

ফুয়েল সেল সিস্টেমে খরচ কমাতে অ-প্লাটিনাম অনুঘটকের গুরুত্ব

প্লাটিনামের খরচ 2023 সালের আরগন ন্যাশনাল ল্যাবের গবেষণা অনুযায়ী ফুয়েল সেল স্ট্যাক তৈরি করতে যে খরচ হয় তার প্রায় 40% গঠন করে, এবং এই উচ্চ দাম প্রযুক্তির ব্যাপক গ্রহণযোগ্যতা রীতিমতো বাধা দিচ্ছে। লৌহ বা কোবাল্টের মতো আরও সাধারণ ধাতুতে রূপান্তর করলে এই প্রভাবকের খরচ 60 থেকে 75 শতাংশ পর্যন্ত কমে যেতে পারে, যা আসল বিদ্যুৎ উৎপাদনের ক্ষেত্রে খুব বেশি কিছু হারাবে না। উপকরণ বিজ্ঞানের জার্নালগুলিতে প্রকাশিত সদ্য গবেষণায় আরও কিছু আকর্ষক তথ্য পাওয়া গেছে: আজকের অ-মূল্যবান ধাতুর বিকল্পগুলি অক্সিজেন বিজারণ বিক্রিয়ার দক্ষতার ক্ষেত্রে প্লাটিনামের খুব কাছাকাছি পৌঁছে গেছে। আমরা 2018 সালের 63% এর তুলনায় আজ প্রায় 85% এর কথা বলছি। আগামী দশকের শেষের মধ্যে মোট সিস্টেমের দাম প্রতি কিলোওয়াট 80 ডলারের নিচে নামানোর লক্ষ্যে যা কাঙ্ক্ষিত, এই ধরনের অগ্রগতি তার সঙ্গে মিলে যায়, যা মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের শক্তি বিভাগ আশা করছে।

ট্রানজিশন মেটাল-ভিত্তিক প্রভাবকে সদ্য অগ্রগতি

পাইরোলাইসিস পদ্ধতির মাধ্যমে তৈরি আধুনিক আয়রন-নাইট্রোজেন-কার্বন (Fe-N-C) অনুঘটকগুলি প্রকৃতপক্ষে গবেষণাগার পরীক্ষায় অক্সিজেন হ্রাস বিক্রিয়া (ORR) কার্যকারিতা নিয়ে প্ল্যাটিনামের সাথে প্রতিযোগিতা করতে পারে। 2023 সালে ডেঙ্গের দল খুঁজে পেয়েছে যে কার্বন ন্যানোফাইবারে কোবাল্ট যোগ করলে এমন 3D গঠন তৈরি হয় যা আগের সংস্করণগুলির তুলনায় বিক্রিয়ার গতি প্রায় 42% বাড়িয়ে তোলে। এটি বেশ গুরুত্বপূর্ণ কারণ রূপান্তর ধাতুগুলির একটি প্রধান সমস্যা হল যে তারা পুনরাবৃত্ত ব্যবহারের চক্রের অধীনে কত দ্রুত ভেঙে যায়। এই নতুন উপকরণগুলিকে আলাদা করে তোলে তাদের পরিবর্তনশীল পরিস্থিতিতে স্থিতিশীলতা বজায় রাখার ক্ষমতা, যা প্রকৃত প্রয়োগের ক্ষেত্রে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ যেখানে সরঞ্জামগুলি ধ্রুবক চাপ এবং তাপমাত্রার ওঠানামার মুখোমুখি হয়।

কার্যকারিতা তুলনা: প্ল্যাটিনাম বনাম ন্যানোস্ট্রাকচারযুক্ত পাতলা ফিল্ম অনুঘটক

ন্যানোস্ট্রাকচারিং করার ফলে কার্যকারিতার পার্থক্য কমে আসলেও, বড় পায়তায় ব্যবহারের জন্য টেকসইতা এখনও প্রধান বাধা।

বাণিজ্যিক জ্বালানি কোষগুলিতে মূল্যবান ধাতু ছাড়া অন্যান্য অ-মূল্যবান ধাতুর উৎপ্রেরকগুলির স্কেলযোগ্যতার চ্যালেঞ্জ

