মেটাল হাইড্রাইড সিলিন্ডার কীভাবে হাইড্রোজেন-চালিত স্কুটারগুলিকে সক্ষম করে

মেটাল হাইড্রাইড খাদগুলি ব্যবহার করে হাইড্রোজেন সঞ্চয়ের নীতি

ম্যাগনেসিয়াম নিকেল মিশ্রণ বা ল্যানথানাম যৌগযুক্ত ধাতু সংকরের মতো বিশেষ খাদের সাথে গ্যাসকে রাসায়নিকভাবে আবদ্ধ করে ধাতব হাইড্রাইড সিলিন্ডারে হাইড্রোজেন সঞ্চয় করা হয়। প্রায় 10 থেকে 30 বার চাপের মধ্যে এই উপকরণগুলি তাদের ক্রিস্টাল কাঠামোতে হাইড্রোজেনকে টেনে নেয়। ফলাফল? 500 বার চাপে কাজ করা ঐতিহ্যবাহী সংকুচিত গ্যাস ট্যাঙ্কের তুলনায় প্রায় দুই থেকে তিন গুণ বেশি সঞ্চয় ক্ষমতা। বিশেষ করে শহুরে স্কুটারের ক্ষেত্রে, এর অর্থ হল এটি ব্যবহারযোগ্য পরিমাণ হাইড্রোজেন ধারণ করতে পারে যাতে সাধারণত প্রয়োজনীয় ভারী, আকারে বড় চাপযুক্ত পাত্রের প্রয়োজন হয় না। ওজন এবং প্রাপ্য জায়গা সর্বদা বড় চিন্তার বিষয় হওয়ায় কমপ্যাক্ট যানবাহনের কথা ভাবলে এটি সম্পূর্ণ যুক্তিযুক্ত।

শহুরে দু-চাকার যানের জন্য ধাতব হাইড্রাইড সিলিন্ডারের সুবিধা

গ্রহণযোগ্যতা বাড়ানোর জন্য প্রধান সুবিধাগুলি হল:

• নিরাপত্তা : ঐতিহ্যবাহী হাইড্রোজেন ট্যাঙ্কের চাপের মাত্র 15% চাপে কাজ করার ফলে বিস্ফোরণের ঝুঁকি উল্লেখযোগ্যভাবে কমে (এনার্জি স্টোরেজ সেফটি রিপোর্ট 2023)
• স্থান সাশ্রয়িতা : সমতুল্য পরিসরের জন্য কম্পোজিট ট্যাঙ্কের তুলনায় 50% ছোট ফুটপ্রিন্ট প্রয়োজন
• স্থায়িত্ব : 5% -এর কম ক্ষমতা হ্রাস নিয়ে 8,000 এর বেশি চার্জ চক্র সহ্য করে—লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির চেয়ে উত্তম কর্মদক্ষতা

এই বৈশিষ্ট্যগুলি ডেলিভারি ফ্লিট এবং শেয়ারড মোবিলিটি সেবাগুলির জন্য বিশেষভাবে মূল্যবান, যেখানে ডাউনটাইম এবং অবস্থাপনা খরচ কমানো অপরিহার্য।

