সমুদ্রের পানি থেকে হাইড্রোজেন উৎপাদন কি? কেন এত মনোযোগ? প্রযুক্তিগত অসুবিধা কি?

সমুদ্রের পানির সরাসরি ইলেক্ট্রোলাইসিস করে হাইড্রোজেন উৎপাদনের পাইলট পরীক্ষার সাফল্য কেন এত মনোযোগ আকর্ষণ করেছে? এটা কতটা কঠিন? সামুদ্রিক জলের তড়িৎ বিশ্লেষণের মাধ্যমে হাইড্রোজেন তৈরি করতে প্রযুক্তিগত অসুবিধাগুলি কী কী?

01

সমুদ্রের পানি থেকে হাইড্রোজেন উৎপাদন

জল ইলেক্ট্রোলাইসিস দ্বারা হাইড্রোজেন উত্পাদন একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ সবুজ হাইড্রোজেন প্রস্তুতি প্রযুক্তি বলে মনে করা হয়। বর্তমানে, বাণিজ্যিকীকৃত জল ইলেক্ট্রোলাইসিস প্রযুক্তি ইলেক্ট্রোলাইট হিসাবে তাজা জল ব্যবহার করে। আমরা সবাই জানি, বৈশ্বিক স্বাদু পানির সম্পদ অত্যন্ত সীমিত, হাইড্রোজেন উৎপাদনের জন্য জলবিদ্যুতের বৃহৎ মাত্রার প্রয়োগের সাথে, যা নিঃসন্দেহে স্বাদু পানির সম্পদের ঘাটতিকে বাড়িয়ে তোলে। বিপরীতে, সমুদ্রের জল সম্পদে সমৃদ্ধ, যা "সমুদ্রের জল হাইড্রোজেন উৎপাদন" ধারণার জন্ম দেয়।

স্বাদু জলের বিপরীতে, যা পৃথিবীর মোট জলের পরিমাণের 96.5 শতাংশের জন্য দায়ী, সমুদ্রের জলে 90 টিরও বেশি রাসায়নিক এবং উপাদান জড়িত একটি জটিল রচনা রয়েছে। সমুদ্রের পানিতে থাকা বিপুল সংখ্যক আয়ন, অণুজীব এবং কণা হাইড্রোজেন উৎপাদনের সময় পার্শ্ব প্রতিক্রিয়া প্রতিযোগিতা, অনুঘটক নিষ্ক্রিয়তা এবং ডায়াফ্রাম ব্লকেজের মতো সমস্যা সৃষ্টি করতে পারে।

এই লক্ষ্যে, সমুদ্রের পানিকে কাঁচামাল হিসেবে ব্যবহার করে হাইড্রোজেন উৎপাদন প্রযুক্তি দুটি ভিন্ন পথ তৈরি করেছে। প্রথমত, সমুদ্রের জল থেকে সরাসরি হাইড্রোজেন উৎপাদন, অর্থাৎ প্রাকৃতিক সমুদ্রের জলের উপর ভিত্তি করে, প্রধানত ইলেক্ট্রোলাইসিস বা ফটোলাইসিস দ্বারা উত্পাদিত হয়। দ্বিতীয়ত, সামুদ্রিক জলের পরোক্ষ হাইড্রোজেন উত্পাদন হল সমুদ্রের জল থেকে বিশুদ্ধকরণ এবং অমেধ্য অপসারণ করা, সমুদ্রের জলকে বিশুদ্ধ করে উচ্চ-বিশুদ্ধ মিষ্টি জল তৈরি করা এবং তারপরে হাইড্রোজেন তৈরি করা।

02

দুটি প্রধান সুবিধা

অফশোর হাইড্রোজেন উৎপাদন প্ল্যাটফর্মগুলিকে শক্তির দীর্ঘমেয়াদী সঞ্চয়স্থান বা সূক্ষ্ম রাসায়নিকের জন্য উত্পাদন সাইট হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে, যা সবুজ শক্তিকে রাসায়নিক উত্পাদন ব্যবস্থার সাথে ঘনিষ্ঠভাবে একত্রিত করার অনুমতি দেয়।

