ফুয়েল সেল | পানি দিয়ে কি গাড়ি বা মোটর সাইকেল চালানো সম্ভব?

ফুয়েল সেল কি?

আজকের আধুনিক গাড়ি গুলোকে চালানোর জন্য আমরা দুটি পদ্ধতি ব্যবহার করতে পারি। রাস্তার বেশিরভাগ গাড়ি গুলো অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিন ব্যবহার করে চলে। এই ইঞ্জিন গুলো পেট্রোলিয়াম জাতীয় জ্বালানী পুরিয়ে তাপ উৎপন্ন করে এবং একটি পিস্টনকে আগেপিছে ঠেলতে থাকে, ফলে চাকাতে ঘূর্ণির সৃষ্টি হয়। কিন্তু ইলেকট্রিক কার গুলো সম্পূর্ণ আলাদা পদ্ধতিতে কাজ করে। ইলেকট্রিক কারে ইঞ্জিন থাকার বদলে থাকে ব্যাটারি, যা ইলেকট্রিক মোটরকে ঘুরতে সাহায্য করে—আর এই মোটর সরাসরি গাড়ীর চাকা ঘোরাতে সাহায্য করে। হাইব্রিড কার গুলোতে একসাথে অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিন এবং ইলেকট্রিক মোটর দুইই থাকে, যখন যে পরিবেশে যা প্রয়োজন তা ব্যবহার করার জন্য।

ফুয়েল সেল অনেকটা অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিন এবং ব্যাটারি পাওয়ার উভয়ের মতোই কাজ করে। অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিনের মতো এটির শক্তি উৎপন্ন করার জন্য একটি জ্বালানী ট্যাঙ্ক থাকে (এই জ্বালানী ট্যাঙ্কে কোন পেট্রোল বা ডিজেলের বদলে হাইড্রোজেন গ্যাস ব্যবহার করা হয়)। কিন্তু, ইঞ্জিনের মতো ফুয়েল সেল হাইড্রোজেন গ্যাসকে পোড়ায় না। এটি হাইড্রোজেন গ্যাসকে বাতাসের অক্সিজেন গ্যাসের সাথে কেমিক্যালি মিলিয়ে দিয়ে পানি উৎপন্ন করে (এটি সেই প্রসেস যা ব্যাটারির ক্ষেত্রে ঘটে থাকে) এবং এর ফলে ইলেক্ট্রিসিটি উৎপাদিত হয় যা ইলেকট্রিক মোটর গুলোকে শক্তি যোগাতে সাহায্য করে। আর এই কার থেকে ধোঁয়ার বদলে বের হয় পানি, এই পানি এতোটাই বিশুদ্ধ যে আপনি তা পান করতে পারবেন।

ফুয়েল সেল কীভাবে কাজ করে?

ফুয়েল সেলের মধ্যে যে বিক্রিয়াটি ঘটে থাকে, তাকে ইলেক্ট্রো কেমিক্যাল প্রতিক্রিয়া বলা হয়। এটি একটি কেমিক্যাল বিক্রিয়া, কেনোনা এখানে দুটি কেমিক্যালকে একত্র করে কাজ করানো হয়, আবার এটি একটি ইলেকট্রিকাল প্রতিক্রিয়াও, কেনোনা দুটি কেমিক্যালের বিক্রিয়ার ফলে এখানে ইলেক্ট্রিসিটি উৎপাদিত হয়। ফুয়েল সেলে প্রধানত তিনটি অংশ থাকে, যা একটি ব্যাটারির সাথে মিলে যায়। প্রথমত এতে একটি পজিটিভ চার্জ যুক্ত টার্মিনাল থাকে, দ্বিতীয়ত এতে একটি নেগেটিভ চার্জ যুক্ত টার্মিনাল থাকে এবং এই দুটি বিপরীত ধর্মী টার্মিনালকে একে অপরের থেকে আলাদা করে রাখার জন্য এক ধরনের কেমিক্যাল থাকে যাকে ইলেক্ট্রোলাইট বলা হয়।

তাহলে কীভাবে ফুয়েল সেল এগুলো থেকে ইলেক্ট্রিসিটি উৎপন্ন করে?

