শিল্প কারখানাগুলোর জন্য কার্বন ডাই অক্সাইড (CO2) নিঃসরণের একটি বড় চ্যালেঞ্জ হচ্ছে উচ্চ তাপমাত্রায় কার্যকরভাবে কার্বন নিরোধন করা। অনেকদিন ধরেই প্রচলিত পদ্ধতিগুলো এই সমস্যার সমাধান করতে ব্যর্থ হয়েছে। তবে সম্প্রতি, ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়, বার্কলির গবেষকরা একটি ধাতব-জৈব কাঠামো (MOF) তৈরি করেছেন যা এই সমস্যার সমাধান করতে সক্ষম। এই নতুন উদ্ভাবিত উপাদানটি এমন একটি প্রযুক্তি যা উচ্চ তাপমাত্রায় CO2 ক্যাপচার করে, যা সিমেন্ট এবং স্টিলের মতো শিল্প নিঃসরণে অনেক কার্যকরী হতে পারে।
উচ্চ তাপমাত্রায় CO2 ক্যাপচারের চ্যালেঞ্জ
শিল্প কারখানাগুলোর মধ্যে সিমেন্ট এবং স্টিল উৎপাদনের কারখানাগুলো থেকে প্রচুর পরিমাণ কার্বন ডাই অক্সাইড নিঃসৃত হয়, যা পরিবেশের জন্য অত্যন্ত ক্ষতিকর। বর্তমান কার্বন নিরোধন প্রযুক্তিগুলো এই নিঃসরণগুলো থেকে CO2 ক্যাপচার করতে অনেক সময় ও শক্তি ব্যবহার করে। কারণ কার্বন নিরোধন প্রযুক্তি কার্যকরী হতে হলে গ্যাসের তাপমাত্রা কমাতে হয়, যা অনেক ব্যয়বহুল এবং জটিল একটি প্রক্রিয়া। উদাহরণস্বরূপ, প্রচলিত লিকুইড অ্যামাইন পদ্ধতিতে ৪০ থেকে ৬০ ডিগ্রি সেলসিয়াস (১০০-১৪০ °F) তাপমাত্রায় CO2 ক্যাপচার করা হয়, যা উচ্চ তাপমাত্রার শিল্প নিঃসরণের ক্ষেত্রে বেশ কঠিন হয়ে দাঁড়ায়।
আরও পড়ুনঃ টোকিও বিজ্ঞানীদের নতুন আবিষ্কার, কার্বন ডাই-অক্সাইড থেকে ফর্মেট জ্বালানি তৈরি
বার্কলির MOF উদ্ভাবন
এই সমস্যার সমাধান দিতে UC বার্কলির গবেষকরা এক নতুন ধরনের MOF তৈরি করেছেন, যা তাপমাত্রা প্রায় ৩০০ ডিগ্রি সেলসিয়াস (৫৭০ °F) পর্যন্ত গরম নিঃসরণ থেকে CO2 ক্যাপচার করতে সক্ষম। নতুন এই উপাদানটি তাপমাত্রা পরিবর্তনের ফলে ভেঙে যায় না এবং নির্ধারিত তাপমাত্রায় কার্যকরীভাবে CO2 ক্যাপচার করতে পারে। এটির ব্যবহার কার্বন নিরোধন প্রক্রিয়ার খরচ অনেকটাই কমিয়ে দিতে সক্ষম হবে, কারণ গ্যাস শীতল করার প্রয়োজনীয়তা থাকবে না।
MOF-এর বৈশিষ্ট্য
ধাতব-জৈব কাঠামো বা MOF হলো একটি স্পঞ্জের মতো উপাদান যা বায়ুতে থাকা CO2 শোষণ করতে সক্ষম। এতে থাকা জিঙ্ক হাইড্রাইড গ্রুপগুলো CO2 কে বাঁধতে ও ছাড়তে সক্ষম, যা এই উপাদানকে বার বার ব্যবহার করার সুযোগ দেয়। এর মাইক্রোস্কোপিক গঠনটি একটি ফুটবলের সমান একটি চামচে প্রায় ছয়টি ফুটবল মাঠের সমান এলাকা থাকে, যেখানে এটি বায়ুকে শোষণ করতে পারে। এই বিশেষ MOF-টি ৩০০ ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায়ও CO2 শোষণ করতে পারে, যা সিমেন্ট এবং স্টিল প্ল্যান্টের মতো শিল্প কারখানার নিঃসরণের জন্য উপযুক্ত।