অফশোর হাইড্রোজেন উত্পাদন প্ল্যাটফর্মটি সুদূরপ্রসারী সামুদ্রিক পুনর্নবীকরণযোগ্য বিদ্যুতের ব্যবহারের সমস্যা সমাধান করতে পারে এবং ঘটনাস্থলে হাইড্রোজেন এবং সবুজ অ্যামোনিয়া উত্পাদন করতে পুনর্নবীকরণযোগ্য বিদ্যুতের ব্যবহার সুদূরপ্রসারী সামুদ্রিক পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তির প্রধান প্রয়োগ পদ্ধতি হয়ে উঠতে পারে। ভবিষ্যৎ

03

প্রযুক্তিগত অসুবিধা

প্রযুক্তিগত অসুবিধা 1: সমুদ্রের জলের অনেক অমেধ্য ক্যাথোড হাইড্রোজেন বিবর্তনের ঘটনাকে প্রভাবিত করে

ইলেক্ট্রোলাইটিক জলের প্রক্রিয়ায়, ক্যাথোড থেকে H2 ক্ষয়প্রাপ্ত হয়, ক্যাথোড হাইড্রোজেন বিবর্তন প্রতিক্রিয়ার জন্য, সবচেয়ে চ্যালেঞ্জিং সমস্যা হল যে প্রাকৃতিক সমুদ্রের জলে বিভিন্ন দ্রবীভূত ক্যাটেশন রয়েছে, যেমন Na+, Mg2+, Ca2+ ইত্যাদি, উপরন্তু, বিভিন্ন ব্যাকটেরিয়া, অণুজীব এবং ক্ষুদ্র কণা রয়েছে।

এই অমেধ্যগুলি সমুদ্রের জলের তড়িৎ বিশ্লেষণের অগ্রগতির সাথে ইলেক্ট্রোডকে আটকে রাখবে এবং তারপরে ইলেক্ট্রোলাইটিক সিস্টেমে ইলেক্ট্রোড/অনুঘটকের বার্ধক্যকে বিষাক্ত বা ত্বরান্বিত করবে, যার ফলে দুর্বল স্থায়িত্ব হবে।

প্রযুক্তিগত অসুবিধা 2: ক্লোরাইড আয়নগুলি অ্যানোডিক ক্ষয় সৃষ্টি করে এবং অ্যানোডিক অক্সিজেন বিবর্তন প্রতিক্রিয়াকে প্রভাবিত করে

পানির ইলেক্ট্রোলাইসিস প্রক্রিয়ায়, O2 সাধারণত অ্যানোড থেকে নিঃসৃত হয়। যাইহোক, সমুদ্রের জলে প্রচুর সংখ্যক ক্লোরাইড আয়ন (Cl-) উপস্থিতি অ্যানোড উপাদানের গুরুতর ক্ষয় ঘটাবে, যা ইলেক্ট্রোডের ক্ষতি এবং উচ্চ ভোল্টেজের দিকে পরিচালিত করবে, এইভাবে দক্ষ অক্সিজেন বিবর্তন প্রতিক্রিয়া শেষ হবে। উপরন্তু, ক্লোরাইড আয়নগুলির উচ্চ ঘনত্ব অ্যানোড ক্লোরিন অক্সিডেশন প্রতিক্রিয়াতেও ঘটবে, অনুঘটকের সক্রিয় স্থান দখল করে, যার ফলে অ্যানোড অক্সিজেন বিবর্তন প্রতিক্রিয়ার কার্যকারিতা হ্রাস পাবে।