কেস স্টাডি: বাণিজ্যিক ই-স্কুটার প্রোটোটাইপে বাস্তব বিশ্বের একীভূতকরণ

সম্প্রতি কিছু ইউরোপীয় কোম্পানি তাদের স্কুটারগুলিতে 1.2 কেজি ধাতব হাইড্রাইড ট্যাঙ্ক লাগিয়ে পরীক্ষা করেছে। তারা কী খুঁজে পেয়েছে? এই স্কুটারগুলি একটি ট্যাঙ্কে প্রায় 180 কিলোমিটার যেতে পারে—বর্তমানে বাজারে থাকা সাধারণ ব্যাটারি চালিত স্কুটারগুলির তুলনায় প্রায় 40% ভালো। আর এখানে একটি আকর্ষক তথ্য: শহরজুড়ে ছড়িয়ে থাকা কম চাপের হাইড্রোজেন স্টেশনগুলিতে মাত্র প্রায় 12 মিনিটে ট্যাঙ্কটি পূর্ণ করা যায়। যেসব ঘনবসতিপূর্ণ শহুরে এলাকায় চার্জিং স্পট খুঁজে পাওয়া মাঝে মাঝে দুঃস্বপ্নের মতো, সেখানকার মানুষদের জন্য এটি বেশ যুক্তিযুক্ত। তাছাড়া, গরমের মাসগুলিতে চালানো পরীক্ষাগুলিও অভূতপূর্ব ফলাফল দেখিয়েছে। তাপমাত্রা যতই বাড়ুক না কেন, উত্তরণ অঞ্চলগুলিতে এই সিস্টেমগুলি প্রায় 98% থার্মাল স্থিতিশীলতা বজায় রেখেছে, যার মানে এগুলি নির্ভরযোগ্যভাবে কাজ করে।

ধাতব হাইড্রাইড খাদের উপাদান বিজ্ঞান এবং কর্মদক্ষতা

প্রধান বৈশিষ্ট্য: শোষণ ক্ষমতা, উল্টানো যাওয়ার গুণ এবং স্থিতিশীলতা

আন্তর্জাতিক শক্তি সংস্থার 2023 সালের প্রতিবেদন অনুযায়ী, ধাতব হাইড্রাইড খাদগুলিতে হাইড্রোজেন সঞ্চয় সাধারণত রাসায়নিক অধিশোষণ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে ঘটে, যা ওজনের হিসাবে 1.2 থেকে 3.5 শতাংশ পর্যন্ত সঞ্চয় ক্ষমতা অর্জন করে। এই প্রক্রিয়াটিকে উল্টানোর ক্ষমতা অর্থ হল যখন প্রয়োজন হয় তখন হাইড্রোজেনকে কার্যকরভাবে মুক্ত করা যায়, যা বৈদ্যুতিক স্কুটারগুলিকে তাদের ক্রমাগত চলাকালীন সময়ের জন্য স্থিরভাবে চালিত রাখতে খুবই গুরুত্বপূর্ণ। যখন আমরা ন্যানোস্ট্রাকচারযুক্ত উপকরণগুলির দিকে তাকাই, যেমন ম্যাগনেসিয়াম নিকেল খাদ, তখন দেখা যায় যে সময়ের সাথে সাথে এগুলি আরও ভালো কর্মদক্ষতা দেখায়। বর্তমান বাজারে পাওয়া সাধারণ সংস্করণগুলির তুলনায় এই উন্নত গঠন উপকরণের ক্ষয়কে প্রায় এক তৃতীয়াংশ পর্যন্ত কমিয়ে দেয়। দিনের পর দিন ব্যস্ত শহরের রাস্তাগুলি দিয়ে চালানোর সময় যে সমস্ত যন্ত্র ক্রমাগত ঘর্ষণ ও ক্ষয়ের সম্মুখীন হয়, তাদের জন্য এই ধরনের স্থায়িত্ব খুবই গুরুত্বপূর্ণ।