উন্নত অ-মূল্যবান উৎপ্রেরক উৎপাদনের জন্য সঠিক পাইরোলিসিস শর্ত (900–1100°C) প্রয়োজন, যা ভর উৎপাদনকে জটিল করে তোলে। 2024 এর একটি DOE প্রতিবেদনে দেখা গেছে যে প্রোটোটাইপ ট্রানজিশন মেটাল ফুয়েল সেলগুলি 5,000 ঘন্টার পরে প্রাথমিক দক্ষতার 37% হারায়, যেখানে প্লাটিনাম-ভিত্তিক সিস্টেমগুলিতে কেবল 15% ক্ষয় হয়। এই ফাঁক পূরণের জন্য স্কেলযোগ্য সংশ্লেষণ কৌশল এবং দৃঢ় ইলেক্ট্রোড একীভূতকরণ পদ্ধতিতে সমান্তরাল অগ্রগতির প্রয়োজন।

প্রোটন বিনিময় ঝিল্লি এবং কঠিন-অক্সাইড জ্বালানি কোষগুলিতে নকশার বিবর্তন

পরিবহন প্রয়োগের জন্য নিম্ন-তাপমাত্রার PEMFC-এর প্রবণতা

প্রোটন বিনিময় ঝিল্লি জ্বালানি কোষ, যা সাধারণত PEMFCs নামে পরিচিত, 80 ডিগ্রি সেলসিয়াসের নিচে তাপমাত্রা নেমে গেলেও খুব ভালোভাবে কাজ করে। এই কারণে সদ্য গাড়ি উৎপাদনকারীরা যানবাহনের জন্য এগুলি ব্যবহার করতে আগ্রহী হয়েছে। বর্তমানে এই জ্বালানি কোষগুলির শীতল অবস্থা থেকে চালু হওয়ার ক্ষমতা এবং পুনরাবৃত্ত হিমায়ন ও তাপন চক্রের পরে কী ঘটে তা নিয়ে গবেষণা চলছে। গত বছরের কিছু গবেষণা ইঙ্গিত দিয়েছিল যে ঝিল্লি ইলেকট্রোড অ্যাসেম্বলির ডিজাইনে উন্নতি আনলে খুব শীতল অবস্থায় দক্ষতা প্রায় 40% বৃদ্ধি করা সম্ভব। এদিকে, বর্তমানে অনেক প্রোটোটাইপ পিইএমএফসি প্রযুক্তির সঙ্গে ঐতিহ্যবাহী লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি প্যাক মিশ্রিত করছে। এই সমন্বয়ের ফলে পরীক্ষামূলক হাইড্রোজেন গাড়িগুলি পুনঃপূরণের মধ্যে প্রায় 450 মাইল দূরত্ব অতিক্রম করতে পারে, যা সাধারণভাবে বৈদ্যুতিক যানবাহন সম্পর্কে সম্ভাব্য ক্রেতাদের একটি বড় উদ্বেগ দূর করতে বহুদূর এগিয়ে যায়।

পাতলা, আরও টেকসই ঝিল্লি যা উচ্চতর শক্তি ঘনত্ব সক্ষম করে

সালফোনেটেড পলি(ইথার ইথার কিটোন), বা SPEEK মেমব্রেনগুলি এখন শিল্প জগতে তরঙ্গ তৈরি করছে। গত বছরের ScienceDirect গবেষণা অনুযায়ী, এই উপকরণগুলি 2020 সালে উপলব্ধ মাঝারি পুরুত্বের চেয়ে মাত্র অর্ধেক পুরুত্বে প্রায় 30 শতাংশ ভালো প্রোটন পরিবাহিতা প্রদান করে। যা আসলে চমকপ্রদ তা হল গাড়ির প্রয়োগে হাজার ঘন্টা ধরে এদের স্থিতিশীলতা—8,000-এর বেশি লোড চক্র সহ্য করা সত্ত্বেও এগুলি ভেঙে যায় না। এছাড়া, এগুলি হাইড্রোজেন ক্রসঅভার সমস্যা প্রায় 22% কমিয়ে দেয়, যার ফলে চালানোর সময় কম সমস্যা হয়। গ্রাফিন অক্সাইড দিয়ে শক্তিশালী করা সাম্প্রতিক সংস্করণগুলি আরও বেশি আশাব্যঞ্জক, যা প্রতি বর্গ সেন্টিমিটারে 4.2 ওয়াট পর্যন্ত পাওয়ার ঘনত্ব অর্জন করতে পারে। এটি ঐতিহ্যবাহী মেমব্রেনগুলির তুলনায় বেশ উল্লেখযোগ্য এগিয়ে যাওয়া হবে, যা উৎপাদনকারীদের জন্য দক্ষতা বৃদ্ধির দৃষ্টিকোণ থেকে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ কর্মক্ষমতার মেট্রিক্সে প্রায় 65% উন্নতি নির্দেশ করে।

