নতুন প্রযুক্তি কার্বন ডাই অক্সাইডকে তরল জ্বালানিতে রূপান্তরের প্রক্রিয়াকে উন্নত করে।

নিচের ফর্মটি পূরণ করুন এবং আমরা আপনাকে “কার্বন ডাই অক্সাইডকে তরল জ্বালানিতে রূপান্তরের নতুন প্রযুক্তিগত উন্নতি”-এর পিডিএফ সংস্করণটি ইমেল করে দেব।
জীবাশ্ম জ্বালানি পোড়ানোর ফলে কার্বন ডাইঅক্সাইড (CO2) উৎপন্ন হয় এবং এটি সবচেয়ে সাধারণ গ্রিনহাউস গ্যাস, যাকে টেকসই উপায়ে পুনরায় ব্যবহারযোগ্য জ্বালানিতে রূপান্তরিত করা যায়। CO2 নির্গমনকে জ্বালানির কাঁচামালে রূপান্তর করার একটি সম্ভাবনাময় উপায় হলো ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল রিডাকশন নামক একটি প্রক্রিয়া। কিন্তু বাণিজ্যিকভাবে লাভজনক হতে হলে, আরও বেশি কাঙ্ক্ষিত কার্বন-সমৃদ্ধ পণ্য নির্বাচন বা উৎপাদন করার জন্য এই প্রক্রিয়াটির উন্নতি করা প্রয়োজন। এখন, নেচার এনার্জি জার্নালে প্রকাশিত প্রতিবেদন অনুসারে, লরেন্স বার্কলি ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি (বার্কলি ল্যাব) সহায়ক বিক্রিয়ার জন্য ব্যবহৃত তামার অনুঘটকের পৃষ্ঠতল উন্নত করার একটি নতুন পদ্ধতি তৈরি করেছে, যার ফলে প্রক্রিয়াটির নির্বাচন ক্ষমতা বৃদ্ধি পেয়েছে।
বার্কলে ল্যাবের রাসায়নিক বিজ্ঞান বিভাগের একজন সিনিয়র বিজ্ঞানী এবং ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের বার্কলে ক্যাম্পাসের রাসায়নিক প্রকৌশলের অধ্যাপক অ্যালেক্সিস স্পেল বলেন, “যদিও আমরা জানি যে এই বিক্রিয়ার জন্য তামা সর্বোত্তম অনুঘটক, তবে এটি কাঙ্ক্ষিত পণ্যের ক্ষেত্রে উচ্চ নির্বাচনক্ষমতা প্রদান করে না। আমাদের দল দেখেছে যে, এই ধরনের নির্বাচনক্ষমতা প্রদানের জন্য অনুঘটকের স্থানীয় পরিবেশকে ব্যবহার করে বিভিন্ন কৌশল অবলম্বন করা যায়।”
পূর্ববর্তী গবেষণায়, গবেষকরা বাণিজ্যিক মূল্যসম্পন্ন কার্বন-সমৃদ্ধ পণ্য তৈরির জন্য সর্বোত্তম বৈদ্যুতিক ও রাসায়নিক পরিবেশ প্রদানের সুনির্দিষ্ট শর্তাবলী প্রতিষ্ঠা করেছেন। কিন্তু এই শর্তগুলো, জল-ভিত্তিক পরিবাহী পদার্থ ব্যবহারকারী সাধারণ ফুয়েল সেলগুলোতে স্বাভাবিকভাবে সৃষ্ট অবস্থার বিপরীত।
