সালোকসংশ্লেষণ: এই গ্রহে জীবনের জন্য মৌলিক প্রক্রিয়া, GCSE জীববিজ্ঞানের ছাত্রদের ক্ষতি, এবং এখন জলবায়ু পরিবর্তনের বিরুদ্ধে লড়াই করার একটি সম্ভাব্য উপায়। বিজ্ঞানীরা একটি কৃত্রিম পদ্ধতি তৈরি করার জন্য কঠোর পরিশ্রম করছেন যা নকল করে যে উদ্ভিদ কীভাবে সূর্যালোক ব্যবহার করে CO2 এবং জলকে এমন কিছুতে রূপান্তরিত করে যা আমরা জ্বালানী হিসাবে ব্যবহার করতে পারি। যদি এটি কাজ করে তবে এটি আমাদের জন্য একটি জয়-জয় পরিস্থিতি হবে: এই পদ্ধতিতে উত্পাদিত পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তি থেকে আমরা কেবল উপকৃত হব না, তবে এটি বায়ুমণ্ডলে CO2-এর মাত্রা কমানোর একটি গুরুত্বপূর্ণ উপায়ও হয়ে উঠতে পারে।
যাইহোক, সালোকসংশ্লেষণ বিকাশের জন্য উদ্ভিদের বিলিয়ন বছর লেগেছে এবং প্রকৃতিতে যা ঘটে তা প্রতিলিপি করা সবসময় সহজ কাজ নয়। এই মুহুর্তে, কৃত্রিম সালোকসংশ্লেষণের প্রাথমিক ধাপগুলি কাজ করে, তবে খুব দক্ষতার সাথে নয়। সুসংবাদ হল যে এই ক্ষেত্রে গবেষণার গতি বাড়ছে এবং বিশ্বজুড়ে এমন গ্রুপ রয়েছে যা এই অবিচ্ছেদ্য প্রক্রিয়াটিকে কাজে লাগানোর জন্য পদক্ষেপ নিচ্ছে।
দ্বি-পদক্ষেপ সালোকসংশ্লেষণ
সালোকসংশ্লেষণ শুধুমাত্র সূর্যালোক ক্যাপচার সম্পর্কে নয়। উষ্ণ রোদে স্নান করা একটি টিকটিকি তা করতে পারে। এই শক্তি ("ফটো" বিট) ক্যাপচার এবং সঞ্চয় করার উপায় হিসাবে উদ্ভিদে সালোকসংশ্লেষণ বিকশিত হয় এবং এটিকে কার্বোহাইড্রেট ("সংশ্লেষণ" বিট) এ রূপান্তরিত করে। গাছপালা ইলেকট্রন মুক্ত করতে সূর্যালোক দ্বারা চালিত প্রোটিন এবং এনজাইমগুলির একটি সিরিজ ব্যবহার করে, যা ফলস্বরূপ CO2 কে জটিল কার্বোহাইড্রেটে রূপান্তর করতে ব্যবহৃত হয়। মূলত, কৃত্রিম সালোকসংশ্লেষণ একই ধাপ অনুসরণ করে।
"প্রাকৃতিক সালোকসংশ্লেষণে, যা প্রাকৃতিক কার্বন চক্রের অংশ, আমাদের উদ্ভিদে আলো, CO2 এবং জল যায় এবং উদ্ভিদ চিনি তৈরি করে," ফিল ডি লুনা ব্যাখ্যা করেন, ইলেকট্রিক্যাল অ্যান্ড কম্পিউটার ইঞ্জিনিয়ারিং বিভাগে কর্মরত একজন পিএইচডি প্রার্থী। টরন্টো বিশ্ববিদ্যালয়। "কৃত্রিম সালোকসংশ্লেষণে, আমরা অজৈব ডিভাইস এবং উপকরণ ব্যবহার করি। প্রকৃত সৌর-ফসলের অংশটি সৌর কোষ দ্বারা সম্পন্ন হয় এবং শক্তি-রূপান্তর অংশটি তড়িৎ রাসায়নিক [অনুঘটকের উপস্থিতিতে প্রতিক্রিয়া] দ্বারা সম্পন্ন হয়।"
এই প্রক্রিয়াটির সাথে যা সত্যিই আবেদন করে তা হল দীর্ঘমেয়াদী শক্তি সঞ্চয়ের জন্য জ্বালানী উত্পাদন করার ক্ষমতা। এটি বর্তমান নবায়নযোগ্য শক্তির উত্সগুলি যা করতে পারে তার চেয়ে অনেক বেশি, এমনকি উদীয়মান ব্যাটারি প্রযুক্তির সাথেও৷ যদি সূর্য না থাকে বা যদি বাতাসের দিন না হয়, উদাহরণস্বরূপ, সোলার প্যানেল এবং বায়ু খামারগুলি কেবল উত্পাদন বন্ধ করে দেয়। ডি লুনা বলেন, "জটিল জ্বালানীতে দীর্ঘায়িত মৌসুমী স্টোরেজ এবং স্টোরেজের জন্য, আমাদের একটি ভাল সমাধান প্রয়োজন।" "ব্যাটারিগুলি প্রতিদিনের জন্য, ফোনের জন্য এমনকি গাড়ির জন্যও দুর্দান্ত, তবে আমরা কখনই ব্যাটারি দিয়ে [বোয়িং] 747 চালাতে যাচ্ছি না।"