PEMFC ডিজাইনে জল ব্যবস্থাপনা এবং গ্যাস বিস্তার স্তরগুলির অনুকূলকরণ

সামপ্রতিক বাইপোলার প্লেটগুলিতে এখন 3D মুদ্রিত মাইক্রোফ্লুইডিক চ্যানেল অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে যা জল বন্যার সমস্যা প্রায় অর্ধেক হ্রাস করে এবং পৃষ্ঠের উপর দিয়ে অক্সিজেন সমানভাবে ছড়িয়ে দিতে সাহায্য করে। গত বছর প্রকাশিত একটি গবেষণায় গবেষকরা দেখতে পান যে, যখন জৈব-অনুকরণী ফ্র্যাকটাল প্রবাহ ক্ষেত্র ব্যবহার করা হয়, তখন প্রতি বর্গ সেন্টিমিটারে 2 অ্যাম্পিয়ার ঘনত্বে ভোল্টেজ আউটপুট প্রায় 15 শতাংশ বৃদ্ধি পায়। কার্বন ন্যানোটিউব ফেল্ট থেকে তৈরি গ্যাস বিস্তার স্তরগুলিও চমৎকার বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে - এতে গ্যাস চলাচলের জন্য প্রায় 90% খোলা জায়গা থাকে এবং তলের বরাবর বিদ্যুৎ পরিবহনের হার 0.5 সিমেন্স প্রতি সেন্টিমিটার। এই বৈশিষ্ট্যগুলি সিস্টেমের মধ্যে ইলেকট্রনগুলির কার্যকর চলাচল এবং উপযুক্ত গ্যাস পরিবহনের মধ্যে একটি ভালো ভারসাম্য তৈরি করে।

SOFC সিরামিক তড়িৎবিশ্লেষ্য এবং অ্যানোডে উপকরণের উদ্ভাবন

আজকের কঠিন অক্সাইড জ্বালানি কোষগুলি প্রায়শই গ্যাডোলিনিয়াম-ডোপ করা সেরিয়া তড়িৎদ্বারগুলিকে LSCF ক্যাথোডের সাথে একত্রিত করে, যা আমরা আগে উল্লেখ করেছিলাম, যা তাদের 650 ডিগ্রি সেলসিয়াসের কাছাকাছি স্থিতিশীলভাবে চালানোর অনুমতি দেয়। এটি আসলে বেশ চমৎকার যেহেতু 2019 সালের পুরানো মডেলগুলি ঠিকঠাক কাজ করার জন্য প্রায় 200 ডিগ্রি উচ্চতর তাপমাত্রার প্রয়োজন হত। অ্যানোড প্রান্তের দিকে তাকালে, গবেষকরা 50 ন্যানোমিটারের ক্ষুদ্র ছিদ্রযুক্ত Ni-YSZ কম্পোজিট তৈরি করেছেন যা বেশ ভালো পাওয়ার আউটপুটও দেয়। গত বছরের ScienceDirect অনুযায়ী, মিথেন জ্বালানিতে চালানোর সময় তারা মাত্র 0.7 ভোল্টে প্রতি বর্গ সেন্টিমিটারে 1.2 ওয়াট অর্জন করতে সক্ষম হয়েছিল। বেশিরভাগ মানুষ এখনও মনে করে যে হাইড্রোকার্বনগুলি জ্বালানি কোষের জন্য ভালো নয়, তার বিবেচনায় এটি বেশ ভালো ফলাফল।