জ্বালানি কোষের জলীয় পরিবেশে ব্যবহারযোগ্য নকশা নির্ধারণের লক্ষ্যে, জ্বালানি মন্ত্রণালয়ের লিকুইড সানশাইন অ্যালায়েন্সের এনার্জি ইনোভেশন সেন্টার প্রকল্পের অংশ হিসেবে, বেল ও তার দল আয়নোমারের একটি পাতলা স্তরের সাহায্য নেন, যা নির্দিষ্ট চার্জযুক্ত অণু (আয়ন)-কে এর মধ্য দিয়ে যেতে দেয় এবং অন্যান্য আয়নকে প্রবেশ করতে বাধা দেয়। এর অত্যন্ত নির্বাচনী রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের কারণে, এটি ক্ষুদ্র পরিবেশে শক্তিশালী প্রভাব ফেলার জন্য বিশেষভাবে উপযুক্ত।
বেল গ্রুপের পোস্টডক্টরাল গবেষক এবং গবেষণাপত্রটির প্রথম লেখক চ্যানইয়ন কিম, তামার অনুঘটকের পৃষ্ঠকে দুটি সাধারণ আয়নোমার, ন্যাফিয়ন এবং সাসটেইনিয়ন দিয়ে প্রলেপ দেওয়ার প্রস্তাব করেন। দলটি অনুমান করে যে, এমনটা করলে অনুঘটকের নিকটবর্তী পরিবেশ—যার মধ্যে পিএইচ এবং জল ও কার্বন ডাই অক্সাইডের পরিমাণ অন্তর্ভুক্ত—কোনোভাবে এমনভাবে পরিবর্তিত হবে, যা বিক্রিয়াটিকে কার্বন-সমৃদ্ধ উৎপাদ তৈরির দিকে পরিচালিত করবে। এই উৎপাদগুলোকে সহজেই দরকারী রাসায়নিক পদার্থ এবং তরল জ্বালানিতে রূপান্তরিত করা যায়।
গবেষকরা একটি পলিমার উপাদানের উপর স্থাপিত তামার ফিল্মের উপর প্রতিটি আয়নোমারের একটি পাতলা স্তর এবং দুটি আয়নোমারের একটি দ্বিস্তর প্রয়োগ করে একটি ফিল্ম তৈরি করেন, যা তারা একটি হাত-আকৃতির ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল কোষের এক প্রান্তের কাছে স্থাপন করতে পারতেন। ব্যাটারিতে কার্বন ডাই অক্সাইড প্রবেশ করিয়ে এবং ভোল্টেজ প্রয়োগ করে, তারা ব্যাটারির মধ্য দিয়ে প্রবাহিত মোট বিদ্যুৎ প্রবাহ পরিমাপ করেন। এরপর তারা বিক্রিয়া চলাকালীন পাশের আধারে জমা হওয়া গ্যাস ও তরল পরিমাপ করেন। দ্বিস্তরীয় ক্ষেত্রে, তারা দেখতে পান যে বিক্রিয়ায় ব্যবহৃত শক্তির ৮০% এসেছে কার্বন-সমৃদ্ধ উৎপাদ থেকে—যা প্রলেপহীন ক্ষেত্রের ৬০% এর চেয়ে বেশি।
বেল বলেন, “এই স্যান্ডউইচ কোটিংটি উচ্চ পণ্য নির্বাচন ক্ষমতা এবং উচ্চ সক্রিয়তা—উভয়েরই সেরা দিক প্রদান করে।” দ্বি-স্তরীয় পৃষ্ঠটি কেবল কার্বন-সমৃদ্ধ পণ্যের জন্যই ভালো নয়, বরং একই সাথে এটি একটি শক্তিশালী বিদ্যুৎ প্রবাহও তৈরি করে, যা সক্রিয়তা বৃদ্ধির ইঙ্গিত দেয়।
গবেষকরা এই সিদ্ধান্তে উপনীত হয়েছেন যে, তামার ঠিক উপরে থাকা আবরণে জমা হওয়া উচ্চ CO2 ঘনত্বের ফলেই এই উন্নত প্রতিক্রিয়াটি ঘটেছে। এছাড়াও, দুটি আয়নোমারের মধ্যবর্তী অঞ্চলে জমা হওয়া ঋণাত্মক চার্জযুক্ত অণুগুলো স্থানীয় অম্লতা কমিয়ে দেয়। এই সংমিশ্রণটি আয়নোমার ফিল্মের অনুপস্থিতিতে সাধারণত যে ঘনত্বের আপস-মীমাংসা ঘটে থাকে, তা প্রতিহত করে।
