ছিদ্রযুক্ত পদার্থ প্রচলিত পদ্ধতির বাইরে মিথেন সঞ্চয়কে উন্নত করে

এমন একটি ভবিষ্যৎ কল্পনা করুন যেখানে যানবাহন আর দূষণকারী পেট্রোলের উপর নির্ভর করে না বরং পরিচ্ছন্ন, দক্ষ প্রাকৃতিক গ্যাস দ্বারা চালিত হয়। এই পরিবর্তন গ্রিনহাউস গ্যাস নির্গমনকে উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করতে পারে এবং বায়ুর গুণমান উন্নত করতে পারে। প্রাকৃতিক গ্যাসের প্রাথমিক উপাদান, মিথেন, প্রচুর পরিমাণে এবং অন্যান্য জীবাশ্ম জ্বালানির তুলনায় পোড়ালে কম কার্বন ডাই অক্সাইড উৎপন্ন করে। যাইহোক, মিথেন সংরক্ষণ এবং পরিবহন উল্লেখযোগ্য চ্যালেঞ্জ উপস্থাপন করে। এটি ঘরের তাপমাত্রায় তরলতা প্রতিরোধ করে এবং উচ্চ-চাপের সঞ্চয়স্থান যথেষ্ট খরচের সাথে আসে। মিথেন স্টোরেজের জন্য কি আরও লাভজনক এবং সুবিধাজনক সমাধান হতে পারে?

উত্তরটি হ্যাঁ বলে মনে হচ্ছে। বিজ্ঞানীরা সক্রিয়ভাবে মিথেন শোষণ এবং সঞ্চয় করার জন্য ছিদ্রযুক্ত পদার্থের ব্যবহার অন্বেষণ করছেন, একটি সমাধান যা অসাধারণ প্রতিশ্রুতি দেখায়। এই নিবন্ধটি মিথেন স্টোরেজের চ্যালেঞ্জগুলি এবং কীভাবে ছিদ্রযুক্ত পদার্থগুলি একটি ক্লিনার শক্তি ভবিষ্যতের জন্য পথ তৈরি করতে পারে তা পরীক্ষা করে।

গ্যাসোলিন, আজ পরিবহনে প্রভাবশালী জ্বালানী, দহন এবং বাষ্পীভবনের সময় যথেষ্ট দূষক উৎপন্ন করে, যার মধ্যে নাইট্রোজেন অক্সাইড, সালফার অক্সাইড, কার্বন মনোক্সাইড, এবং কার্সিনোজেনিক রাসায়নিকের পরিমাণ চিহ্নিত করা রয়েছে। এই দূষণগুলি কেবল মানব স্বাস্থ্যকেই হুমকির মুখে ফেলে না বরং পরিবেশের অবনতিকেও বাড়িয়ে তোলে। ফলস্বরূপ, পরিষ্কার, দক্ষ বিকল্প শক্তির উত্সগুলির সন্ধান জরুরি হয়ে পড়েছে। প্রাকৃতিক গ্যাস, বিশেষ করে মিথেন, এর বিশাল মজুদ, কম খরচে এবং পোড়ানোর সময় তুলনামূলকভাবে কম কার্বন ডাই অক্সাইড নির্গমনের কারণে একটি আদর্শ বিকল্প হিসেবে আবির্ভূত হয়।

তবুও মিথেন ব্যবহার করা সহজ কাজ নয়। অত্যন্ত কম সমালোচনামূলক তাপমাত্রা (191 কে) এবং উচ্চ সমালোচনামূলক চাপ (46.6 বার), মিথেন পরিবেষ্টিত তাপমাত্রায় তরলতা প্রতিরোধ করে, নাটকীয়ভাবে পরিবহন খরচ বৃদ্ধি করে। এইভাবে, ব্যাপক প্রাকৃতিক গ্যাস গ্রহণের জন্য লাভজনক এবং কার্যকর স্টোরেজ পদ্ধতি খুঁজে পাওয়া গুরুত্বপূর্ণ হয়ে ওঠে।

মিথেন স্টোরেজ চ্যালেঞ্জগুলি কাটিয়ে উঠতে, গবেষকরা তিনটি প্রাথমিক পদ্ধতির সাথে একাধিক পদ্ধতির বিকাশ করেছেন:

• তরলীকৃত প্রাকৃতিক গ্যাস (LNG):স্টোরেজের জন্য মিথেনকে অত্যন্ত নিম্ন তাপমাত্রায় (প্রায় 112 কে) ঠান্ডা করা হয়। যদিও এই পদ্ধতিটি উল্লেখযোগ্যভাবে ভলিউম হ্রাস করে, এটির জন্য জটিল ক্রায়োজেনিক কুলিং সিস্টেমের প্রয়োজন এবং এটি উচ্চ খরচের সাথে আসে।
• সংকুচিত প্রাকৃতিক গ্যাস (CNG):মিথেন উচ্চ চাপের অধীনে সংরক্ষণ করা হয় (প্রায় 200 বার)। এই পদ্ধতিটি তুলনামূলকভাবে সহজবোধ্য কিন্তু উচ্চ-চাপের পাত্রে এবং মাল্টি-স্টেজ কম্প্রেসারের প্রয়োজন, উভয় সরঞ্জামের খরচ এবং নিরাপত্তা ঝুঁকি বাড়ায়।
• শোষিত প্রাকৃতিক গ্যাস (ANG):মেটাল-অর্গানিক ফ্রেমওয়ার্ক (MOFs) এবং covalent organic frameworks (COFs) এর মতো ছিদ্রযুক্ত পদার্থগুলি স্টোরেজের জন্য মিথেন শোষণ করতে ব্যবহৃত হয়। এই পদ্ধতি কম চাপে (1-300 বার) এবং তাপমাত্রায় (7-298 কে) অতিরিক্ত শক্তি ইনপুট প্রয়োজন ছাড়াই কাজ করে, এটি একটি অত্যন্ত প্রতিশ্রুতিশীল সমাধান করে।

সিএনজির তুলনায়, যার জন্য ব্যয়বহুল মাল্টি-স্টেজ কম্প্রেসার এবং ভারী উচ্চ-চাপ ট্যাঙ্কের প্রয়োজন হয় এবং এলএনজি, যা জটিল ক্রায়োজেনিক সিস্টেমের উপর নির্ভর করে, ছিদ্রযুক্ত পদার্থ ব্যবহার করে ANG স্টোরেজ সবচেয়ে কার্যকর নিকট-মেয়াদী সমাধান বলে মনে হয়। এটি অতিরিক্ত শক্তির প্রয়োজনীয়তা ছাড়াই যুক্তিসঙ্গত চাপ এবং তাপমাত্রার অবস্থার অধীনে কাজ করে, বৃহত্তর অর্থনৈতিক সম্ভাব্যতা প্রদান করে।

মেটাল-অর্গানিক ফ্রেমওয়ার্ক (MOFs) হল স্ফটিক ছিদ্রযুক্ত পদার্থ যা ধাতব আয়ন এবং জৈব লিঙ্কার দ্বারা গঠিত যা পর্যায়ক্রমিক নেটওয়ার্ক কাঠামো গঠন করে। এই উপকরণগুলি অতি-উচ্চ পৃষ্ঠের অঞ্চল, টিউনযোগ্য ছিদ্রের আকার এবং কাঠামো এবং সহজ কার্যকারিতা নিয়ে গর্ব করে, যা এগুলিকে গ্যাস স্টোরেজ, বিচ্ছেদ এবং অনুঘটক প্রয়োগের জন্য অত্যন্ত বহুমুখী করে তোলে।

MOFs এবং মিথেনের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া মাঝারি, ঘরের তাপমাত্রায় এবং অপেক্ষাকৃত উচ্চ চাপে মিথেন স্টোরেজ সক্ষম করে। এর অর্থ হল কার্যকর মিথেন স্টোরেজ কাছাকাছি-পরিবেষ্টিত অবস্থার অধীনে অর্জন করা যেতে পারে, শক্তি খরচ এবং সরঞ্জাম খরচ কমিয়ে।

2015 সালে, এডদাউদি এবং সহকর্মীরা মিথেন স্টোরেজের জন্য Alsoc-MOF-1 নামক একটি MOF উপাদান রিপোর্ট করেছে। 298 K এবং 65 বারে, এটি 0.42 g/g এর মোট মিথেন শোষণ ক্ষমতা এবং 0.37 g/g এর একটি কার্যক্ষমতা (5-65 বার) প্রদর্শন করেছে, যা শক্তিশালী মিথেন স্টোরেজ কর্মক্ষমতা নির্দেশ করে।

সাধারণত, উপযুক্ত ছিদ্রের আকার সহ MOFs বিকাশ করা এবং কার্যকরী গ্রুপ বা সাইটগুলিকে অন্তর্ভুক্ত করা তাদের ভলিউমেট্রিক মিথেন ক্ষমতা বাড়াতে পারে। উপরন্তু, বৃহত্তর ছিদ্র ভলিউম এবং পৃষ্ঠতলের MOFs উচ্চতর গ্র্যাভিমেট্রিক মিথেন ক্ষমতা প্রদর্শন করে। এটি পরামর্শ দেয় যে নির্দিষ্ট কাঠামো এবং কার্যকারিতা সহ এমওএফগুলির যত্নশীল নকশা এবং সংশ্লেষণের মাধ্যমে তাদের মিথেন স্টোরেজ ক্ষমতা আরও উন্নত করা যেতে পারে।

সমযোজী জৈব কাঠামো (সিওএফ) হল শক্তিশালী সমযোজী বন্ধন দ্বারা সংযুক্ত হালকা উপাদান (যেমন B, C, O, H, এবং Si) থেকে নির্মিত স্ফটিক ছিদ্রযুক্ত পদার্থ। MOFs-এর মতো, COF-তে উচ্চ পৃষ্ঠের এলাকা, বড় ছিদ্রের পরিমাণ এবং টিউনযোগ্য ছিদ্র কাঠামো বৈশিষ্ট্য রয়েছে। গুরুত্বপূর্ণভাবে, COFs অত্যন্ত কম ঘনত্বের অধিকারী, যা সর্বনিম্ন ঘন স্ফটিক পদার্থের মধ্যে র‍্যাঙ্কিং করে (0.17 g/cm³ হিসাবে কম)। এটি গ্যাস সঞ্চয়স্থানে সিওএফ-কে একটি অনন্য সুবিধা দেয়, বিশেষ করে এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে যেখানে হালকা ওজনের উপকরণ অপরিহার্য।

