হাইড্রোজেন

হাইড্রোজেন সত্যিই খেলাটা বদলে দিতে পারে। সবুজ জ্বালানি সরবরাহ ও সঞ্চয় করে পৃথিবীকে বদলে দেওয়ার সম্ভাবনা এর আছে। ট্রাক, জাহাজ, বিমান, এমনকি শহরও চালাতে এটি ব্যবহার করা যেতে পারে। কিন্তু হাইড্রোজেন বিপ্লবকে বাস্তব করতে হলে মানবজাতিকে বেশ কিছু প্রযুক্তিগত ও অর্থনৈতিক চ্যালেঞ্জ পার হতে হবে। তাই পরমাণুর স্তরে একটা ভ্রমণের জন্য তৈরি হোন, আর দেখি হাইড্রোজেনের সত্যিই পৃথিবী বদলানোর ক্ষমতা আছে কি না!

আপনি যদি মহাবিশ্বের বই খুলতেন, একদম প্রথম অধ্যায়েই হাইড্রোজেন পেতেন। কারণ এটি মহাবিশ্বের অন্যতম গঠন উপাদান। নক্ষত্রের ৯০% পরমাণুই এটি দিয়ে তৈরি ^[1-4] আর পৃথিবীতে হাইড্রোজেন হলো পানি, উদ্ভিদ, এমনকি সব জীবের DNA-এরও প্রধান উপাদানগুলোর একটি ^[4-7]।

এটি ভীষণ শক্তিশালী জ্বালানিও, তাই NASA মহাকাশ অনুসন্ধানের রকেট চালাতে এটি ব্যবহার করে ^[8,9,10]। বোঝাই যাচ্ছে, হাইড্রোজেন ইতিমধ্যেই মানবজাতিকে নতুন উচ্চতায় নিয়ে যাচ্ছে। আর সবচেয়ে ভালো ব্যাপার, এটি কোনো CO₂ তৈরি করে না!

তাহলে বিশ্বজুড়ে এটিই সেরা জ্বালানি পছন্দ নয় কেন? আসলে ব্যাপারটা এত সহজ নয়।

প্রাকৃতিক মজুত থাকলেও পৃথিবী থেকে বিশুদ্ধ অবস্থায় হাইড্রোজেন বের করা কঠিন ^[11-17]। সাধারণত এটি অন্য মৌলের সঙ্গে মিশে যৌগ তৈরি করে। যেমন, অক্সিজেনের সঙ্গে জুড়লে এটি পানি বা H₂O তৈরি করে। আবার কার্বনের সঙ্গে মিলে জীবাশ্ম গ্যাসও তৈরি করতে পারে, যাকে মিথেন বা CH₄ও বলা হয়।

তাই বিশুদ্ধ হাইড্রোজেন পেতে হলে যে মৌলগুলোর সঙ্গে এটি জোড়া আছে, সেগুলো থেকে আলাদা করতে হবে। পানি থেকে হাইড্রোজেন নিলে অক্সিজেন বের হয়। জীবাশ্ম গ্যাস থেকে আলাদা করলে কার্বন বের হয়। তাই হাইড্রোজেনকে জ্বালানি হিসেবে ব্যবহার পৃথিবীর জন্য ভালো না খারাপ, তা নির্ভর করে হাইড্রোজেনটি কীভাবে তৈরি হয়েছে তার ওপর।

এখন হাইড্রোজেন জ্বালানি তৈরির তিনটি প্রধান পদ্ধতি আছে, যেগুলো ধূসর, নীল ও সবুজ নামে পরিচিত: ^[18-21]

আজ বেশির ভাগই জীবাশ্ম জ্বালানি থেকে তৈরি হয় ^[22-28] এবং সবচেয়ে প্রচলিত ধরন হলো জীবাশ্ম গ্যাস থেকে তৈরি ধূসর হাইড্রোজেন। কিন্তু গ্যাস, কয়লা বা তেল - যেটাই ব্যবহার করুন, জীবাশ্ম জ্বালানি থেকে হাইড্রোজেন তৈরিতে বায়ুমণ্ডলে প্রচুর CO₂ ছাড়ে ^{[19,26,27,28]}। দুঃখের কথা, সব হাইড্রোজেন উৎপাদনের ৯৯%-এরও বেশি আসে এই পদ্ধতিগুলো থেকে ^[23,24,28]। উফ!

