সূর্যমুখীর বীজের খোসা থেকে তৈরি রিচার্জেবল ব্যাটারি: বর্জ্য থেকে টেকসই সংরক্ষণ

এই ধরনের দৈনন্দিন বর্জ্য পণ্যকে রূপান্তর করা রিচার্জেবল ব্যাটারির উপাদান হিসেবে সূর্যমুখীর বীজের খোসা। এটি এখন আর শুধু একটি চমকপ্রদ ধারণা নয়, বরং বাস্ক কান্ট্রি বিশ্ববিদ্যালয়ের (UPV/EHU) গবেষণাগারে এটি একটি বাস্তবতা। একটি গবেষক দল দেখিয়েছে যে, এই ধরনের জৈববস্তু ব্যবহার করে আরও টেকসই ব্যাটারির জন্য মূল উপাদান তৈরি করা সম্ভব।

প্রকল্পটি, যার নেতৃত্বে আছেন ড. নেকানে নিয়েতো UPV/EHU-এর সলিড স্টেট অ্যান্ড ম্যাটেরিয়ালস গ্রুপে তিনি সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারি তৈরি করেছেন, যা অ্যানোডের ভিত্তি হিসেবে অবশিষ্ট জৈববস্তু ব্যবহার করে। এই ব্যাটারিগুলো শুধু রিচার্জেবলই নয়, বরং এগুলো প্রায় ১,০০০ চার্জ এবং ডিসচার্জ চক্র সহ্য করতে পারে। বাস্তব-জগতের অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য পর্যাপ্ত বলে বিবেচিত স্টোরেজ ক্ষমতা বজায় রাখা।

লিথিয়ামের উপর নির্ভরতা কমাতে সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারি

এই কাজের প্রতি আগ্রহের একটি বড় কারণ হলো এটি নির্ভর করে সোডিয়াম আয়ন ব্যাটারিসাম্প্রতিক বছরগুলোতে প্রচলিত লিথিয়াম ব্যাটারির বিকল্প হিসেবে সোডিয়াম-ভিত্তিক প্রযুক্তি জনপ্রিয়তা লাভ করেছে। লিথিয়ামের তুলনায় সোডিয়াম অনেক বেশি সহজলভ্য ও সস্তা, এবং এর উত্তোলনের সাথে ঘাটতি বা ভূ-রাজনৈতিক উত্তেজনার তেমন কোনো সম্পর্ক নেই।

বর্তমানে, কার্যত বৈদ্যুতিক যানবাহন এবং ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলিকে শক্তি জোগায় এমন সমস্ত ব্যাটারি দৈনন্দিন ব্যবহৃত ব্যাটারিগুলো লিথিয়াম-আয়ন ধরনের। এগুলো তৈরিতে লিথিয়াম, কোবাল্ট, নিকেল এবং ম্যাঙ্গানিজ ব্যবহৃত হয়; এই মৌলগুলো এদের সীমিত প্রাপ্যতা এবং উত্তোলনের পরিবেশগত প্রভাবের কারণে ইউরোপীয় ইউনিয়নের অত্যাবশ্যকীয় কাঁচামালের তালিকায় রয়েছে।

UPV/EHU গোষ্ঠী সুনির্দিষ্টভাবে অনুসরণ করছে সেই গুরুত্বপূর্ণ উপকরণগুলির উপর নির্ভরতা হ্রাস করুন সোডিয়াম-ভিত্তিক সঞ্চয় ব্যবস্থা তৈরি করা এবং কার্বন উৎস হিসেবে জৈববস্তু ব্যবহার করা। এর মূল উদ্দেশ্য হলো, ভবিষ্যতের ব্যাটারিগুলো শুধু শক্তি-সাশ্রয়ীই হবে না, বরং ইউরোপীয় পরিবেশগত ও অর্থনৈতিক দৃষ্টিকোণ থেকেও আরও টেকসই হবে।

মূলত, ব্যাটারি গঠিত হয় একটি ক্যাথোড (ধনাত্মক তড়িৎদ্বার), অ্যানোড (ঋণাত্মক তড়িৎদ্বার) এবং একটি তড়িৎবিশ্লেষ্য যা উভয় প্রান্তের মধ্যে আয়নের চলাচল সম্ভব করে। এই দলটির কাজ অ্যানোডের উপর কেন্দ্রীভূত হয়েছে, যার লক্ষ্য হলো প্রচলিত উপকরণগুলোকে জৈব বর্জ্য থেকে প্রাপ্ত কার্বন দিয়ে প্রতিস্থাপন করা, যা অন্যথায় আবর্জনার স্তূপে গিয়ে পড়ত।