গবেষকরা এই নতুন MOF উপাদানটি নিয়ে আরও গবেষণা করছেন এবং এটি দিয়ে আরও কী কী গ্যাস শোষণ করা সম্ভব হতে পারে তা খুঁজে দেখছেন। এটির বিভিন্ন বৈশিষ্ট্য পরিবর্তন করে আরও কার্যকরীভাবে CO2 শোষণ করা সম্ভব হতে পারে বলে ধারণা করছেন।
MOF-এর সুবিধা
এই MOF-এর বড় সুবিধা হলো এটি উচ্চ তাপমাত্রায় CO2 ক্যাপচার করতে পারে। প্রচলিত পদ্ধতিগুলোতে গ্যাসকে শীতল করতে অনেক খরচ হয়, যা MOF-এর ক্ষেত্রে প্রয়োজন হয় না। তাছাড়া এই MOF অনেকবার পুনরায় ব্যবহার করা যায়, যা এটিকে পরিবেশবান্ধব করে তুলেছে।
প্রচলিত অ্যামাইন নির্ভর পদ্ধতিগুলোতে তাপমাত্রা বৃদ্ধি পেলে কার্যকারিতা কমে যায়, কিন্তু এই MOF-এর ক্ষেত্রে তা ঘটে না। এতে উপস্থিত জিঙ্ক হাইড্রাইড সাইটগুলো CO2 কে অত্যন্ত স্থায়িত্বের সাথে ধরে রাখে এবং যখন প্রয়োজন হয় তখন এটি ছেড়ে দিতে সক্ষম। এর ফলে এটি উচ্চ তাপমাত্রার নিঃসরণ থেকেও CO2 ক্যাপচার করতে সক্ষম।
পরীক্ষার ফলাফল
গবেষকরা প্রায় ২০% থেকে ৩০% CO2 নিয়ে গ্যাসের অবস্থায় এই MOF-এর কার্যকারিতা পরীক্ষা করেছেন, যা সিমেন্ট এবং স্টিল উৎপাদন প্রক্রিয়ায় নিঃসরিত গ্যাসের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। এছাড়া প্রাকৃতিক গ্যাস ভিত্তিক বিদ্যুৎকেন্দ্রের মতো নিঃসরণেও এটি কার্যকর বলে প্রমাণিত হয়েছে, যেখানে প্রায় ৪% CO2 থাকে। এই উপাদানটির CO2 ধারণ ক্ষমতা প্রচলিত অ্যামাইন ভিত্তিক MOF-এর তুলনায় অনেক বেশি তাপমাত্রায় কার্যকর থাকে।
এটি পুনর্ব্যবহারযোগ্য এবং একই প্রক্রিয়ায় বারবার ব্যবহার করা যায়। একটি MOF যখন CO2 দিয়ে পূর্ণ হয়ে যায়, তখন CO2 সরিয়ে ফেলতে তাপমাত্রা কমিয়ে অথবা ভিন্ন গ্যাসের মাধ্যমে এটি পরিষ্কার করা যায়। তারপর এটি পুনরায় ব্যবহার করা যায়, যা এটিকে অধিক কার্যকরী করে তুলেছে।
উচ্চ তাপমাত্রায় MOF-এর পারফরম্যান্স