কার্যকরী অবস্থার অধীনে তাপগতীয় এবং গতিবিদ্যার আচরণ

বিভিন্ন ধাতুর সংকরের জন্য তাপমাত্রা এবং চাপের ভারসাম্য কীভাবে হয়, তার উপরই হাইড্রোজেন নির্গত হওয়ার পদ্ধতি নির্ভর করে। প্রায় 25 ডিগ্রি সেলসিয়াস থেকে প্রায় 60 ডিগ্রি পর্যন্ত স্কুটারের সাধারণ চলার তাপমাত্রা বিবেচনা করলে, ল্যানথানাম-ভিত্তিক উপকরণগুলি প্রায় 0.8 গ্রাম/সেকেন্ড হাইড্রোজেন ছাড়ার ক্ষেত্রে সবচেয়ে ভালো কাজ করে, আর উত্তপ্ত হলেও এদের স্থিতিশীলতা হারায় না। দক্ষ প্রকৌশলীরা এই ধাতব মিশ্রণগুলি এমনভাবে সামঞ্জস্য করতে পারেন যাতে এগুলি ঠিক যেমন দরকার তেমনভাবে দশা পরিবর্তন করে, ফলে হিস্টেরেসিস-এর মতো বিরক্তিকর সমস্যাগুলি কমে যায়। ফলস্বরূপ, স্কুটার থামার সময় এবং তাদের সিস্টেমগুলি পুনরায় চার্জ হওয়ার সময় আমরা প্রায় 92 শতাংশ পুনরুদ্ধার দক্ষতা দেখতে পাচ্ছি। এই তাপগতিবিদ্যার বিষয়গুলি ঠিক করে দেওয়ার ফলে এই যানগুলি নির্ভরযোগ্যভাবে কাজ করতে পারে, গরম গ্রীষ্মের দিন থেকে শুরু করে শীতল শীতের সকাল পর্যন্ত—যেকোনো শহরের আবহাওয়ার মুখোমুখি হলেও তারা কার্যকর থাকে।

সঞ্চয় দক্ষতা এবং চক্র স্থায়িত্বের মধ্যে আপোষ

উচ্চ ধারণক্ষমতা (২.৫ শতাংশের বেশি) সহ খাদগুলি ৫০০ থেকে ৮০০ চার্জ চক্রের মধ্যে ভেঙে পড়ে, যা আনুমানিক ১.৮ শতাংশ ধারণক্ষমতা সম্পন্ন কম ক্ষমতার বিকল্পগুলির তুলনায় প্রায় ৩৫ শতাংশ কম। এই সমস্যার সমাধানে প্রকৌশলীদের হাইব্রিড সমাধান উদ্ভাবন করেছেন। এই ধরনের সিস্টেমগুলি ধাতব হাইড্রাইড সঞ্চয় ট্যাঙ্ক এবং সংকুচিত হাইড্রোজেন সংরক্ষণের সংমিশ্রণ ঘটায়, যেখানে প্রথমটি সাধারণ কার্যক্রম পরিচালনা করে এবং দ্বিতীয়টি ত্বরণের সময় অতিরিক্ত শক্তির প্রয়োজন হলে ব্যবহৃত হয়। বর্তমান পরীক্ষামূলক মডেলগুলি দেখে মনে হয় যে এই সংমিশ্রণ সিস্টেমগুলির মোট আয়ু প্রায় ৩,২০০ সম্পূর্ণ চক্র পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়। বিশেষভাবে উল্লেখযোগ্য যে এগুলি এখনও প্রায় ১.৮ কিলোওয়াট ঘন্টা প্রতি কিলোগ্রাম শক্তি ঘনত্ব বজায় রাখে, যা কম ক্ষমতার বিকল্পগুলির সাথে সামঞ্জস্য রেখে অনেক দীর্ঘতর আয়ু প্রদান করে।

স্কুটারে ধাতব হাইড্রাইড ট্যাঙ্কের জন্য নকশা চ্যালেঞ্জ

কমপ্যাক্ট যানের প্ল্যাটফর্মে তাপ ব্যবস্থাপনা

মেটাল হাইড্রাইড সিলিন্ডারগুলি স্কুটারে বসানোর সময় জিনিসপত্রকে ঠাণ্ডা রাখা এখনও একটি বড় চ্যালেঞ্জ। হাইড্রোজেন শোষণ করার সময় এটি প্রচুর তাপ উৎপন্ন করে, যা মাঝে মাঝে তাপমাত্রাকে প্রায় 25 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত বাড়িয়ে দেয়। আবার হাইড্রোজেন মুক্ত করার জন্য বাইরে থেকে তাপ দরকার হয়, যা ধ্রুবক তাপমাত্রার ওঠানামার দিকে নিয়ে যায় এবং সময়ের সাথে সাথে উপাদানগুলিকে ক্ষয় করে ফেলতে পারে। গত বছর এনার্জি স্টোরেজ ম্যাটেরিয়ালস-এ প্রকাশিত কিছু সদ্য গবেষণা অনুযায়ী, সাধারণ গাড়ির তুলনায় স্কুটারের ফ্রেম তাপ অপসারণে ভালো নয়—এরা প্রায় 40% বেশি তাপ হারায়। এর অর্থ হল যে প্রকৌশলীদের ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র শীতলীকরণ চ্যানেল বা তাপে অবস্থা পরিবর্তনকারী বিশেষ উপকরণের মতো সৃজনশীল সমাধান খুঁজে বার করতে হয়েছে। তবে পুরো ব্যাপারটাই একটি ভারসাম্য বজায় রাখার কাজে পরিণত হয়। তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের জন্য প্রতি গ্রাম যোগ করা হয়, তা ভাণ্ডারণের জায়গা কমিয়ে দেয়। 2023 সালে জার্নাল অফ পাওয়ার সোর্সেস-এ প্রকাশিত একটি গবেষণায় আমরা এটি দেখেছি, যেখানে নিয়ন্ত্রণ সরঞ্জামের মাত্র 300 গ্রাম যোগ করলেই ভাণ্ডারণ ক্ষমতা প্রায় 12% কমে যায়। যখন ক্ষুদ্র যানবাহনে প্রতিটি অংশই গুরুত্বপূর্ণ, তখন এটি ঠিক আদর্শ বলা যায় না।

অনবোর্ড ব্যবহারের জন্য নিরাপত্তা এবং চাপের মানগুলি পূরণ করা

নিরাপত্তার ক্ষেত্রে ধাতব হাইড্রাইড সিস্টেমগুলির এখনও বিশেষ মনোযোগ প্রয়োজন, যদিও এগুলি 10 থেকে 30 বারের মধ্যে অনেক নিম্ন চাপে কাজ করে। SAE আন্তর্জাতিকের গত বছরের গবেষণা অনুসারে, শহরগুলিতে ব্যবহৃত স্কুটারগুলি সাধারণ যাত্রীবাহী গাড়ির তুলনায় প্রায় তিন গুণ বেশি যান্ত্রিক আঘাত সহ্য করে। এর মানে হল উৎপাদনকারীদের এই সিস্টেমগুলিকে সব ধরনের কম্পন সহ্য করার জন্য তৈরি করতে হবে। ফাঁস বন্ধ করতে, কোম্পানিগুলি খুব ভালো সীলের উপর নির্ভর করে যা কখনও কখনও 5,000 এর বেশি চক্রের মধ্যে টিকে থাকে। সদ্যতম EU নিয়মগুলি এখন হাইড্রোজেন মাত্রার ধারাবাহিক নিরীক্ষণের দাবি করে, যা প্রতি ইউনিটে শুধুমাত্র সেন্সরের জন্য প্রায় $18 থেকে $25 অতিরিক্ত খরচ যোগ করে। কিন্তু আশা আছে। ফ্রাউনহফার ISE-এ করা পরীক্ষায় একটি চমকপ্রদ ফলাফল পাওয়া গেছে: গ্রাফিন দ্বারা শক্তিশালী ভালভ সিটের জন্য তাদের প্রোটোটাইপগুলি প্রায় 99.97% ফাঁসরহিত কর্মক্ষমতা অর্জন করেছে। তাই এই মানগুলি মেনে চলা যদিও কঠিন মনে হতে পারে, চূড়ান্ত পণ্যটির আরামদায়ক বা ব্যবহারকারী-বান্ধব হওয়ার প্রয়োজনীয়তা নষ্ট না করেই এটি সম্ভব বলে মনে হচ্ছে।

দ্বি-চাকার যানবাহনের জন্য প্রযুক্তিগত প্রয়োজনীয়তা

কর্মদক্ষতার মাপকাঠি: জ্বালানী পূরণের গতি, শক্তির ঘনত্ব এবং আয়ু

শহরাঞ্চলে ব্যবহারের জন্য ব্যবহারযোগ্যতা নিশ্চিত করতে হাইড্রোজেন চালিত দ্বি-চাকার যানবাহনের ৩ মিনিটের মধ্যে জ্বালানী পূরণ করা এবং ১.৫ কিলোওয়াট-ঘন্টা/কেজি শক্তির ঘনত্ব অতিক্রম করা প্রয়োজন (ন্যাশনাল রিনিউয়েবল এনার্জি ল্যাব, ২০২৩)। সদ্য তৈরি প্রোটোটাইপগুলি উন্নত লাNi5 ধাতব হাইড্রাইড খাদ ব্যবহার করে ৫০০টির বেশি চার্জ চক্র সহ ১৫% -এর কম ক্ষমতা হ্রাস দেখায়—দৈনিক যাত্রী ব্যবহারের জন্য আয়ু সংক্রান্ত প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে।

হাইব্রিড পাওয়ারট্রেইন এবং ব্যাটারি সিস্টেমের সাথে একীভূতকরণ

হাইব্রিড পাওয়ারট্রেইনগুলি মেটাল হাইড্রাইড সিলিন্ডার থেকে সাহায্য পায়, যা ত্বরণের সময় লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির কাজে সহায়তা করে। 2023 সালে জার্নাল অফ পাওয়ার সোর্সেস-এ প্রকাশিত গবেষণা অনুসারে, উভয় শক্তির উৎস ব্যবহার করে ব্যাটারির চাহিদার সেই বড় লাফগুলি প্রায় 40 থেকে 60 শতাংশ পর্যন্ত কমানো যায়। এটি আসলে কোনও উপাদানের প্রতিস্থাপনের আগে তার আয়ু বাড়াতে সাহায্য করে। আজকের নতুন ফ্ল্যাট প্রোফাইল সিলিন্ডার ডিজাইনগুলি স্কুটারের ফ্রেমের ভিতরে ঠিক ফিট করে যায়, যাতে রাইডারদের পায়ের জন্য নীচের দামী জায়গাটি নষ্ট হয় না। এছাড়াও, অনবোর্ড কুলিং সিস্টেম সহ এগুলি তাপ খুব ভালভাবে পরিচালনা করে, যা 96 থেকে 98 শতাংশ পর্যন্ত দক্ষতা অর্জন করে। রাইড শেয়ারিং পরিষেবার মাধ্যমে অনেকগুলি স্কুটার পরিচালনা করে এমন কোম্পানিগুলির জন্য, সবথেকে ভালো সেটআপগুলি কমপক্ষে 0.12 গ্রাম প্রতি সেকেন্ড হারে দ্রুত গ্যাস নির্গমন এবং 60 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় পৌঁছানোর সময় নিজস্ব নিরাপত্তা ব্যবস্থার সমন্বয় করে। এই সংমিশ্রণের ফলে সময়ের সাথে সাথে রক্ষণাবেক্ষণের সমস্যা কম হয়, যা আসলে ফ্লিট অপারেটরদের শুনতে চায়।

মেটাল হাইড্রাইড বনাম সংকুচিত হাইড্রোজেন: সঠিক সমাধান নির্বাচন

নিরাপত্তা, স্থানের দক্ষতা এবং শহুরে ব্যবহারযোগ্যতার তুলনা

মেটাল হাইড্রাইড সিস্টেমগুলি প্রায় পরিবেশগত চাপে (10–30 বার) কাজ করে, যা 700-বার সংকুচিত ট্যাঙ্কের সাথে যুক্ত বিস্ফোরণের ঝুঁকি দূর করে। কঠিন-অবস্থান্তর সঞ্চয় বৃহৎ কার্বন-ফাইবার আবরণ এবং ক্ষতিগ্রস্ত ভালভ এড়িয়ে চলে, স্কুটার ফ্রেমে 40–60% বেশি জায়গা মুক্ত করে। এই সংক্ষিপ্ততা হাইড্রোজেন ধারণক্ষমতা ছাড়াই ম্যানুভারযোগ্যতা বাড়ায় এবং দু-চাকার যানবাহনের জন্য ISO 16111 নিরাপত্তা মানের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ।

জীবনচক্র খরচ এবং রক্ষণাবেক্ষণের প্রভাব

সংকুচিত হাইড্রোজেন ট্যাঙ্কগুলি প্রথমে সস্তা হতে পারে, প্রতিটির দাম প্রায় 800 থেকে 1,200 ডলার, কিন্তু ধাতব হাইড্রাইড সিস্টেমগুলি দীর্ঘমেয়াদে আসলে অর্থ সাশ্রয় করে। এই সিস্টেমগুলি 5,000 এর বেশি চার্জ চক্রের মধ্যেও খুব কম হাইড্রোজেন নির্গত করে চলতে পারে। কিছু শক্তি বিভাগের গবেষণা অনুযায়ী, এর অর্থ হল দশ বছরের জন্য প্রতি কিলোওয়াট ঘন্টায় মাত্র দু'পয়সা সঞ্চয় খরচ, যা সংকুচিত বিকল্পগুলির তুলনায় প্রায় অর্ধেক। রক্ষণাবেক্ষণের বিলও প্রায় 30 শতাংশ কমে যায় কারণ তাপীয় ব্যবস্থাগুলি কম জটিল হয় এবং আর নিয়মিতভাবে চাপ পরীক্ষা করার প্রয়োজন হয় না।

FAQ

ধাতব হাইড্রাইড সিলিন্ডার কী?

ধাতব হাইড্রাইড সিলিন্ডার হল সঞ্চয় করার যন্ত্র যা হাইড্রোজেনকে উপাদানের ক্রিস্টাল গঠনের মধ্যে রাসায়নিকভাবে বেঁধে রাখতে ধাতব হাইড্রাইড খাদগুলি ব্যবহার করে।

ধাতব হাইড্রাইডে হাইড্রোজেন সঞ্চয় কীভাবে কাজ করে?

বিশেষ খাদগুলির সাথে বন্ধন করে হাইড্রোজেন ধাতব হাইড্রাইডে সঞ্চিত হয়, যা নির্দিষ্ট চাপে তাদের ক্রিস্টাল ল্যাটিসের মধ্যে এটিকে শোষণ করে।

স্কুটারের জন্য মেটাল হাইড্রাইড সিলিন্ডার ব্যবহারের সুবিধাগুলি কী কী?

এগুলি নিম্ন চাপে কাজ করার মাধ্যমে নিরাপত্তা প্রদান করে, আরও ছোট আকারের এবং প্রচলিত ট্যাঙ্কগুলির তুলনায় স্থান কম দখল করে, এবং অনেকগুলি চার্জ চক্র সহ্য করার ক্ষমতা সহ অত্যন্ত টেকসই।

শহুরে দু-চাকার যানগুলিতে মেটাল হাইড্রাইড সিলিন্ডার কেন উপযুক্ত?

ছোট আকার এবং ওজন কম হওয়ার কারণে এগুলি স্কুটারের জন্য আদর্শ, যেখানে স্থান এবং ওজন সীমিত।

মেটাল হাইড্রাইড সিলিন্ডারযুক্ত হাইড্রোজেন চালিত স্কুটারটি পুনরায় পূরণ করতে কত সময় লাগে?

নিম্ন চাপের হাইড্রোজেন স্টেশনে পুনরায় পূরণ করতে প্রায় 12 মিনিট সময় লাগে।