সূর্যমুখীর বীজের খোসা থেকে অ্যানোড পর্যন্ত: যেভাবে বায়োমাস ব্যবহৃত হয়

সর্বোত্তম সম্ভাব্য উপাদান খুঁজে বের করার জন্য, গবেষণা দলটি পরীক্ষা করেছে বাস্ক কান্ট্রিতে সংগৃহীত বিভিন্ন ধরণের অবশিষ্ট বায়োমাসব্যবহৃত বর্জ্য পদার্থগুলোর মধ্যে রয়েছে কফির গুঁড়ো, গাছের কাণ্ড, আগ্রাসী প্রজাতির গুল্ম, আঙুরের বীজ ও খোসা, ভুট্টার মোচা, এমনকি পৌরসভার জৈব-বর্জ্য থেকে প্রাপ্ত কম্পোস্টও।

এই সমস্ত বর্জ্য রূপান্তরিত হয় তাপ প্রক্রিয়াজাতকরণের মাধ্যমে কয়লাএই প্রক্রিয়ার মাধ্যমে এমন একটি কার্বন-সমৃদ্ধ উপাদান তৈরি হয়, যার বৈশিষ্ট্য ব্যাটারির অ্যানোড হিসেবে ব্যবহারের জন্য উপযুক্ত। এই কার্বনগুলো প্রস্তুত ও বৈশিষ্ট্য নিরূপণ করার পর, অসংখ্য চার্জ ও ডিসচার্জ চক্রের মধ্য দিয়ে এদের ধারণক্ষমতা এবং স্থিতিশীলতা মূল্যায়ন করার জন্য ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল কোষে পরীক্ষা করা হয়।

বিশ্লেষণ করা সমস্ত উপকরণের মধ্যে, সর্বোত্তম ফলাফল পাওয়া গেছে এর সাথে। সূর্যমুখীর বীজের খোসা থেকে প্রাপ্ত কাঠকয়লাএগুলো এমন একটি কাঠামো প্রদান করে যা সোডিয়াম আয়নের প্রবেশ ও নিষ্কাশনকে সহজ করে, ফলে অ্যানোড ও ক্যাথোডের মধ্যে চার্জ দক্ষতার সাথে চলাচল করতে পারে এবং একটি স্থিতিশীল বৈদ্যুতিক প্রবাহ উৎপন্ন হয়।

দলটি এমনকি বাটন-টাইপ ব্যাটারিও তৈরি করেছে, যেগুলিতে সূর্যমুখীর বীজের খোসা থেকে তৈরি কার্বন অ্যানোডের সাথে যুক্ত করা হয়েছে লোহা, টাইটানিয়াম এবং/অথবা ভ্যানাডিয়াম ধারণকারী ক্যাথোডএই উপাদানগুলোকে কোবাল্ট বা নিকেলের মতো অতটা গুরুত্বপূর্ণ বলে মনে করা হয় না এবং এগুলো অল্প পরিমাণে ব্যবহার করা যায়। এর মাধ্যমে একটি রিচার্জেবল সেল তৈরি হয়, যেখানে নেগেটিভ ও পজিটিভ উভয় ইলেকট্রোডই অপেক্ষাকৃত সহজলভ্য উপাদানের ওপর স্থাপন করা হয়।

ফলাফল: পরিবেশের উপর কম প্রভাব ফেলে ১,০০০ বার পর্যন্ত চার্জিং চক্র।

এই পদ্ধতিতে নির্মিত প্রোটোটাইপগুলো দেখিয়েছে পরীক্ষাগারে অত্যন্ত প্রতিযোগিতামূলক কর্মক্ষমতাগবেষক দলের তথ্য অনুসারে, সূর্যমুখীর বীজের খোসা থেকে প্রাপ্ত কার্বন অ্যানোডযুক্ত বাটন-টাইপ ব্যাটারিগুলো তাদের আকারের জন্য উপযুক্ত পরিমাণ শক্তি সঞ্চয় করতে সক্ষম এবং এর পাশাপাশি, ধারণক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস না পেয়ে প্রায় ১,০০০ বার চার্জ ও ডিসচার্জ চক্র সহ্য করতে পারে।