প্রযুক্তিগত অসুবিধা 3: অ্যানোডিক অক্সিজেন বিবর্তন প্রতিক্রিয়া এবং অক্সিজেন ক্লোরিনেশন প্রতিক্রিয়ার মধ্যে প্রতিযোগিতা

সামুদ্রিক জলের তড়িৎ বিশ্লেষণের প্রক্রিয়ায়, অ্যানোড দুটি প্রতিক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যাবে, যথা: অক্সিজেন বিবর্তন প্রতিক্রিয়া (OER) এবং অক্সিজেন ক্লোরিনেশন প্রতিক্রিয়া (ClOR)। অক্সিজেন বিবর্তন প্রতিক্রিয়া: 4OH-→O2+H2O+4e-; E0=1.23V (বনাম RHE)

ক্লোরিন জারণ বিক্রিয়া: Cl-+2OH-→OCl-+H2O+2e-; E0=1.71V (বনাম RHE)

এটি দেখা যায় যে দুটির মধ্যে E0 একই রকম, যা একটি প্রতিযোগিতামূলক সম্পর্ক তৈরি করবে, যা ইলেক্ট্রোলাইজারের কাজের ভোল্টেজকে ব্যাপকভাবে সীমিত করে। উপরন্তু, ClOR বিক্রিয়া এবং হাইপোক্লোরাইট গঠন উভয়ই দুই-ইলেক্ট্রন বিক্রিয়া, এবং ClOR বিক্রিয়াটি OER চার-ইলেক্ট্রন বিক্রিয়ার তুলনায় গতিগতভাবে সঞ্চালন করা সহজ, তাই OER ওভারপোটেনশিয়াল সাধারণত ClOR এর চেয়ে বেশি পরিলক্ষিত হয়।

04

গবেষণা অবস্থা

বর্তমানে, সমুদ্রের জল থেকে হাইড্রোজেন উত্পাদন এখনও গবেষণা এবং পরীক্ষার প্রাথমিক পর্যায়ে রয়েছে এবং এখনও অনেক চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি, তবে সমুদ্রের জলের ইলেক্ট্রোলাইসিস থেকে হাইড্রোজেন উৎপাদনের গবেষণা এবং উন্নয়ন কিছু অগ্রগতি করেছে। 2022 সালে, শিক্ষাবিদ Xie Heping এর দল সমুদ্রের জল থেকে সরাসরি হাইড্রোজেন উৎপাদনের ক্ষেত্রে একটি প্রধান মূল অগ্রগতি করেছে এবং উদ্ভাবনীভাবে ফেজ ট্রানজিশন এবং মাইগ্রেশন দ্বারা চালিত বিশুদ্ধকরণ ছাড়াই সমুদ্রের জল থেকে সরাসরি হাইড্রোজেন উৎপাদনের একটি নতুন নীতি ও প্রযুক্তি প্রতিষ্ঠা করেছে। দেশে এবং বিদেশে সামুদ্রিক জলের হাইড্রোজেন উত্পাদনের অনেকগুলি প্রদর্শনী প্রকল্প রয়েছে, তবে তারা এখনও ছোট আকারের পাইলট, এবং তাদের বেশিরভাগই নির্মাণাধীন বা প্রস্তাবিত।

যদিও সামুদ্রিক জলের ইলেক্ট্রোলাইসিস দ্বারা হাইড্রোজেন উৎপাদনের জন্য ছোট এবং পাইলট পরীক্ষা থেকে চূড়ান্ত শিল্প ব্যাপক প্রয়োগ পর্যন্ত দীর্ঘ পথ যেতে হবে। যাইহোক, আমরা বিশ্বাস করি যে হাইড্রোজেন শক্তির ট্রিলিয়ন-স্তরের ট্র্যাকে, এই প্রযুক্তিটি শেষ পর্যন্ত প্রয়োগ করা হলে, এটি "ডিকার্বনাইজেশন" এর রাস্তায় সবচেয়ে গভীর কালি ছেড়ে দেবে!