সমাধানের চ্যালেঞ্জ
যখন সৌর কোষ তৈরির কথা আসে - কৃত্রিম সালোকসংশ্লেষণ প্রক্রিয়ার প্রথম ধাপ - আমাদের কাছে ইতিমধ্যে প্রযুক্তি রয়েছে: সৌর-বিদ্যুৎ ব্যবস্থা। যাইহোক, বর্তমান ফটোভোলটাইক প্যানেল, যা সাধারণত সেমিকন্ডাক্টর-ভিত্তিক সিস্টেম, প্রকৃতির তুলনায় তুলনামূলকভাবে ব্যয়বহুল এবং অদক্ষ। একটি নতুন প্রযুক্তি প্রয়োজন; যা অনেক কম শক্তি অপচয় করে।
জর্জিয়া স্টেট ইউনিভার্সিটি, আটলান্টার গ্যারি হেস্টিংস এবং তার দল উদ্ভিদের মূল প্রক্রিয়াটি দেখার সময় একটি সূচনা পয়েন্টে হোঁচট খেয়ে থাকতে পারে। সালোকসংশ্লেষণে, গুরুত্বপূর্ণ বিন্দুটি কোষের একটি নির্দিষ্ট দূরত্বের উপর ইলেকট্রনকে সরানো জড়িত। খুব সহজ শর্তে, এটি সূর্যালোকের কারণে সৃষ্ট এই আন্দোলন যা পরে শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। হেস্টিংস দেখিয়েছিলেন যে প্রক্রিয়াটি প্রকৃতিতে খুব দক্ষ কারণ এই ইলেকট্রনগুলি তাদের আসল অবস্থানে ফিরে যেতে পারে না: "যদি ইলেকট্রনটি যেখান থেকে এসেছে সেখানে ফিরে যায়, তাহলে সৌর শক্তি হারিয়ে যায়।" যদিও এই সম্ভাবনা গাছপালাগুলিতে বিরল, এটি সৌর প্যানেলে প্রায়শই ঘটে, ব্যাখ্যা করে যে কেন তারা আসল জিনিসের চেয়ে কম দক্ষ।
হেস্টিংস বিশ্বাস করেন যে এই "গবেষণাটি রাসায়নিক বা জ্বালানী উত্পাদন সম্পর্কিত সৌর-কোষ প্রযুক্তির অগ্রগতি হতে পারে", কিন্তু তিনি দ্রুত নির্দেশ করেছেন যে এটি এই মুহূর্তে একটি ধারণা এবং এই অগ্রগতি শীঘ্রই ঘটতে পারে না। "এই ধারণাগুলির উপর ভিত্তি করে ডিজাইন করা সম্পূর্ণ কৃত্রিম সৌর-কোষ প্রযুক্তির বানোয়াট পরিপ্রেক্ষিতে, আমি বিশ্বাস করি যে প্রযুক্তি ভবিষ্যতে আরও বন্ধ, সম্ভবত পরবর্তী পাঁচ বছরের মধ্যে এমনকি একটি প্রোটোটাইপের জন্যও নয়।"
একটি সমস্যা গবেষকরা বিশ্বাস করেন যে আমরা সমাধানের কাছাকাছি আছি প্রক্রিয়াটির দ্বিতীয় ধাপটি জড়িত: CO2 কে জ্বালানীতে রূপান্তর করা। যেহেতু এই অণুটি খুব স্থিতিশীল এবং এটিকে ভাঙতে অবিশ্বাস্য পরিমাণে শক্তি লাগে, তাই কৃত্রিম সিস্টেম অনুঘটক ব্যবহার করে প্রয়োজনীয় শক্তি কমাতে এবং প্রতিক্রিয়ার গতি বাড়াতে সাহায্য করে। যাইহোক, এই পদ্ধতির নিজস্ব সমস্যা নিয়ে আসে। ম্যাঙ্গানিজ, টাইটানিয়াম এবং কোবাল্ট দিয়ে তৈরি অনুঘটক নিয়ে গত দশ বছরে অনেক প্রচেষ্টা করা হয়েছে, কিন্তু দীর্ঘায়িত ব্যবহার নিজেই একটি সমস্যা প্রমাণ করেছে। তত্ত্বটি ভাল মনে হতে পারে, তবে তারা হয় কয়েক ঘন্টা পরে কাজ করা বন্ধ করে দেয়, অস্থির হয়ে যায়, ধীর হয়ে যায় বা কোষের ক্ষতি করতে পারে এমন অন্যান্য রাসায়নিক বিক্রিয়া শুরু করে।