• প্রথমত একটি ট্যাঙ্কে হাইড্রোজেন গ্যাস লোড করা হয়। এই গ্যাস একটি পাইপের মাধ্যমে ফুয়েল সেলের ধনাত্মক টার্মিনালটিতে গিয়ে পৌঁছায়। যেহেতু হাইড্রোজেন গ্যাস অগ্নিদাহ্য এবং বিস্ফোরক তাই ট্যাঙ্কটি অত্যন্ত মজবুদ হওয়া প্রয়োজনীয়।
•  বাতাস থেকে অক্সিজেন এসে দ্বিতীয় ঋণাত্মক টার্মিনালটিতে গিয়ে পৌঁছায়।
• ধনাত্মক টার্মিনালটি প্ল্যাটিনামের প্রস্তুত হয়ে থাকে। ফুয়েল সেলের অভ্যন্তরে ঘটা রসায়নের গতি বৃদ্ধি করার জন্য এই দামী ধাতুকে অনুঘটক হিসেবে ব্যবহার করা হয়। যখন হাইড্রোজেনের অ্যাটম গুলো এই অনুঘটকের কাছে এসে পৌঁছায়, তখন এই অ্যাটম গুলোর আয়ন (প্রোটন) এবং ইলেকট্রন বিভক্ত হয়ে পড়ে।
• এই প্রোটন ধনাত্মক চার্জে চার্জিত হয় এবং ঋণাত্মক টার্মিনালের প্রতি আকর্ষিত হয়, ফলে এটি ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যদিয়ে ঋণাত্মক টার্মিনালে পৌঁছার চেষ্টা করে। এই ইলেক্ট্রোলাইট একটি পাতলা ঝিল্লী হয়ে থাকে যা এক বিশেষ ধরনের পলিমার (প্ল্যাস্টিক) দ্বারা প্রস্তুতকৃত হয়ে থাকে এবং শুধু মাত্র প্রোটনই এর মধ্যদিয়ে গমন করতে পারে।
• ইলেকট্রন গুলো ইতিমধ্যে বাইরে লাগানো থাকা একটি সার্কিটে এসে পৌঁছায় এবং এটি ইলেকট্রিক মোটরের শক্তি সঞ্চারণ করতে সাহায্য করে। ইলেক্ট্রিসিটি যোগান হওয়ার ফলে ইলেকট্রিক মোটরে ঘূর্ণির সৃষ্টি হয় এবং এটি গাড়ীর চাকা ঘোরাতে সাহায্য করে।
• ঋণাত্মক টার্মিনালে প্রোটন এবং ইলেকট্রন গুলো বাতাস থেকে আসা অক্সিজেনের সাথে কেমিক্যালি বিক্রিয়া করে তরল পানি উৎপন্ন করে। এই পানি নলের মাধ্যমে কোথাও জমা করা হয় অথবা কোন হিটিং ইলিমেন্টের মাধ্যমে একে বাষ্পে বের করে দেওয়া হয়।

এই ধরনের ফুয়েল সেলকে পিইএম (পলিমার এক্সচেঞ্জ মেমব্রেন) বলা হয়। এই সেলটি ঠিক ততোক্ষণ চলতে থাকবে যতক্ষণ এতে হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেন সরবরাহ করা অব্যাহত রাখা হবে। যাইহোক, বাতাসে তো অক্সিজেনের অভাব নেই কিন্তু প্রশ্ন আসবে যে কতটা হাইড্রোজেন ট্যাঙ্কে আছে।

এতো হাইড্রোজেন কোথা থেকে আসবে?

হাইড্রোজেন গ্যাস ব্যবহার করে গাড়ি চালানো সত্যিই এক চমৎকার আইডিয়া। কিন্তু সমস্যা হলো যখন প্রত্যেকে এই আইডিয়া ব্যবহার করে গাড়ি চালাতে আরম্ভ করবে তখনই ঘটবে আসল সমস্যা—কেনোনা আমাদের চারপাশে যে বাতাস রয়েছে আর মধ্যে অত্যন্ত কিঞ্চিৎ পরিমানে হাইড্রোজেন মজুদ রয়েছে। আপনি মিলিয়ন লিটার বাতাস থেকে কেবল ১ লিটার হাইড্রোজেন পেতে পারবেন। আর এই প্রাপ্তির অংকটা সত্যিই অনেক কম। তাহলে উপায় কি? কীভাবে এতো পরিমানে হাইড্রোজেন উৎপন্ন করা সম্ভব হবে যা দ্বারা এই গ্রহের সকল গাড়ি চলতে পারবে? এর সহজ উত্তরটি হলো পানি থেকে, হ্যাঁ, আমাদের পানি থেকে হাইড্রোজেন উৎপন্ন করতে হবে। আর সবচাইতে মজার ব্যাপার হলো এই গ্রহের পৃষ্ঠে প্রায় ৭০ শতাংশ পানি রয়েছে। তাই পানি ফুরিয়ে যাওয়ার কোন প্রশ্নয় আসেনা। শুধু H2O (পানি) থেকে H2 (হাইড্রোজেন) এবং O2 (অক্সিজেন) কে আলাদা করতে পারলেই কাজ শেষ, আর এই সম্পূর্ণ ম্যাজিকটি সম্পন্ন করতে সাহায্য করবে ইলেক্ট্রোলাইজার।

ইলেক্ট্রোলাইজার থেকে হাইড্রোজেন উৎপাদন

চলুন এখানে দেখে নেওয়া যাক, কীভাবে অতি সহজে ইলেক্ট্রোলাইজার থেকে হাইড্রোজেন উৎপাদন করা সম্ভব।

• একটি পাত্রে কিছু ইলেক্ট্রোলাইট নেওয়ার প্রয়োজন পড়বে এবং ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্যে একটি ধনাত্মক টার্মিনাল (যা এনোড নামে পরিচিত) এবং একটি ঋণাত্মক টার্মিনাল (যা ক্যাথোড নামে পরিচিত) নিমজ্জিত করা থাকবে। একটি ব্যাটারি ধনাত্মক এবং ঋণাত্মক টার্মিনালের সাথে সম্পর্ক যুক্ত করানো থাকবে। সাধারন ল্যাব গবেষণায় পিউর পানিকে ইলেক্ট্রোলাইট হিসেবে ব্যবহার করা হয়, কিন্তু ব্যস্তব কাজের সময় বিক্রিয়ার গতি বৃদ্ধি করানোর জন্য সলিড পলিমার ঝিল্লীকে ইলেক্ট্রোলাইট হিসেবে ব্যবহার করা হয়।
• যখন এই ইলেক্ট্রোলাইজারটিতে বিদ্যুৎ সরবরাহ করানো হবে তখন পানি থেকে ধনাত্মক চার্জ যুক্ত হাইড্রোজেন আয়ন এবং ঋণাত্মক চার্জ যুক্ত অক্সিজেন আয়ন বিভক্ত হয়ে পড়বে।
• ধনাত্মক হাইড্রোজেন আয়ন ক্যাথোডকে (ঋণাত্মক টার্মিনাল) আকর্ষণ করবে এবং আরেকটি বন্ধনে পুনর্মিলিত হয়ে হাইড্রোজেন গ্যাস (H2) উৎপন্ন করবে।
• একইভাবে ঋণাত্মক অক্সিজেন আয়ন এনোডকে (ধনাত্মক টার্মিনাল) আকর্ষিত করবে এবং আরেকটি বন্ধনে পুনর্মিলিত হয়ে অক্সিজেন গ্যাস (O2) উৎপন্ন করবে।

হাইড্রোজেন নিয়ে কিছু সমস্যা

এতক্ষণ পর্যন্ত তো সব ঠিকঠাকই আছে, আপনি নিশ্চয় বেশ মজা নিয়েই সম্পূর্ণ ব্যাপারটি জানছিলেন। কিন্তু আপনি কি কোন সমস্যা ধরতে পারলেন? হ্যাঁ আরেকটি সমস্যা রয়েছে হাইড্রোজেন উৎপন্ন করার সময়। ইলেক্ট্রোলাইজার দিয়ে পানি থেকে হাইড্রোজেন উৎপন্ন করার জন্য আমাদের প্রয়োজন পড়ছে ইলেক্ট্রিসিটি—আর অধিক পরিমানে হাইড্রোজেন উৎপন্ন করা মানে অধিক ইলেক্ট্রিসিটি ব্যয় করা। যদি আমরা সোলার সেল ব্যবহার করে ইলেক্ট্রিসিটি উৎপন্ন করে সরবরাহ করি তবে সেটি মাত্র ১০ শতাংশ ক্রিয়াশীল হবে। কিন্তু সফল ভাবে ইলেক্ট্রোলাইজার চালাতে প্রয়োজন পড়বে কমপক্ষে ৭৫ শতাংশ ক্রিয়াশীল ইলেক্ট্রিসিটি। তাহলে আমাদের কাছে বর্তমানে ক্রিয়াশীলতার হার রয়েছে ৭.৫ শতাংশ মাত্র। যদিও এটি খুব বড় কোন সূচনা নয়—কিন্তু তারপরেও এটি কেবল মাত্র একটি সূচনা, ভবিষ্যতে অবশ্যই আরো ক্রিয়াশীল ইলেক্ট্রিসিটি উৎপাদন করা সম্ভব হবে।