ন্যানো-আয়নিক্সের মাধ্যমে SOFC পরিচালনার তাপমাত্রা হ্রাস

SOFC ইলেকট্রোডে ন্যানো-আয়নিক কন্ডাক্টর কোটিং প্রয়োগ করলে ইন্টারফেসিয়াল রেজিস্ট্যান্স প্রায় 60 শতাংশ কমে যায়। এটি এই ধরনের সিস্টেমকে মাত্র 550 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় কার্যকরভাবে চালানোর অনুমতি দেয়, যদিও এটি প্রায় 95% জ্বালানি ব্যবহারের হার অর্জন করে। গবেষকদের অনুসন্ধানে দেখা গেছে যে পরমাণু স্তর জমাট প্রযুক্তি ব্যবহার করে তৈরি স্ক্যানডিয়া-স্থিতিশীল জিরকোনিয়া (ScSZ) পাতলা ফিল্ম 500°C তাপমাত্রায় 0.1 S/cm আয়নিক পরিবাহিতা অর্জন করতে পারে। MDPI-এর 2023 সালের সদ্য প্রকাশিত গবেষণা অনুযায়ী, এটি YSZ-এর 800°C এর মতো উচ্চ তাপমাত্রায় প্রদত্ত পরিমাণের সমতুল্য। এমন উন্নয়নের ফলে স্টার্টআপ প্রক্রিয়া দ্রুত হয় এবং সময়ের সাথে সাথে তাপমাত্রা পরিবর্তন ভালভাবে নিয়ন্ত্রণ করা যায়। বিমান ও ভারী পরিবহন যানবাহনে সহায়ক শক্তি এককগুলির উপর নির্ভরশীল শিল্পগুলির জন্য, এই উন্নতিগুলি আরও দক্ষ শক্তি সমাধানের দিকে উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি নির্দেশ করে।

ফুয়েল সেল সিস্টেম ইন্টিগ্রেশন এবং বাস্তব অ্যাপ্লিকেশন

ফুয়েল সেল স্ট্যাকিং-এ তাপীয় ও বৈদ্যুতিক সমরূপতা বজায় রাখা

যখন স্ট্যাকের স্তরগুলির মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য 15 ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি হয়, তখন গত বছরের ScienceDirect-এর গবেষণা অনুযায়ী দক্ষতা 12 থেকে 18 শতাংশ পর্যন্ত কমে যায়। এই কারণে সমগ্র সিস্টেমে তাপমাত্রা ধ্রুব রাখা এতটা গুরুত্বপূর্ণ। আধুনিক শীতলীকরণ সমাধানগুলি এখন মাইক্রোচ্যানেল প্লেটগুলির পাশাপাশি স্মার্ট তাপীয় ভবিষ্যদ্বাণী সফটওয়্যার একত্রিত করা শুরু করেছে, যা 100টির বেশি আলাদা কোষ সম্বলিত স্ট্যাকের ক্ষেত্রেও প্রায় 92% স্থিতিশীল ভোল্টেজ নিশ্চিত করে। এই উন্নতিগুলি ছোট ছোট অ্যাপ্লিকেশনের বাইরে জ্বালানি কোষ প্রযুক্তি প্রসারিত করার দরজা খুলে দেয়। অবিরত শক্তির প্রয়োজন হয় এমন বড় জাহাজ এবং নিরবচ্ছিন্নভাবে নির্ভরযোগ্য শক্তির উৎসের প্রয়োজন হয় এমন ভারী উৎপাদন সরঞ্জামের মতো ক্ষেত্রগুলিতে আমরা বাস্তব সম্ভাবনা দেখতে পাচ্ছি।

দক্ষ স্টেশনারি পাওয়ার জেনারেশনের জন্য হাইব্রিড SOFC-টারবাইন সিস্টেম

যখন কঠিন অক্সাইড জ্বালানি কোষগুলি গ্যাস টারবাইনের সাথে যুক্ত হয়, তখন তারা প্রায় 68 থেকে 72 শতাংশ পর্যন্ত বৈদ্যুতিক দক্ষতা বৃদ্ধি করে। এটি এককভাবে কাজ করা সাধারণ টারবাইনগুলির তুলনায় প্রায় 30% ভালো। এখানে চালাকি হল টারবাইনের নিষ্কাশন থেকে উৎপন্ন সমস্ত অপচয় তাপ নিয়ে SOFC ক্যাথোডে ফিরিয়ে দেওয়া, যা এই হাইব্রিড সেটআপগুলিকে ব্যবহারযোগ্য শক্তির প্রতিটি অংশ আত্মসাৎ করতে সাহায্য করে। বাস্তব পরীক্ষায় একটি বিষয় বেশ চমকপ্রদ দেখা গেছে। সম্মিলিত তাপ ও বিদ্যুৎ উৎপাদন ব্যবস্থা কার্বন নিঃসরণ উল্লেখযোগ্যভাবে কমিয়ে দেয়। প্রতি মেগাওয়াট উৎপাদিত বিদ্যুতের জন্য, ঐতিহ্যবাহী জেনারেটরগুলির তুলনায় এই CHP ব্যবস্থাগুলি বার্ষিক নিঃসরণ প্রায় 8.2 মেট্রিক টন কমিয়ে দেয়। যেহেতু আধুনিক বিদ্যুৎ জালের জন্য গ্রিনহাউস গ্যাস হ্রাস করা কতটা গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠেছে, তাই আমাদের বিদ্যুৎ নেটওয়ার্ককে আরও পরিষ্কার ও দক্ষ করে তোলার প্রচেষ্টায় এই ধরনের হাইব্রিড প্রযুক্তিগুলি আসল গেম চেঞ্জারের মতো দেখা যাচ্ছে।

পরিবহন এবং শিল্প নিঃসরণ হ্রাসে জ্বালানি কোষের প্রয়োগ

জ্বালানি কোষগুলি আর শুধুমাত্র গাড়িতে দেখা যাচ্ছে না। গত বছরের ScienceDirect এর মতে, সদ্য উৎপাদিত ফোর্কলিফটের প্রায় 45 শতাংশ এবং আঞ্চলিক ট্রেনগুলির প্রায় এক-পঞ্চমাংশ ঐতিহ্যবাহী জ্বালানির পরিবর্তে হাইড্রোজেনে চালানোর জন্য রূপান্তরিত হয়েছে। তবে আসল খেলা পরিবর্তন ঘটছে সেইসব কঠিন খাতগুলিতে যেখানে কার্বন হ্রাস করা খুবই চ্যালেঞ্জিং। বিশ্বজুড়ে সিমেন্ট কারখানা এবং ইস্পাত কারখানাগুলি তাদের পুরানো কয়লা জ্বালানো ব্যবস্থার পরিবর্তে বৃহৎ জ্বালানি কোষ স্থাপনের পরীক্ষা শুরু করছে। কিছু প্রাথমিক ফলাফল দেখায় যে এই নতুন ব্যবস্থাগুলি উৎপাদনের সময় প্রায় দশটির মধ্যে নয়টি একক নিঃসরণ কমাতে পারে। এটি বিশেষভাবে আকর্ষক কারণ এই জ্বালানি কোষ ব্যবস্থাগুলি অবস্থা কঠিন হয়ে উঠলেও নির্ভরযোগ্যভাবে কাজ করে চলে, যা ঠিক তাই যা উৎপাদনশীলতা কমানো ছাড়া তাদের পরিবেশগত প্রভাব কমানোর চেষ্টা করছে এমন উৎপাদকদের প্রয়োজন।

ভবিষ্যতের পরিদৃশ্য: উদ্ভাবন এবং বাজার গ্রহণের মধ্যে সেতুবন্ধন

জ্বালানি কোষের উপকরণ এবং কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা-চালিত আবিষ্কারে বৈশ্বিক R&D প্রবণতা