আসলে, শুধু ধূসর হাইড্রোজেন উৎপাদনেই যুক্তরাজ্য ও অস্ট্রেলিয়ার মিলিত নির্গমনের চেয়ে বেশি CO₂ বের হয় ^[28,29]!

সাম্প্রতিক বছরগুলোতে কার্বন ধারণ ও সংরক্ষণ নামে পরিচিত প্রযুক্তির উন্নতিতে বিদ্যুৎকেন্দ্রগুলো তাদের CO₂ নির্গমন ধরে মাটির নিচে সংরক্ষণ করতে পারছে ^[30,31,32]। হাইড্রোজেন উৎপাদনের সঙ্গে এটি জুড়লে ফলটাকে বলা হয় নীল হাইড্রোজেন ^[33,34]।

কিন্তু এই পদ্ধতিতে CO₂ নির্গমন কমলেও, বর্তমানে এতে মিথেন (CH₄) লিক হওয়ার ঝুঁকি থাকে ^[34-37], যা ২০-বছরের সময়কালে বায়ুমণ্ডলের জন্য ৮০ গুণেরও বেশি ক্ষতিকর হতে পারে ^[38,39,40]। একটি গবেষণায় এমনও দেখা গেছে, ভুলভাবে করলে CH₄ নির্গমন এত বেড়ে যেতে পারে যে শুরুতেই জীবাশ্ম জ্বালানি পোড়ানোই ভালো হতো ^[35]।

বিজ্ঞানীরা আসলে যা খুঁজছেন, পরিষ্কার জ্বালানির সেই এল ডোরাডোর নাম সবুজ হাইড্রোজেন। ইলেক্ট্রোলাইসিস নামে পরিচিত এক রাসায়নিক প্রক্রিয়ায় পানি থেকে এটি তৈরি হয়: ^[41-45]

একটা বড় পানির ট্যাঙ্ক, বা H₂O, কল্পনা করুন। হাইড্রোজেন পেতে হলে আগে অক্সিজেনের সঙ্গে এর বন্ধন ভাঙতে হবে। সেটা করতে, বিদ্যুৎ দিয়ে পানির অণুগুলোর বন্ধন ভেঙে মূল্যবান হাইড্রোজেন গ্যাস তৈরি করা হয়। সহজ!

প্রায় শূন্য নির্গমনে এই পুরো প্রক্রিয়াটি সৌর ও বায়ুর মতো নবায়নযোগ্য জ্বালানি দিয়ে চালানো যায় ^[41-45]।

এই সবুজ হাইড্রোজেন পৃথিবীকে নতুনভাবে গড়ার সম্ভাবনা রাখে ^{[21,28,43,44,45]}। পেট্রোকেমিক্যাল উৎপাদন ও ইস্পাত তৈরির মতো শিল্প ^[44-47], যেগুলো বৈশ্বিক নির্গমনের প্রায় ৩.৬% ও ৭.২%-এর জন্য দায়ী ^[48], জীবাশ্ম জ্বালানির বদলে সবুজ হাইড্রোজেন ব্যবহার করে পরিষ্কার হতে শুরু করেছে। কিছু দেশ সার তৈরিতে ব্যবহৃত যৌগ অ্যামোনিয়া উৎপাদন থেকে কার্বন কমাতে এতে বিনিয়োগ করছে, যা বৈশ্বিক নির্গমন আরও ১-২% কমাতে পারে ^{[44-46,49-53]}।