এই উন্নয়নের প্রকৃত পরিধি নিরূপণ করতে গবেষকরা শুধু তড়িৎ-রাসায়নিক পরামিতি পরিমাপের মধ্যেই নিজেদের সীমাবদ্ধ রাখেননি। তাঁরা আরও একটি গবেষণা পরিচালনা করেছেন। জীবনচক্র বিশ্লেষণ ব্যাটারির সমগ্র জীবনকাল জুড়ে কোন অ্যানোড ও ক্যাথোডের সংমিশ্রণটি শক্তির কার্যকারিতা এবং পরিবেশগত প্রভাবের মধ্যে সর্বোত্তম ভারসাম্য প্রদান করে, তা নির্ধারণ করা।

সেই বিশ্লেষণে, বিভিন্ন ক্যাথোড বিকল্পের তুলনা করা হয়েছিল, সর্বদা এই পূর্বশর্তকে সামনে রেখে যে কোনটি বেছে নিতে হবে। যতটা সম্ভব পরিবেশবান্ধব রাসায়নিক পদার্থলোহা, টাইটানিয়াম বা ভ্যানাডিয়াম-ভিত্তিক মিশ্রণগুলো নির্দিষ্ট প্রয়োগের জন্য সন্তোষজনক বলে বিবেচিত কার্যক্ষমতার স্তর বজায় রেখে গুরুত্বপূর্ণ উপাদানগুলোর ব্যবহার কমানো সম্ভব করেছে।

এই কাজের উপসংহার হলো যে এটি সূর্যমুখীর বীজের খোসা থেকে তৈরি রিচার্জেবল ব্যাটারি এবং অন্যান্য জৈববর্জ্য যা বাস্তব সমাধানে অন্তর্ভুক্ত করা যেতে পারে, বিশেষ করে যেখানে আজকের বাজারে আধিপত্য বিস্তারকারী লিথিয়াম ব্যাটারির মতো উচ্চ শক্তি ঘনত্বের প্রয়োজন হয় না।

গবেষণার প্রয়োগ, বর্তমান সীমাবদ্ধতা এবং পরবর্তী পদক্ষেপ

জীবনচক্র এবং কম ক্ষতিকর উপকরণ ব্যবহারের ক্ষেত্রে ইতিবাচক ফলাফল থাকা সত্ত্বেও, গবেষণাটির লেখকগণ নিজেরাই জোর দিয়ে বলেছেন যে এই সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলো এখনও লিথিয়াম ব্যাটারির সামগ্রিক কর্মক্ষমতার সমকক্ষ নয়।এর শক্তি ঘনত্ব কম থাকে, যা বৈদ্যুতিক গাড়ির মতো ক্ষেত্রগুলিতে এর ব্যবহার সীমিত করে, যেখানে স্থান এবং ওজন অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

এই মুহূর্তে, এই কোষগুলোর জন্য পরিকল্পিত সবচেয়ে বাস্তবসম্মত ব্যবহার হলো পরিপূরক সিস্টেম বা ছোট ডিভাইসগুলিতেসেগুলি ব্যবহার করা যেতে পারে ট্রাইবোইলেকট্রিক সেন্সরছোট ইলেকট্রনিক ডিভাইস বা স্থির সিস্টেম, যেখানে সর্বোচ্চ শক্তি ঘনত্বের চেয়ে স্থায়িত্ব এবং খরচ বেশি প্রাধান্য পায়।

তদন্ত অব্যাহত রয়েছে উচ্চ ধারণক্ষমতার ব্যাটারিতে প্রযুক্তিটির সম্প্রসারণ এবং বায়োমাস কার্বন উৎপাদন প্রক্রিয়া ও ইলেকট্রোড ফর্মুলেশন উভয়কেই অপ্টিমাইজ করা। মধ্যম-মেয়াদী লক্ষ্য হলো এমন সিস্টেম তৈরি করা যা নির্দিষ্ট ক্ষেত্রে বাণিজ্যিক সমাধানের সাথে প্রতিযোগিতা করতে পারে, এবং একই সাথে পরিবেশগত প্রভাব হ্রাসের দিকেও মনোনিবেশ করে।