ক্লিন এনার্জি ট্রেন্ডস ২০২৪ প্রতিবেদন অনুযায়ী, ফুয়েল সেল প্রযুক্তির গবেষণার জন্য বিশ্ব প্রতি বছর 7.2 বিলিয়ন ডলারের বেশি খরচ করে। তবে আসলে যা আকর্ষণীয় তা হল মেশিন লার্নিং কতটা দ্রুত জিনিসগুলি পরিবর্তন করছে। কিছু গবেষণায় দেখা গেছে যে এটি আগের চেয়ে তিন থেকে চার গুণ বেগে উপাদান আবিষ্কারের গতি বাড়িয়ে দিচ্ছে। এর মানে হল বিজ্ঞানীরা আগের চেয়ে অনেক দ্রুত স্থিতিশীল অনুঘটক এবং শক্তিশালী তড়িৎবিশ্লেষ্য খুঁজে পাচ্ছেন। কম্পিউটেশনাল মডেলগুলিও বড় প্রভাব ফেলেছে, যা আগে বছরের পর বছর ধরে নেওয়া কাজ এখন মাত্র কয়েক মাসে সম্পন্ন করে। সলিড অক্সাইড ফুয়েল সেল-এর উদাহরণ নিন। কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তার সাহায্যে, এই সিস্টেমগুলি এখন 650 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় প্রায় 92% দক্ষতা অর্জন করে, যা আগের সাধারণ তাপমাত্রার চেয়ে 150 ডিগ্রি কম। ব্যবহারিক প্রয়োগের জন্য এই ধরনের উন্নতি অনেক বেশি গুরুত্বপূর্ণ।

প্রধান বাধা: খরচ, স্থায়িত্ব এবং হাইড্রোজেন অবকাঠামোর ঘাটতি

উদ্ভাবন দ্রুত ঘটছে, কিন্তু এই প্রযুক্তিগুলি বাজারে পৌঁছানো এখনও কঠিন। প্লাটিনাম-মুক্ত অনুঘটকগুলির সমস্যা কী? আসল প্রোটন বিনিময় ঝিল্লি জ্বালানি কোষগুলিতে তাদের কার্যকারিতা পরীক্ষা করলে সেগুলি সাধারণত মূল্যবান ধাতু দিয়ে তৈরি অনুঘটকগুলির তুলনায় প্রায় 40 শতাংশ দ্রুত ক্ষয় হয়ে যায়। তারপরে হাইড্রোজেন দক্ষতার সাথে উৎপাদন এবং সঞ্চয় করার পুরো বিষয়টিই রয়েছে, যা বর্তমানে মোট খরচের 18 থেকে 22 শতাংশ পর্যন্ত বৃদ্ধি করে। অবস্থার চেয়ে আরও পিছিয়ে রয়েছে অবস্থার অবকাঠামো। যতগুলি হাইড্রোজেন রিফিউয়েলিং স্টেশন পরিকল্পনা করা হয়েছে তার মধ্যে মাত্র সাত শতাংশ প্রকৃতপক্ষে ট্রাক এবং অন্যান্য ভারী যানবাহনের জন্য প্রয়োজনীয় 700 বার সংকোচনের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে। আর নিয়ন্ত্রণের বিষয়টি তো আরও বাদ দিলাম। বর্তমানে, গোটা বিশ্বে মাত্র চৌদ্দটি দেশ জ্বালানি কোষগুলি প্রমাণীকরণের জন্য ধারাবাহিক মান তৈরি করতে সক্ষম হয়েছে, যা বাকি বাজারগুলিকে খুঁটি খুঁটি করে ভাগ করে দেয় এবং দেশ থেকে দেশে ভিন্ন প্রয়োজনীয়তা নিয়ে চলার চেষ্টা করা উৎপাদনকারীদের জন্য বিভ্রান্তিকর করে তোলে।