সাধারণত, ত্রিমাত্রিক (3D) COFs মিথেন শোষণে দ্বি-মাত্রিক (2D) COFsকে ছাড়িয়ে যায় তাদের জটিল ছিদ্র কাঠামো এবং বৃহত্তর ছিদ্রের ভলিউমের কারণে, যা আরও বেশি মিথেন শোষণের স্থান প্রদান করে।

উদাহরণস্বরূপ, 3D COF-102 এর ছিদ্রের পরিমাণ 1.55 cm³/g, যেখানে COF-103 এর 1.54 cm³/g রয়েছে। 35 বার এবং 298 কে অবস্থার অধীনে, তারা যথাক্রমে 187 mg/g (18.7 wt%) এবং 175 mg/g (17.5 wt%) উচ্চ-চাপ মিথেন শোষণ ক্ষমতা প্রদর্শন করে- COF-গুলির মধ্যে সর্বোচ্চ। বিপরীতে, 2D COF-5, 1.07 cm³/g এর ছিদ্র ভলিউম সহ, একই অবস্থার অধীনে 89 mg/g (8.9 wt%) মিথেন শোষণ ক্ষমতা দেখায়, যা 2D COF-এর মধ্যে সর্বোচ্চ।

এই ফলাফলগুলি মিথেন স্টোরেজের জন্য সিওএফ-এর উল্লেখযোগ্য সম্ভাবনা তুলে ধরে, বিশেষত উচ্চ-চাপের পরিস্থিতিতে। নির্দিষ্ট ছিদ্র কাঠামো এবং কার্যকারিতা সহ COFs ডিজাইন এবং সংশ্লেষণ করে, তাদের মিথেন স্টোরেজ ক্ষমতা ব্যবহারিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য আরও উন্নত করা যেতে পারে।

• শোষণ ক্ষমতা বাড়ানো:যদিও বিদ্যমান MOFs এবং COFs উল্লেখযোগ্য মিথেন শোষণ প্রদর্শন করে, উন্নতির জন্য যথেষ্ট জায়গা রয়েছে। ভবিষ্যত গবেষণায় উচ্চতর পৃষ্ঠের এলাকা, বৃহত্তর ছিদ্র ভলিউম এবং শক্তিশালী মিথেন সম্বন্ধযুক্ত উপকরণ ডিজাইন করার উপর ফোকাস করা উচিত।
• স্থিতিশীলতা উন্নত করা:কিছু MOFs এবং COFs আর্দ্র বা অম্লীয় পরিবেশে পচনের প্রবণ, তাদের ব্যবহারিক প্রয়োগ সীমিত করে। বৃহত্তর রাসায়নিক এবং তাপীয় স্থিতিশীলতার সাথে উপকরণগুলি বিকাশ করা অপরিহার্য।
• খরচ কমানো:MOFs এবং COFs-এর বর্তমান সংশ্লেষণ খরচ তুলনামূলকভাবে বেশি থাকে, যা বড় আকারে গ্রহণকে বাধা দেয়। আরো লাভজনক এবং দক্ষ সংশ্লেষণ পদ্ধতি অন্বেষণ করা প্রয়োজন.

এই চ্যালেঞ্জ সত্ত্বেও, বিজ্ঞান ও প্রযুক্তিতে অব্যাহত অগ্রগতিগুলি পরামর্শ দেয় যে MOFs এবং COFs মিথেন সঞ্চয়স্থানে ক্রমবর্ধমান গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করবে। তারা ভবিষ্যতের ক্লিন এনার্জি সিস্টেমের মূল উপাদান হয়ে উঠতে পারে, টেকসই উন্নয়নে অবদান রাখতে পারে।

মিথেন বিশাল সম্ভাবনা সহ একটি পরিষ্কার, দক্ষ বিকল্প শক্তির উত্স হিসাবে দাঁড়িয়েছে। যাইহোক, স্টোরেজ এবং পরিবহন চ্যালেঞ্জ রয়ে গেছে। মিথেন শোষণ করতে এমওএফ এবং সিওএফ-এর মতো ছিদ্রযুক্ত উপকরণ ব্যবহার করা একটি অত্যন্ত প্রতিশ্রুতিশীল সমাধান উপস্থাপন করে। চলমান গবেষণা এবং উন্নয়নের মাধ্যমে, বিদ্যমান বাধাগুলি অতিক্রম করা যেতে পারে, দক্ষ মিথেন সঞ্চয়স্থান এবং ব্যবহার সক্ষম করে - একটি পরিষ্কার, আরও টেকসই শক্তি ভবিষ্যতের দিকে একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ।