বিশ্বের প্রথম বাণিজ্যিক সুপারক্রিটিক্যাল CO2 বিদ্যুৎ জেনারেটর গ্রিডে যুক্ত করল চীন

নতুন ধরনের বিদ্যুৎচক্রে গ্রিড-সংযোগের মাইলফলক

সুপারক্রিটিক্যাল কার্বন ডাই-অক্সাইডে চালিত বিশ্বের প্রথম বাণিজ্যিক বিদ্যুৎ জেনারেটরকে বৈদ্যুতিক গ্রিডে যুক্ত করেছে চীন। উচ্চ দক্ষতাসম্পন্ন তাপবিদ্যুতের ক্ষেত্রে এটি নতুন এক পর্যায়ের সূচনা। গুইঝৌ প্রদেশের লিউপানশুইয়ে শৌগাং শুইচেং স্টিল কারখানার ভেতরে স্থাপিত এই ব্যবস্থা ইস্পাত উৎপাদনের উচ্চ তাপমাত্রার বর্জ্য তাপকে বিদ্যুতে রূপান্তর করে। চায়না ন্যাশনাল নিউক্লিয়ার করপোরেশনের অধীন চায়না নিউক্লিয়ার পাওয়ার ইনস্টিটিউট প্রকল্পটি নির্মাণ করেছে; প্রকৌশল সহায়তা দিয়েছে জিগাং ইন্টারন্যাশনাল ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যান্ড টেকনোলজি। প্রকল্পটিতে ১৫ মেগাওয়াট ক্ষমতার দুটি ইউনিট রয়েছে। এতে বাষ্পের বদলে কার্বন ডাই-অক্সাইড কার্যকরী তরল হিসেবে ব্যবহৃত হয়। নির্মাতার দাবি, ইস্পাত কারখানায় ব্যবহৃত প্রচলিত বাষ্পভিত্তিক ব্যবস্থার তুলনায় ইউনিটগুলো অন্তত ৫০ শতাংশ বেশি বর্জ্য তাপ সংগ্রহ ও কাজে লাগাতে পারে।

এর গুরুত্ব হলো, সুপারক্রিটিক্যাল কার্বন ডাই-অক্সাইড—সংক্ষেপে sCO2—ছোট টারবাইন, দ্রুত চালু করা এবং উচ্চ তাপমাত্রায় বেশি তাপীয় দক্ষতা অর্জনে সহায়তা করতে পারে। ভারী শিল্পের জন্য এসব বৈশিষ্ট্য উপযোগী, কারণ বর্তমানে চিমনি ও শীতলীকরণ ব্যবস্থার মাধ্যমে যে তাপ বেরিয়ে যায়, তা বিদ্যুতের নির্ভরযোগ্য উৎসে রূপান্তর করা সম্ভব। একই বৈশিষ্ট্য পরবর্তী প্রজন্মের পারমাণবিক চুল্লি ও কেন্দ্রীভূত সৌরবিদ্যুৎকেন্দ্রের জন্যও কার্যকর; সেখানে দক্ষতার প্রতিটি শতাংশ খরচ কমাতে এবং মূল যন্ত্রাংশের আকার ছোট করতে পারে।

গুইঝৌয়ের প্রকল্পটি পরীক্ষাগারের বাইরে এই প্রযুক্তি কতটা কার্যকর, তারও পরীক্ষা। ইস্পাত উৎপাদন সবচেয়ে বেশি শক্তি-নির্ভর শিল্পগুলোর একটি। সিন্টারিং লাইন ও চুল্লি থেকে ৭০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসের (১২৯২ ডিগ্রি ফারেনহাইট) অনেক বেশি তাপমাত্রায় বিপুল পরিমাণ তাপ বের হয়। সেই তাপ কাজে লাগালে কারখানার জ্বালানি-ভারসাম্য উন্নত হয় এবং স্থানীয় গ্রিড থেকে বিদ্যুৎ নেওয়ার পরিমাণ কমতে পারে। বাষ্পচক্রের তুলনায় এতে পানির ব্যবহারও কমতে পারে, যা পানির সংকট রয়েছে এমন অঞ্চলে বিশেষভাবে উপকারী।

সুপারক্রিটিক্যাল CO2 বিদ্যুৎ কী এবং কেন তা গুরুত্বপূর্ণ

সুপারক্রিটিক্যাল কার্বন ডাই-অক্সাইড হলো এমন কার্বন ডাই-অক্সাইড, যা তার সংকটবিন্দুর চেয়ে বেশি তাপমাত্রা ও চাপে রাখা হয়; এই বিন্দু প্রায় ৩১ ডিগ্রি সেলসিয়াস ও ৭৪ বার। এই অবস্থায় এটি গ্যাস ও তরল—দুইয়েরই বৈশিষ্ট্যসম্পন্ন ঘন তরল। এর ঘনত্বের কারণে প্রকৌশলীরা ছোট আকারের টারবাইন ও তাপ বিনিময়ক তৈরি করতে পারেন। sCO2 বিদ্যুৎ ব্লকে তরলটি একটি বদ্ধ চক্রে চলাচল করে: কোনো উৎস থেকে তাপ শোষণ করে, টারবাইনের ভেতর প্রসারিত হয়ে জেনারেটর ঘোরায়, তারপর শীতলকের কাছে তাপ ছেড়ে সংকুচিত হয়ে আবার তাপের উৎসে ফিরে যায়। এই চক্রকে ব্রেটন চক্র বলা হয়। এটি জেট ইঞ্জিনে ব্যবহৃত গ্যাস টারবাইন চক্রের কাছাকাছি, তবে এখানে কার্যকরী তরল CO2 এবং চক্রের ভেতরে তাপ পুনর্ব্যবহারের জন্য রিকুপারেটর ব্যবহৃত হয়।

চক্রটি যেভাবে কাজ করে

ইস্পাত কারখানায় সিন্টারিং ও সংশ্লিষ্ট প্রক্রিয়া থেকে আসা গরম গ্যাস একটি তাপ বিনিময়কের মধ্য দিয়ে যায়, যা তাপ sCO2 চক্রে স্থানান্তর করে। উত্তপ্ত কার্বন ডাই-অক্সাইড টারবাইনের মধ্য দিয়ে প্রসারিত হয়ে জেনারেটর ঘোরায় এবং বিদ্যুৎ উৎপাদন করে। প্রসারণের পরও CO2-তে যথেষ্ট তাপ থাকে। তাই দক্ষতা বাড়াতে এটি একটি রিকুপারেটরের মধ্য দিয়ে যায়, যেখানে আগত প্রবাহকে আগেভাগে গরম করা হয়। এরপর তরলটি শীতলকে অবশিষ্ট তাপ ছেড়ে সংকুচিত হয় এবং প্রক্রিয়াটি পুনরাবৃত্তির জন্য তাপ বিনিময়কে ফিরে যায়। সংকটবিন্দুর কাছাকাছি CO2-কে সাধারণ গ্যাসের তুলনায় সহজে সংকুচিত করা যায় বলে এই চক্রে সংকোচনের জন্য কম শক্তি লাগে, যা নিট দক্ষতা বাড়াতে সহায়তা করে।

দক্ষতা ও আকারের সুবিধা

প্রচলিত বাষ্প র‍্যাঙ্কিন চক্র পরিণত ও নির্ভরযোগ্য, তবে খুব উচ্চ তাপমাত্রা ও চাপ ছাড়া এর দক্ষতা আর বাড়ে না এবং এর যন্ত্রাংশ বড় আকারের হয়। চীনের প্রকল্প ও আন্তর্জাতিক পরীক্ষামূলক প্রকল্পগুলোর প্রতিবেদন বলছে, উচ্চ তাপমাত্রায় চালিত sCO2 চক্রের তাপীয় দক্ষতা ৫০ শতাংশ ছাড়াতে পারে; একই ধরনের পরিস্থিতিতে আধুনিক বাষ্পচক্রের দক্ষতা প্রায় ৪০ শতাংশ। বর্জ্য তাপের ক্ষেত্রে সঠিক দক্ষতা নির্ভর করে উৎসের তাপমাত্রা ও যন্ত্রের নকশার ওপর। তবে sCO2 পদ্ধতিতে সেই তাপের আরও বেশি অংশ বিদ্যুতে রূপান্তর করা সম্ভব। CO2 বাষ্পের তুলনায় অনেক বেশি ঘন হওয়ায় যন্ত্রপাতিও ছোট হয়; একই বিদ্যুৎ উৎপাদন ক্ষমতায় টারবাইন ও পাইপের আকার অনেক কম হতে পারে।

ইস্পাত কারখানাই কেন আদর্শ তাপের উৎস

ইস্পাত কারখানায় সিন্টারিং, কোকিং ও গরম রোলিংয়ে বিপুল শক্তি ব্যয় হয়। সিন্টারিংয়ে সূক্ষ্ম আকরিককে একত্র করতে প্রায়ই ৭০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি তাপমাত্রা লাগে। এরপর চুল্লি ও বর্জ্য গ্যাসের চ্যানেল সেই তাপ প্রক্রিয়ার বাইরে নিয়ে যায়। একটি সুপারক্রিটিক্যাল CO2 চক্র মজবুত তাপ বিনিময়কের মাধ্যমে এই তাপপ্রবাহের একটি অংশ ধরে ফেলতে পারে এবং অন্যথায় নষ্ট হতো এমন শক্তির বড় অংশ পুনরুদ্ধার করতে পারে।

শিল্পকারখানায় এর বাড়তি সুবিধাও রয়েছে। বাষ্পব্যবস্থার তুলনায় sCO2 বিদ্যুৎ ব্লকে পানির ব্যবহার খুব কম, কারণ এতে বিপুল পরিমাণ বয়লার ফিডওয়াটার বা ভেজা শীতলীকরণ টাওয়ারের প্রয়োজন হয় না। কার্যকরী তরল হিসেবে CO2 তুলনামূলকভাবে নিষ্ক্রিয় এবং উচ্চ তাপমাত্রার বাষ্পের তুলনায় অনেক সংকর ধাতুকে কম ক্ষয় করে, যা কিছু উপকরণগত চ্যালেঞ্জ কমাতে পারে। চক্রটি বদ্ধ হওয়ায় স্বাভাবিক পরিচালনার সময় CO2 বাইরে ছাড়া হয় না। সামান্য CO2 কমে যেতে পারে, যা ব্যবস্থাপনা করতে হয়; তবে ব্যবস্থাটির জন্য নিয়মিত নতুন CO2 সরবরাহের প্রয়োজন নেই।

কারখানা পরিচালকের কাছে এসব বৈশিষ্ট্যের অর্থ হলো বিদ্যুৎ ব্লকের জন্য কম জায়গা, কম সহায়ক যন্ত্রপাতি এবং আরও নমনীয় পরিচালনা। বাষ্পব্যবস্থার তুলনায় এটি দ্রুত চালু ও বন্ধ করা যায়, যা দিনের বিভিন্ন সময়ে তাপমাত্রা বদলায় এমন প্রক্রিয়ার জন্য উপযোগী।

এটি কি পারমাণবিক ও সৌরবিদ্যুৎ উৎপাদনে সম্প্রসারণ করা সম্ভব

অনেক উন্নত চুল্লির নকশায় নির্গমন তাপমাত্রা sCO2 টারবাইনের উপযোগী। উচ্চ তাপমাত্রার গ্যাস চুল্লি, গলিত লবণ চুল্লি ও সোডিয়াম ফাস্ট রিঅ্যাক্টরের লক্ষ্যচুল্লির তাপমাত্রা চাপযুক্ত পানি চুল্লির চেয়ে বেশি, আর sCO2 সেই তাপ দক্ষতার সঙ্গে কাজে লাগাতে পারে। ছোট আকারের মডুলার চুল্লির জন্যও কমপ্যাক্ট টারবাইন উপযোগী, কারণ সেখানে জায়গা ও সরলতা অগ্রাধিকার পায়।

কেন্দ্রীভূত সৌরবিদ্যুতের ক্ষেত্রেও একই কথা প্রযোজ্য। এই পদ্ধতিতে গলিত লবণে তাপ জমা রাখা হয়, পরে তা বিদ্যুৎ ব্লকে পাঠানো হয়। সরবরাহকারীদের প্রস্তুতি ও পরিচালনগত আচরণ যাচাই করতে চীনের একটি প্রদর্শনী পরিকল্পনায় দুনহুয়াংয়ের প্রদর্শনী-পর্যায়ের সৌর টাওয়ার বিদ্যুৎকেন্দ্রকে বাষ্প থেকে sCO2 বিদ্যুৎ ব্লকে রূপান্তরের লক্ষ্য রয়েছে। এ প্রচেষ্টায় দুটি অপরিহার্য যন্ত্রাংশের গুরুত্ব উঠে এসেছে: নির্ভরযোগ্য গলিত লবণ-থেকে-CO2 তাপ বিনিময়ক এবং সংকটবিন্দুর কাছাকাছি CO2 সামলাতে সক্ষম কম্প্রেসর ব্যবস্থা। দুটিই কঠিন প্রকৌশলগত কাজ, তবে উপকরণ, সিল ও নিয়ন্ত্রণব্যবস্থার অগ্রগতি এগুলোকে বাস্তবায়নের কাছাকাছি নিয়ে আসছে।

বাস্তব বিদ্যুৎকেন্দ্রে তাপ বিনিময়ক ও টার্বোমেশিনারি টেকসই প্রমাণিত হলে বড় sCO2 বিদ্যুৎ ব্লক নির্মাণের পথ আরও স্পষ্ট হবে। সুবিধাগুলো আকর্ষণীয়: চক্রের দক্ষতা বাড়লে একই পরিমাণ গ্রিড বিদ্যুতের জন্য ছোট সৌরক্ষেত্র বা ছোট চুল্লিই যথেষ্ট হবে, আর পানির ব্যবহার কমলে কেন্দ্র স্থাপনের সীমাবদ্ধতাও কমবে।

চীন কীভাবে এটি নির্মাণ করেছে এবং প্রকল্পের নেপথ্যে কারা

গুইঝৌয়ের স্থাপনাটি CNNC-এর অংশ চায়না নিউক্লিয়ার পাওয়ার ইনস্টিটিউটের দীর্ঘমেয়াদি কর্মসূচির ফল। ইনস্টিটিউটটি এক দশকের বেশি সময় ধরে sCO2 চক্র, টারবাইন, বেয়ারিং, সিল ও নিয়ন্ত্রণব্যবস্থা নিয়ে কাজ করছে; যন্ত্রাংশের পরীক্ষা প্রকাশ করেছে এবং পরীক্ষামূলক ব্যবস্থা তৈরি করেছে। ভারী শিল্পে প্রকৌশলগত সংযুক্তির কাজে অংশীদার ছিল জিগাং ইন্টারন্যাশনাল ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যান্ড টেকনোলজি। হোস্ট প্রতিষ্ঠান শৌগাং শুইচেং স্টিল প্রকল্পের স্থান ও উচ্চমানের বর্জ্য তাপপ্রবাহে প্রবেশাধিকার দিয়েছে।

প্রতিটি ইউনিটের ক্ষমতা ১৫ মেগাওয়াট। দুটি ইউনিট ব্যবহার করলে একটি বিকল্প ব্যবস্থা থাকে এবং বাস্তব উৎপাদন পরিস্থিতিতে পরিচালকেরা নিয়ন্ত্রণ কৌশল পরীক্ষা করতে পারেন। CNNC প্রকল্পটিকে ভারী শিল্প ও বিদ্যুৎ উৎপাদনে ভবিষ্যৎ ইউনিট তৈরির ভিত্তি হিসেবে বর্ণনা করেছে। লক্ষ্য হলো এমন মডিউলকে মানসম্মত করা, যা বিভিন্ন স্থানে পুনরায় স্থাপন করা যাবে। এটি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ যন্ত্রপাতি বড় পরিসরে উৎপাদন ও সামান্য পরিবর্তনে স্থাপন করা গেলে বর্জ্য তাপ থেকে বিদ্যুৎ উৎপাদনের অর্থনৈতিক সুবিধা বাড়ে।

বিশেষজ্ঞদের বক্তব্য

চীনের বাইরে গবেষক দল ও শিল্পপ্রতিষ্ঠানগুলোও ধাপে ধাপে sCO2 যন্ত্রাংশ ও উপব্যবস্থার কার্যকারিতা প্রমাণ করছে। টেক্সাসে যুক্তরাষ্ট্রের জ্বালানি বিভাগের সহায়তায় এবং একটি কনসোর্টিয়ামের নেতৃত্বে পরিচালিত ১০ মেগাওয়াট বৈদ্যুতিক ক্ষমতার সুপারক্রিটিক্যাল ট্রান্সফরমেশনাল ইলেকট্রিক পাওয়ার (STEP) পরীক্ষামূলক কেন্দ্র ২০২৪ সালে প্রথম পর্যায় শেষ করে। এতে সমন্বিত টার্বোমেশিনারি ও নিয়ন্ত্রণব্যবস্থা নিয়ে পূর্ণ গতিতে পরিচালনা দেখানো হয়। এ কর্মসূচিতে সহায়তাকারী সাউথওয়েস্ট রিসার্চ ইনস্টিটিউটের গবেষকেরা একীভূত পরীক্ষার গুরুত্ব তুলে ধরেন, যেখানে কম্প্রেসর, টারবাইন, হিটার, শীতলক ও নিয়ন্ত্রণ সফটওয়্যার একসঙ্গে একটি বিদ্যুৎকেন্দ্র হিসেবে চলে।

চীনের পারমাণবিক খাত নিয়ে গবেষণাকারী কার্নেগি এনডাউমেন্ট ফর ইন্টারন্যাশনাল পিসের জ্যেষ্ঠ ফেলো মার্ক হিবস বলেন, প্রযুক্তিগত নেতৃত্ব দেখাতে চীন দ্রুত এগিয়ে চলেছে।