এই কাজটি গুরুত্বের উপরও জোর দেয়। প্রতিষ্ঠিত প্রযুক্তির বিকল্প অন্বেষণ করুনবাস্ক কান্ট্রি বিশ্ববিদ্যালয় (UPV/EHU) জোর দিয়ে বলেছে যে, বিদ্যমান ব্যাটারির উন্নতি করাই যথেষ্ট নয়; এমন বিকল্প ক্ষেত্র তৈরি করা প্রয়োজন যা জৈব বর্জ্য ব্যবহারের সুযোগ দেবে এবং বিভিন্ন প্রয়োগের সাথে খাপ খাইয়ে নিতে পারবে, যাতে ভবিষ্যতে এই শিল্পে সঞ্চয়ের আরও বিস্তৃত বিকল্প থাকে।

বাস্ক গবেষণা চক্রাকার অর্থনীতির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছে

প্রযুক্তিগত খুঁটিনাটির বাইরেও, প্রকল্পটি এর যুক্তির সাথে পুরোপুরি খাপ খায়। চক্রাকার অর্থনীতি এবং স্থানীয় সম্পদের ব্যবহারসূর্যমুখীর বীজের খোসা, কফির গুঁড়া বা বাস্ক অঞ্চলের কৃষি বর্জ্যকে ভিত্তি করে উচ্চ মূল্য সংযোজিত সামগ্রী তৈরির অর্থ হলো, এমন বর্জ্যকে দ্বিতীয় জীবন দেওয়া যা সাধারণত ভাগচাষের জমিতে বা নিম্নমানের বর্জ্য ব্যবস্থাপনা প্রক্রিয়ায় গিয়ে জমা হয়।

এই উদ্যোগটি ডক্টরাল থিসিসের একটি অংশ। নেকানে নিয়েতো আলভারোঅধ্যাপক ভেরোনিকা পালোমারেস দুরান এবং অধ্যাপক তেওফিলো রোজো আপারিসিওর তত্ত্বাবধানে সলিড স্টেট অ্যান্ড মেটেরিয়ালস গ্রুপের অধীনে বিকশিত এই কাজের কিছু অংশ বিলবাও স্কুল অফ ইঞ্জিনিয়ারিং-এর সুপ্রেন (SUPREN) গ্রুপের সহযোগিতায় সম্পন্ন করা হয়েছে, যা বাস্ক বৈজ্ঞানিক পরিমণ্ডলে প্রকল্পটির বহুশাস্ত্রীয় প্রকৃতিকে আরও শক্তিশালী করেছে।

ইউরোপীয় দৃষ্টিকোণ থেকে, এই ধরনের উন্নয়নগুলো উদ্দেশ্যগুলোর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। গুরুত্বপূর্ণ কাঁচামালের ব্যবহার হ্রাস করুন এবং আরও পরিচ্ছন্ন প্রযুক্তির দিকে অগ্রসর হোন। শক্তি সঞ্চয়ের ক্ষেত্রে, ব্যবহারের স্থান থেকে কয়েক কিলোমিটার দূরে প্রাপ্ত উপকরণ দিয়ে ব্যাটারি তৈরির সম্ভাবনা সম্পদ সার্বভৌমত্বের একটি কৌশলগত উপাদান যোগ করে।

পরিশেষে, UPV/EHU-এর কাজ দেখায় যে এটি সম্ভব। জৈব বর্জ্য থেকে স্টোরেজ ডিভাইস তৈরি করুন প্রতিযোগিতামূলক কর্মক্ষমতাকে সম্পূর্ণরূপে বিসর্জন না দিয়েই। যদিও এই ব্যাটারিগুলো এখনও সব ক্ষেত্রে লিথিয়াম ব্যাটারিকে প্রতিস্থাপন করার থেকে অনেক দূরে, তবুও এগুলো এমন একটি মডেলের দিকে ইঙ্গিত করে যেখানে আমাদের ব্যবহৃত শক্তির কিছু অংশ পুনরুদ্ধারকৃত এবং স্থানীয় উপকরণের উপর নির্ভর করতে পারে, যা পরিবেশগত খরচ কমাবে এবং ইউরোপে উদ্ভাবনের নতুন সুযোগ তৈরি করবে।

সম্পর্কিত নিবন্ধ:

স্মার্ট ডিভাইস যা ঘরে এবং আপনার শরীরে নিজস্ব শক্তি উৎপন্ন করে