ল্যাব থেকে বাজার: বাণিজ্যিক ব্যবহারের জন্য জ্বালানি কোষ উদ্ভাবনগুলি সম্প্রসারণ

পাইলট প্রকল্প এবং সম্পূর্ণ উৎপাদনের মধ্যে ব্যবধান কমাতে হলে আকারে উৎপাদনের উপায় খুঁজে পাওয়া সত্যিই গুরুত্বপূর্ণ। বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশনের জন্য প্রয়োজনীয় ক্ষুদ্র ন্যানোস্ট্রাকচারযুক্ত অনুঘটকগুলি তৈরি করার জন্য এখন প্রায়শই পরমাণু স্তর জমা (Atomic Layer Deposition), বা ALD-এর উপর গুরুত্বপূর্ণ মনোযোগ দেওয়া হচ্ছে। সৌর প্যানেলের জন্য প্রথমে তৈরি করা রোল-টু-রোল মেমব্রেন প্রক্রিয়াকরণ পদ্ধতি ফুয়েল সেল উৎপাদনে প্রয়োগ করলে খরচ প্রায় 33 শতাংশ কমে যায়। গাড়ি নির্মাতাদের সঙ্গে জাতীয় গবেষণাগারগুলির ঘনিষ্ঠ সহযোগিতা অবশ্যই এই ক্ষেত্রে গতি বাড়িয়েছে। তাদের যৌথ প্রচেষ্টার ফলে আমরা এখন প্রোটন বিনিময় মেমব্রেন ফুয়েল সেলের নতুন ডিজাইন দেখতে পাচ্ছি যা প্রতিস্থাপনের আগে প্রায় 25,000 ঘন্টা স্থায়ী হয়। এটি 2020-এর সংস্করণগুলির তুলনায় বেশ উন্নত, যা মাত্র প্রায় 14,900 ঘন্টা স্থায়ী হত। এত দ্রুত এই ধরনের অগ্রগতি ঘটায় এই উন্নত প্রযুক্তিগুলি বাজারে আনা আর শুধু সম্ভব হওয়ার বিষয় নয়, বরং ক্রমাগত বাস্তবসম্মত হয়ে উঠছে।

FAQ

জ্বালানি কোষে ন্যানোপ্রযুক্তি ব্যবহারের সুবিধাগুলি কী কী?

ন্যানোপ্রযুক্তি আয়নিক পরিবাহিতা উন্নত করে, ইন্টারফেসিয়াল রোধ কমিয়ে এবং পাতলা অনুঘটক স্তর তৈরি করার সুযোগ দেওয়ার মাধ্যমে জ্বালানি কোষের উপকরণগুলির উন্নতি ঘটায়, ফলে তাপ বন্টন এবং সামগ্রিক কর্মক্ষমতা আরও দক্ষ হয়।

অ-প্লাটিনাম অনুঘটকগুলি কীভাবে জ্বালানি কোষের খরচ কমায়?

লোহা বা কোবাল্ট ভিত্তিক অ-প্লাটিনাম অনুঘটকগুলি অক্সিজেন বিজারণ বিক্রিয়ায় তুলনামূলক কর্মক্ষমতা বজায় রেখে অনুঘটকের খরচ সর্বোচ্চ 75% পর্যন্ত কমিয়ে জ্বালানি কোষের খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে কমায়।

জ্বালানি কোষ প্রযুক্তি সম্প্রসারণের প্রধান চ্যালেঞ্জগুলি কী কী?

প্রধান চ্যালেঞ্জগুলির মধ্যে রয়েছে উপকরণের খরচ এবং স্থায়িত্ব, দক্ষ হাইড্রোজেন অবকাঠামোর অভাব এবং বাণিজ্যিক জ্বালানি কোষ প্রয়োগের জন্য সামগ্রিক বৈশ্বিক মান এবং স্কেলযোগ্য উৎপাদন প্রক্রিয়ার প্রয়োজনীয়তা।

হাইব্রিড SOFC-টার্বাইন সিস্টেমগুলি কীভাবে দক্ষতা উন্নত করে?

হাইব্রিড SOFC-টারবাইন সিস্টেমগুলি টারবাইন নির্গমন থেকে অবশিষ্ট তাপ ব্যবহার করে বৈদ্যুতিক কর্মদক্ষতা বৃদ্ধি করে, 72% দক্ষতা অর্জন করে, যা ঐতিহ্যবাহী টারবাইনের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি।

জ্বালানি কোষ গবেষণায় AI-এর ভূমিকা কী?

AI স্থিতিশীল অনুঘটক এবং তড়িৎবিশ্লেষ্যগুলি খুঁজে পাওয়ার জন্য প্রয়োজনীয় সময় হ্রাস করে উপাদান আবিষ্কার এবং উন্নয়নকে ত্বরান্বিত করে, চূড়ান্তভাবে ব্যবহারিক জ্বালানি কোষ অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে দক্ষতা এবং কর্মদক্ষতা উন্নত করে।