বিশেষজ্ঞরা পরিবহন ব্যবস্থায়ও এর ব্যবহার খতিয়ে দেখছেন। বৈদ্যুতিক গাড়ি এতটাই কার্যকর যে গাড়ির অগ্রাধিকার কম, কিন্তু দূরপাল্লার ট্রাক, আন্তর্জাতিক জাহাজ চলাচল ও দীর্ঘপাল্লার বিমানের অগ্রাধিকার বেশি। শক্তির জন্য ভারী ব্যাটারি ব্যবহার করা যায় না বলে, সবুজ হাইড্রোজেন একটি আদর্শ বিকল্প ^{[21,28,44,45,54]}।

তত্ত্বে (এবং যতক্ষণ এটি টেকসইভাবে তৈরি হয়), হাইড্রোজেন জ্বালানি ব্যবহারে একমাত্র সরাসরি নির্গমন হলো পানি। আসলে NASA-র মহাকাশ শাটলেও এই পানি ব্যবহার হয়, যেখানে নভোচারীরা সত্যিই এটি পান করেন! ^[55,56]

তাহলে ফাঁদটা কোথায়?

আসলে, আপনি যদি শুধু হাইড্রোজেন পোড়ান, তাহলে বাতাসের নাইট্রোজেনও বিক্রিয়া করে নাইট্রোজেন অক্সাইড তৈরি করতে পারে, যা ক্ষতিকর বায়ুদূষক ^[57-61]।

এটি জীবাশ্ম জ্বালানি পোড়ানোর চেয়ে তবু পরিষ্কার, কিন্তু সবচেয়ে পরিষ্কার উপায় হলো একে একদম না পুড়িয়ে হাইড্রোজেন ফুয়েল সেল ব্যবহার করা, যা সরাসরি হাইড্রোজেনের রাসায়নিক শক্তিকে বিদ্যুতে বদলে দেয় ^[62-65]। এতে শুধু দক্ষতাই বাড়ে না, নাইট্রোজেন অক্সাইড নির্গমনও শূন্য হয়, আর অবশ্যই CO₂ও শূন্য! ^{[57-59,63-65]}

শুনতে ভালো লাগছে, তাই না? তাহলে আজ উৎপাদিত হাইড্রোজেনের ১%-এরও কম কেন সবুজ? ^[23,24,28] সবাই এই পরিবেশবান্ধব সংস্করণে ঝাঁপিয়ে পড়ছে না কেন?

এখন হাইড্রোজেন ব্যয়বহুল, আর এটি তৈরি করতে প্রচুর বিদ্যুৎ লাগে ^[66-69]। আপনি যদি নবায়নযোগ্য জ্বালানি দিয়ে সরাসরি চার্জ না করে সবুজ হাইড্রোজেন দিয়ে ফোন চালাতে চাইতেন, তাহলে আগে নবায়নযোগ্য উৎসের বিদ্যুৎকে হাইড্রোজেনে বদলাতে হতো, তারপর ফুয়েল সেল দিয়ে সেটিকে আবার বিদ্যুতে ফেরাতে হতো। এতে শুরুতেই সৌর প্যানেল দিয়ে সরাসরি ফোন চার্জ করলে যে শক্তি পেতেন, তার ৭০% পর্যন্ত হারিয়ে যেতে পারে! ^[70,71,72]

দেখা যাচ্ছে সবুজ হাইড্রোজেন খরচের তুলনায় খুব বেশি লাভ দেয় না। তাহলে মানুষ কেন এটি দিয়ে তাদের বাড়ি আর শহর চালাবে?

উত্তরটা লুকিয়ে আছে হাইড্রোজেনের সবচেয়ে শক্তিশালী বৈশিষ্ট্যগুলোর একটিতে… ভবিষ্যতে ব্যবহারের জন্য বিপুল পরিমাণ শক্তি সঞ্চয় করার ক্ষমতায়।

বায়ু টারবাইন চালাতে বাতাস লাগে আর সৌর প্যানেল চালাতে সূর্যালোক, তাই অন্ধকার ও বাতাসহীন দিনে বিদ্যুৎ চালু রাখতে প্রায়ই গ্যাস ও কয়লাকে এগিয়ে আসতে হয়। কিন্তু আরও সবুজ একটা ভাবনা আছে:

আপনি নমনীয় স্মার্ট বিদ্যুৎ গ্রিড দিয়ে নবায়নযোগ্য জ্বালানিতে বাড়ি চালান, আর শক্তির উদ্বৃত্ত তৈরি করার মতো যথেষ্ট বায়ু ও সৌর খামার গড়ে তোলেন। এরপর অতিরিক্ত বিদ্যুৎ সবুজ হাইড্রোজেন প্ল্যান্টে পাঠানো যায়, যেখানে তা দিয়ে হাইড্রোজেন তৈরি হয়। এই হাইড্রোজেন তখন সঞ্চয় করে রাখা যায় এবং সৌর ও বায়ু চাহিদা মেটাতে না পারলে বিদ্যুৎ তৈরিতে ব্যবহার করা যায় ^[73-76]।

আর এটুকুও যথেষ্ট না হলে, পুরোনো খনি, লবণের গুহা বা এমনকি নিঃশেষিত তেল ও গ্যাসের আধারে হাইড্রোজেন বিপুল পরিমাণে দীর্ঘ সময়ের জন্য মাটির নিচে সঞ্চয় করা যায় ^[77-80]। অর্থাৎ শীতের ঠান্ডা মাসেও এটি সারা বছর ব্যবহার করা সম্ভব।

একে বলা হয় আন্তঃঋতু শক্তি সঞ্চয়, আর অনেক দেশ ইতিমধ্যেই এতে বিনিয়োগ করছে ^{[23,81,82,83]}। একদিন এটি জীবাশ্ম জ্বালানির ওপর নির্ভরতা দূর করতেও সাহায্য করতে পারে। আরও ভালো ব্যাপার, হাইড্রোজেনের এই বিশাল মজুত দেশগুলোকে বেশি জ্বালানি স্বাধীনতা দেয়, ফলে জ্বালানি আমদানির ওপর তাদের নির্ভরতা কমে এবং আলো জ্বালিয়ে রাখতে অন্য দেশের ভরসা করতে হয় না ^[84,85,86]।

কিন্তু ব্যাটারি কি একই কাজ করতে পারত না?

ঠিক তা নয়। একটি শহরের জন্য কয়েক সপ্তাহ বা মাসের সংরক্ষিত শক্তি জমাতে যে পরিমাণ ব্যাটারি লাগবে, তার খরচ হতো অনেক, অনেক বেশি ^[87-90]। অন্যদিকে, বড় পরিসরে হাইড্রোজেন সঞ্চয় করা খুব সস্তা হতে পারে এবং এই শক্তি সঞ্চয়ের সমস্যার সমাধান করতে পারে ^[91,92]।

তাহলে হাইড্রোজেন কি পৃথিবীকে কার্বনমুক্ত করতে ভূমিকা রাখতে পারে? হ্যাঁ, তবে শুধু নবায়নযোগ্য জ্বালানি থেকে তৈরি সবুজ হাইড্রোজেন হলে ^[93], এবং খরচ বাস্তবসম্মত হলেই ^[66-69]। তা করতে অবকাঠামো বাড়ানো ও হালনাগাদ করা, আর বড় পরিসরে নবায়নযোগ্য জ্বালানি ছড়িয়ে দেওয়া দরকার।

কিন্তু সুখবর আছে! বায়ু ও সৌরবিদ্যুৎ এখন জীবাশ্ম জ্বালানির চেয়েও সস্তা ^[27,94-97]। আর ইলেক্ট্রোলাইজারে সাম্প্রতিক প্রযুক্তিগত উন্নতির কারণে সবুজ হাইড্রোজেন উৎপাদনের দামও দ্রুত কমছে ^[98-102]।

তাই মানবজাতি যদি এই নতুন প্রযুক্তিকে সমর্থন করে, তাহলে সবুজ হাইড্রোজেন হতে পারে সেই উজ্জ্বল নক্ষত্রগুলোর একটি, যার অপেক্ষায় আমরা ছিলাম।