কিন্তু কানাডিয়ান এবং চীনা গবেষকদের মধ্যে একটি সহযোগিতা জ্যাকপট আঘাত করেছে বলে মনে হচ্ছে। তারা একটি নিরপেক্ষ pH-এ কাজ করার জন্য নিকেল, লোহা, কোবাল্ট এবং ফসফরাসকে একত্রিত করার একটি উপায় খুঁজে পেয়েছে, যা সিস্টেমটিকে যথেষ্ট সহজ করে তোলে। "যেহেতু আমাদের অনুঘটক নিরপেক্ষ pH ইলেক্ট্রোলাইটে ভালভাবে কাজ করতে পারে, যা CO2 হ্রাসের জন্য প্রয়োজনীয়, আমরা [a] ঝিল্লি-মুক্ত সিস্টেমে CO2 হ্রাসের ইলেক্ট্রোলাইসিস চালাতে পারি, এবং তাই ভোল্টেজ হ্রাস করা যেতে পারে", বো ঝাং বলেছেন চীনের ফুদান বিশ্ববিদ্যালয়ের ম্যাক্রোমলিকুলার সায়েন্স বিভাগ। একটি চিত্তাকর্ষক 64% বৈদ্যুতিক থেকে রাসায়নিক শক্তি রূপান্তরের সাথে, দলটি এখন কৃত্রিম সালোকসংশ্লেষণ সিস্টেমের জন্য সর্বোচ্চ দক্ষতার সাথে রেকর্ডধারী।
"আমাদের এখন যা আছে তার সাথে সবচেয়ে বড় সমস্যা হল স্কেল"
তাদের প্রচেষ্টার জন্য, দলটি NRG COSIA Carbon XPRIZE-এর সেমিফাইনালে পৌঁছেছে, যা তাদের গবেষণার জন্য $20 মিলিয়ন জিততে পারে। উদ্দেশ্য হল "উন্নত প্রযুক্তির বিকাশ যা পাওয়ার প্লান্ট এবং শিল্প সুবিধাগুলি থেকে CO2 নির্গমনকে মূল্যবান পণ্যগুলিতে রূপান্তর করবে" এবং তাদের উন্নত কৃত্রিম সালোকসংশ্লেষণ সিস্টেমের সাথে তাদের একটি ভাল সুযোগ রয়েছে।
পরবর্তী চ্যালেঞ্জ স্কেল আপ হয়. “আমাদের এখন যা আছে তা নিয়ে সবচেয়ে বড় সমস্যা হল স্কেল। আমরা যখন স্কেল বাড়াই, তখন আমরা কার্যক্ষমতা হারিয়ে ফেলি,” বলেছেন ডি লুনা, যিনি ঝাং-এর গবেষণায় জড়িত ছিলেন। সৌভাগ্যবশত, গবেষকরা তাদের উন্নতির তালিকা শেষ করেনি, এবং এখন বিভিন্ন রচনা এবং বিভিন্ন কনফিগারেশনের মাধ্যমে অনুঘটককে আরও দক্ষ করার চেষ্টা করছেন।
দুই ফ্রন্টে জয়
স্বল্প এবং দীর্ঘমেয়াদী উভয় ক্ষেত্রেই উন্নতির জন্য অবশ্যই এখনও অবকাশ রয়েছে, তবে অনেকে মনে করেন কৃত্রিম সালোকসংশ্লেষণ ভবিষ্যতের জন্য একটি পরিষ্কার এবং টেকসই প্রযুক্তি হিসাবে একটি গুরুত্বপূর্ণ হাতিয়ার হওয়ার সম্ভাবনা রয়েছে।
“এটি অবিশ্বাস্যভাবে উত্তেজনাপূর্ণ কারণ ক্ষেত্রটি খুব দ্রুত চলছে। বাণিজ্যিকীকরণের পরিপ্রেক্ষিতে, আমরা টিপিং পয়েন্টে আছি," ডে লুনা বলেছেন, যোগ করেছেন যে, এটি কাজ করে কিনা "অনেক কারণের উপর নির্ভর করবে, যার মধ্যে রয়েছে পাবলিক পলিসি এবং নবায়নযোগ্য শক্তি প্রযুক্তি গ্রহণ করার জন্য শিল্প দ্বারা গ্রহণ করা "
বিজ্ঞানকে সঠিকভাবে অর্জন করা আসলেই প্রথম ধাপ, তারপর। হেস্টিংস এবং ঝাং-এর মত গবেষণার পরিপ্রেক্ষিতে নবায়নযোগ্য শক্তির চারপাশে আমাদের বৈশ্বিক কৌশলে কৃত্রিম সালোকসংশ্লেষণকে শোষণ করার জন্য গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ আসবে। বাজি উচ্চ হয়. যদি এটি টেনে নেয়, তাহলে আমরা দুটি ফ্রন্টে জয়লাভ করতে দাঁড়াবো - শুধুমাত্র জ্বালানি এবং রাসায়নিক পণ্য উৎপাদনই নয়, প্রক্রিয়ায় আমাদের কার্বন পদচিহ্নও হ্রাস করা।