MOF গঠনগতভাবে খুবই ব্যতিক্রম এবং এতে ধাতব ও জৈবিক সংযোগ রয়েছে, যা CO2 এর মতো গ্যাসকে সহজে ক্যাপচার করতে সক্ষম। এই MOF-এর এক এক টেবিলচামচে প্রায় ছয়টি ফুটবল মাঠের সমান এলাকা রয়েছে, যা CO2 ধারণের ক্ষেত্রে অনেক বেশি কার্যকর। গবেষকরা দেখেছেন যে, জিঙ্ক হাইড্রাইড সাইটগুলোর সাহায্যে এটি CO2 কে খুবই ভালোভাবে বাঁধতে এবং ছাড়তে পারে, এমনকি উচ্চ তাপমাত্রায়ও।
যেহেতু উচ্চ তাপমাত্রায় CO2 গ্যাস আকারে থাকার প্রবণতা বৃদ্ধি পায়, তাই এই ধরনের গ্যাসকে একটি MOF দিয়ে ধরে রাখা বেশ কঠিন। তবে সঠিক কার্যকারিতা সহ এই MOF প্রমাণ করেছে যে, CO2 কে এমনকি ৩০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসেও দ্রুত, বিপরীতমুখী ও উচ্চ ধারণ ক্ষমতায় ধরা সম্ভব। গবেষকরা এই MOF-এর অন্যান্য রূপভেদ নিয়ে গবেষণা করছেন এবং এটি আরও কার্যকরী করতে ধাতব আয়ন ও সংযোগকারী পরিবর্তনের মাধ্যমে উন্নতি আনার চেষ্টা করছেন।
নতুন কার্বন নিরোধন পদ্ধতি
কার্বন নিরোধন প্রক্রিয়া শুধুমাত্র কারখানা ও বিদ্যুৎ উৎপাদন কেন্দ্রগুলোর জন্যই নয়, বরং এটি পরবর্তীকালে CO2 কে পুনঃপ্রক্রিয়াজাত করে জ্বালানি বা অন্যান্য মূল্যবান রাসায়নিক তৈরিতেও ব্যবহার করা যেতে পারে। বর্তমান সময়ে নবায়নযোগ্য জ্বালানির ব্যবহার বাড়লেও সিমেন্ট এবং স্টিল উৎপাদনের মতো কারখানাগুলোতে এখনও প্রচুর পরিমাণে CO2 নিঃসরণ হয়। এদের নিঃসরণ কমাতে গ্যাস নিরোধন অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
“আমাদের CO2 নিঃসরণের বিষয়ে ভাবতে হবে, বিশেষ করে যেসব শিল্প কারখানার জন্য CO2 নিঃসরণ কমানো কঠিন, কারণ নবায়নযোগ্য জ্বালানির দিকে আমাদের জ্বালানি অবকাঠামো সরলেও এই কারখানাগুলো থেকে এখনও CO2 নিঃসরণ হতে থাকবে,” গবেষক রাচেল রোড বলেন।
এই MOF উদ্ভাবন কার্বন ডাই অক্সাইড (CO2) ক্যাপচারের প্রযুক্তিতে নতুন বিপ্লব নিয়ে আসতে পারে এবং ভবিষ্যতে উচ্চ তাপমাত্রায় কাজ করতে সক্ষম আরও উন্নত উপাদান তৈরি করার ক্ষেত্রে এটি পথপ্রদর্শক হতে পারে। এটি শুধুমাত্র CO2 নয়, অন্যান্য গ্যাস শোষণেও সক্ষম হতে পারে, যা ভবিষ্যতে শিল্প কারখানাগুলোর জন্য অনেক উপকার বয়ে আনবে। এই উদ্ভাবনের ফলে উচ্চ তাপমাত্রায় CO2 নিরোধন প্রযুক্তি ব্যবহার করা সম্ভব হচ্ছে, যা কারখানাগুলোর ব্যয় কমানোর পাশাপাশি পরিবেশের ভারসাম্য রক্ষা করতেও সাহায্য করবে। এটি কেবলমাত্র পরিবেশবান্ধব নয়, বরং অর্থনৈতিক দিক থেকেও অনেক সুবিধাজনক।