সমস্যার কিন্তু এখানেই শেষ নয় বন্ধুরা, আমাদের এই হাইড্রোজেন গ্যাসকে কম্প্রেস করে তরলে পরিণত করতে হবে—যাতে গাড়ীর ট্যাঙ্কে সেটি বহন করা সম্ভব হয়। আর এখানেই এসে দাঁড়ায় আরেক সমস্যা, কেনোনা গ্যাসোলিনের তুলনায় হাইড্রোজেনের এনার্জি ঘনত্ব ৫ গুন কম। অর্থাৎ আপনি গ্যাসোলিন ব্যবহার করে যে দূরত্ব অতিক্রম করতে পারবেন ঠিক সেই দূরত্ব অতিক্রম করার জন্য ৫ গুন বেশি হাইড্রোজেনের প্রয়োজন পড়বে।

আরেকটি সমস্যা হলো, হাইড্রোজেন গ্যাস অধিক সময়ের জন্য জমা করা অত্যন্ত কঠিন কাজ। যদি ভুল করেও এক অণু পরিনামের ছেঁদ ট্যাঙ্কে সৃষ্টি হয় তবে ভয়ঙ্কর বিস্ফোরণের সম্ভবনা ঘটতে পারে।

ভবিষ্যতে কি ধরনের গাড়ি চালাবো আমরা?

যতক্ষণ পর্যন্ত না পেট্রোল আর ডিজেলের দাম আকাশ ছুঁয়ে যাবে ততোক্ষণ পর্যন্ত হয়তো হাইড্রোজেন গাড়ি জনপ্রিয়তা পাবে না। আবার এমন প্রযুক্তি চলে আসতে পারে, হয়তো ফুয়েল সেল গাড়ি উন্নতি করার প্রয়োজনই পড়বে না। আমরা হয়তো ভবিষ্যতেও অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিন গাড়ীর সাথে চিপকে লেগে থাকবে, কিন্তু সেগুলো চালাতে জৈবজ্বালানি ব্যবহার করতে পারি। অথবা ব্যাটারি ওয়ালা ইলেকট্রিক কার তৈরি করতে পারবো যা সহজেই বাড়িতে চার্জ করতে পারবো। অথবা একসাথে গ্যাসোলিন ইঞ্জিন এবং ইলেকট্রিক মোটরের হাইব্রিড কার ব্যবহার করে এই গ্রহের বাকি মজুদ থাকা তেল গুলোকে বাচিয়ে রাখতে পারি আরো দীর্ঘ সময়ের জন্য। আবার এমনও হতে পারে ভবিষ্যতে নিউক্লিয়ার শক্তি ব্যাবহার করে গাড়ি চালাতে পারি। কেউই জানেনা, ভবিষ্যতে ঠিক কি হতে চলেছে, কিন্তু একটি বিষয় নিশ্চিত যে পেট্রোলিয়ামের ভূমিকা খুব শীঘ্রই শেষ হতে চলেছে। সামনে হয়তো আসছে—ইলেকট্রিক কার, জৈবজ্বালানি, ফুয়েল সেল, বা যেকোনো কিছু—তবে সর্বউত্তমটিই আমারা হয়তো ব্যাবহার করতে সক্ষম হবো।

আমার কথা

তো কেমন লাগলো আজকের আর্টিকেলটি? আশা করছি অনেক জ্ঞান লাভ করতে সক্ষম হয়েছেন, এবং জানলেন কীভাবে ভবিষ্যতে হয়তো পানি দিয়ে গাড়ি চালানো সম্ভব হতে পারে। আপনার মতে ভবিষ্যৎ গাড়ি গুলো আরো কীভাবে চালানো যেতে পারে তা মতামত প্রকাশ করে নিচে আমাদের জানান। আর এই চমৎকার আর্টিকেলটি আপনার বন্ধুর সাথে শেয়ার করতে একদমই ভুলবেন না।