লবণ-বরফের সমন্বয়ে বর্জ্যমুক্ত বিদ্যুৎ উৎপাদনের নতুন পথ উন্মোচন

বিজ্ঞানীরা সম্প্রতি এমন একটি পদ্ধতি আবিষ্কার করেছেন, যেখানে লবণ, বরফ এবং যান্ত্রিক চাপের সাধারণ মিশ্রণ ব্যবহার করে বর্জ্যমুক্ত বিদ্যুৎ উৎপাদন করা সম্ভব। এই আবিষ্কার হিমায়িত পরিবেশ থেকে নবায়নযোগ্য শক্তি আহরণের নতুন দিগন্ত খুলে দিয়েছে। গবেষকরা ১৫ই সেপ্টেম্বর নেচার ম্যাটেরিয়ালস জার্নালে প্রকাশিত এক প্রতিবেদনে জানিয়েছেন যে, লবণের মিশ্রণে তৈরি শঙ্কু আকৃতির বরফের টুকরোগুলো (ওজনে প্রায় ২৫ শতাংশ লবণযুক্ত), যা একটি গোলমরিচের দানার চেয়ে সামান্য ছোট, প্রায় ১ মিলিবোল্ট বৈদ্যুতিক বিভব উৎপন্ন করতে সক্ষম। এমন ২,০০০ শঙ্কুর একটি সারি প্রায় ২ ভোল্ট বিদ্যুৎ উৎপাদন করতে পারে, যা একটি ছোট লাল এলইডি বাতি জ্বালানোর জন্য যথেষ্ট।

এই বিদ্যুৎ উৎপাদন প্রক্রিয়াটি ফ্লেক্সোইলেকট্রিক প্রভাবের মাধ্যমে ব্যাখ্যা করা যায়। এটি এমন একটি ঘটনা যেখানে কোনো কঠিন বস্তুর উপর অসম যান্ত্রিক বিকৃতি ঘটলে সেটি বৈদ্যুতিক আধান তৈরি করে। বিশুদ্ধ বরফ দুর্বল ফ্লেক্সোইলেকট্রিসিটি প্রদর্শন করে, যা বজ্রপাতের মতো বায়ুমণ্ডলীয় বিদ্যুতের সঙ্গে সম্পর্কিত হতে পারে। তবে, লবণ নামক সাধারণ অপদ্রব্যের উপস্থিতিতে বরফ অনেক বেশি কার্যকরভাবে বিদ্যুৎ প্রবাহ উৎপন্নকারী যন্ত্রে রূপান্তরিত হয়।

পদার্থবিজ্ঞানী জিন ওয়েন এবং তাঁর সহকর্মীরা এই গবেষণাকে এগিয়ে নিয়ে গেছেন। তাঁরা লবণাক্ত জলকে শঙ্কু এবং দণ্ডাকৃতিতে জমিয়ে বিশেষ যন্ত্রপাতির সাহায্যে সেগুলোকে বাঁকিয়ে উৎপন্ন বৈদ্যুতিক আধান পরিমাপ করেন। দেখা গেছে যে, শঙ্কু আকৃতির বরফগুলো উচ্চ চাপ সহ্য করতে পারে এবং বেশি ভোল্টেজ তৈরি করে। এছাড়াও, ছোট শঙ্কুগুলো চাপের কারণে সৃষ্ট বৈদ্যুতিক উৎপাদনে দ্রুত সাড়া দেয়। এই ছোট শঙ্কুগুলোর সারি লবণাক্ত বরফের কাঠামো থেকে শক্তির উৎপাদন বহুগুণে বৃদ্ধি করার সম্ভাবনা রাখে।

এর পেছনের মূল প্রক্রিয়াটি বরফের দানাগুলোর মাঝে আটকে থাকা ন্যানোস্কেলের তরল ব্রাইনের স্তরের সঙ্গে সম্পর্কিত। যখন বরফ বাঁকানো হয়, তখন চাপের তারতম্য সৃষ্টি হয়, যা এই চার্জযুক্ত ব্রাইনকে সংকুচিত অঞ্চল থেকে প্রসারিত অঞ্চলের দিকে ঠেলে দেয়। যেহেতু ব্রাইনে ধনাত্মক আধানযুক্ত আয়ন (ক্যাটায়ন) থাকে, তাই এদের চলাচলের ফলে একটি প্রবাহমান বৈদ্যুতিক স্রোত তৈরি হয়। এই প্রবাহমান ফ্লেক্সোইলেকট্রিসিটি প্রভাব লবণের উপস্থিতির কারণে উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়। লবণ বরফের অণুকাঠামোকে প্রভাবিত করে, যেমন বরফের দানার আকার হ্রাস করে, ব্রাইনের নালীর পুরুত্ব বাড়ায় এবং ডাইইলেকট্রিক বৈশিষ্ট্য ও আয়ন পরিবহণ উন্নত করার জন্য জলের অণুর আচরণ পরিবর্তন করে।

যদিও উৎপাদিত বিদ্যুতের পরিমাণ বর্তমানে সীমিত, এই আবিষ্কার ইঙ্গিত দেয় যে লবণাক্ত বরফ শীতল পরিবেশে একটি নবায়নযোগ্য শক্তির উৎস হিসেবে কাজ করতে পারে, যা সেন্সর বা কম শক্তির ডিভাইসগুলোকে শক্তি সরবরাহ করতে সক্ষম। তবে, দৈনন্দিন ইলেকট্রনিক্স চালানোর জন্য এই প্রযুক্তিকে বড় আকারে নিয়ে যাওয়া কঠিন। উদাহরণস্বরূপ, একটি স্মার্টফোন চার্জ করতে কয়েক ডজন থেকে শত শত বর্গমিটার আকারের লবণাক্ত বরফের প্রয়োজন হতে পারে। বর্তমানে গবেষকরা এই বরফ-ভিত্তিক শক্তি আহরণ যন্ত্রগুলোর দক্ষতা বৃদ্ধি এবং পরিবেশগত প্রভাব কমানোর লক্ষ্যে কাজ করে চলেছেন।

সার্বিকভাবে, প্রাকৃতিকভাবে লবণাক্ত বরফের ফ্লেক্সোইলেকট্রিসিটি সম্পর্কে এই নতুন জ্ঞান কেবল সম্ভাব্য টেকসই শক্তির সমাধানকেই উন্নত করে না, বরং ভূ-ভৌত ঘটনাগুলো সম্পর্কেও আলোকপাত করে। এটি আমাদের সৌরজগতের বরফাবৃত জগৎ, যেমন ইউরোপা বা এনসেলাডাস, যেখানে বিশাল পৃষ্ঠ জুড়ে লবণাক্ত বরফ বিদ্যমান, সেগুলোর উপর গবেষণাকেও প্রভাবিত করতে পারে।