বিক্রিয়ার কার্যকারিতা আরও উন্নত করার জন্য, গবেষকরা CO2 এবং pH বৃদ্ধির আরেকটি পদ্ধতি হিসেবে পূর্বে প্রমাণিত একটি প্রযুক্তির সাহায্য নেন, যার জন্য আয়োনোমার ফিল্মের প্রয়োজন হয় না: সেটি হলো পালসড ভোল্টেজ। দ্বি-স্তর আয়োনোমার আবরণে পালসড ভোল্টেজ প্রয়োগ করে গবেষকরা আবরণহীন তামা এবং স্থির ভোল্টেজের তুলনায় কার্বন-সমৃদ্ধ উৎপাদের ২৫০% বৃদ্ধি অর্জন করেছেন।
যদিও কিছু গবেষক নতুন অনুঘটক তৈরির উপর তাদের কাজকে কেন্দ্রীভূত করেন, অনুঘটক আবিষ্কারের ক্ষেত্রে এর কার্যপরিবেশ বিবেচনা করা হয় না। অনুঘটকের পৃষ্ঠতলের পরিবেশ নিয়ন্ত্রণ করা একটি নতুন এবং ভিন্ন পদ্ধতি।
“আমরা সম্পূর্ণ নতুন কোনো অনুঘটক তৈরি করিনি, বরং বিক্রিয়ার গতিবিদ্যা সম্পর্কে আমাদের ধারণাকে কাজে লাগিয়েছি এবং এই জ্ঞানকে ব্যবহার করে অনুঘটক ক্ষেত্রের পরিবেশ কীভাবে পরিবর্তন করা যায়, সে বিষয়ে চিন্তা করেছি,” বলেছেন বার্কলি ল্যাবরেটরিজের শক্তি প্রযুক্তি ক্ষেত্রের সিনিয়র ইঞ্জিনিয়ার ও গবেষণাপত্রগুলোর সহ-লেখক বিজ্ঞানী অ্যাডাম ওয়েবার।
পরবর্তী পদক্ষেপ হলো প্রলেপযুক্ত অনুঘটকের উৎপাদন প্রসারিত করা। বার্কলে ল্যাব দলের প্রাথমিক পরীক্ষাগুলোতে ছোট সমতল মডেল সিস্টেম ব্যবহার করা হয়েছিল, যা বাণিজ্যিক প্রয়োগের জন্য প্রয়োজনীয় বৃহৎ-ক্ষেত্রফল বিশিষ্ট ছিদ্রযুক্ত কাঠামোর চেয়ে অনেক বেশি সরল ছিল। বেল বলেন, “একটি সমতল পৃষ্ঠে প্রলেপ দেওয়া কঠিন নয়। কিন্তু বাণিজ্যিক পদ্ধতিতে ক্ষুদ্র তামার বলের উপর প্রলেপ দেওয়া হতে পারে।” প্রলেপের দ্বিতীয় স্তর যোগ করা বেশ কঠিন হয়ে পড়ে। একটি উপায় হলো, একটি দ্রাবকে দুটি প্রলেপ একসাথে মিশিয়ে জমা করা এবং আশা করা যে দ্রাবকটি বাষ্পীভূত হয়ে গেলে সেগুলো আলাদা হয়ে যাবে। কিন্তু যদি তা না হয়? বেল উপসংহারে বলেন: “আমাদের কেবল আরও বুদ্ধিমান হতে হবে।” দেখুন: Kim C, Bui JC, Luo X এবং অন্যান্যরা। Customized catalyst microenvironment for electro-reduction of CO2 to multi-carbon products using double-layer ionomer coating on copper. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
এই নিবন্ধটি নিম্নলিখিত উৎস থেকে পুনর্মুদ্রিত। দ্রষ্টব্য: দৈর্ঘ্য ও বিষয়বস্তুর জন্য উৎসটি সম্পাদিত হয়ে থাকতে পারে। আরও তথ্যের জন্য, অনুগ্রহ করে উল্লিখিত উৎসের সাথে যোগাযোগ করুন।