চীনারা খুব, খুব দ্রুত এগোচ্ছে। তারা বিশ্বকে দেখাতে খুবই আগ্রহী যে তাদের কর্মসূচি থামানো যাবে না।

টেক্সাসের পরীক্ষামূলক প্রকল্পে কাজ করা এবং সাউথওয়েস্ট রিসার্চ ইনস্টিটিউটের মেশিনারি বিভাগ পরিচালনাকারী টিম অ্যালিসন সমন্বিত sCO2 বিদ্যুৎ ব্লক পূর্ণ গতিতে চালানোর এই মাইলফলক সম্পর্কে বলেন:

সমন্বিত ব্যবস্থাটি চালানো একটি উল্লেখযোগ্য অর্জন। দলটির সফল যন্ত্রাংশভিত্তিক কমিশনিং কার্যক্রমের পর এটি সম্পন্ন হয়েছে এবং বিদ্যুৎকেন্দ্রের নিয়ন্ত্রণব্যবস্থা, কম্প্রেসর, তাপ বিনিময়ক, হিটার, টারবাইন ও CO2-এর মজুতসহ সব যন্ত্রপাতির সমন্বিত পরিচালনা দেখিয়েছে। এর পাশাপাশি স্থাপনাটির বিদ্যুৎ ও গ্যাস সরবরাহ এবং শীতলীকরণ পানির ব্যবস্থাও এতে অন্তর্ভুক্ত ছিল।

যেসব প্রকৌশলগত চ্যালেঞ্জ এখনো সমাধান করা বাকি

উচ্চ তাপমাত্রা ও গতিতে টেকসই, কমপ্যাক্ট এবং উচ্চ দক্ষতার টারবাইন তৈরি করাই প্রধান চ্যালেঞ্জ। একাডেমিক ও শিল্প গবেষণায় দেখা গেছে, টারবাইনের রোটর প্রতি মিনিটে প্রায় ৩০ হাজার থেকে ৪০ হাজার বার ঘুরতে পারে; এ সময় ব্লেড ও আবরণ ৬০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি তাপমাত্রার মুখে পড়ে। ভেতরের সিলিন্ডার ও রোটরে সাধারণত নিকেলভিত্তিক সংকর ধাতু এবং উন্নত ইস্পাত ব্যবহার করা হয়, আর চাপ ও খরচ সামলাতে বাইরের আবরণে ফেরিটিক ইস্পাত ব্যবহৃত হয়। শক্তি, ক্ষয় প্রতিরোধ ও তাপীয় প্রসারণের মধ্যে ভারসাম্য রাখতে হয়, যাতে যন্ত্রাংশের ফাঁক যথেষ্ট কম থাকে কিন্তু একে অপরের সঙ্গে ঘষা না লাগে।

সিল ও বেয়ারিংও সমান গুরুত্বপূর্ণ। শ্যাফট দিয়ে CO2 বেরিয়ে যাওয়া কমাতে ড্রাই গ্যাস সিল ব্যবহার করা হয়। তৈলাক্তকরণ ব্যবস্থা সহজ করা ও তাপজনিত সমস্যা এড়াতে কিছু নকশায় তেল বেয়ারিংয়ের বদলে গ্যাস বেয়ারিং ব্যবহারের বিষয়টি পরীক্ষা করা হচ্ছে। ২৫ মেগাওয়াট শ্রেণির একটি টারবাইন নিয়ে গবেষণায় দেখা গেছে, শীতলীকরণ গ্যাস অংশের ভেতরে ব্যালান্স পিস্টন বসালে রোটরের দৈর্ঘ্য কমে, লিকেজের পথ হ্রাস পায় এবং যান্ত্রিক ক্ষতি কমে। আরও কমপ্যাক্ট রোটর স্থিতিশীলতা বাড়ায় এবং আবরণ সরল করে। আরেকটি নকশায় তেল বেয়ারিংয়ের বদলে গ্যাস বেয়ারিং ব্যবহার করে শ্যাফটের দৈর্ঘ্য আরও কমানো হয়েছে এবং আলাদা শীতলীকরণ ও তৈলাক্তকরণ ব্যবস্থার প্রয়োজন দূর হয়েছে। এসব উন্নয়ন দক্ষতা ও নির্ভরযোগ্যতা বাড়াতে সহায়তা করে।

চক্রের ক্ষণস্থায়ী পরিবর্তনশীল অবস্থায় নিয়ন্ত্রণও সক্রিয় গবেষণার একটি ক্ষেত্র। ছোট আকারের পরীক্ষায় দেখা গেছে, পাম্পের গতি, তাপের সরবরাহ ও লোড বদলালে ব্যবস্থা স্থিতিশীল হওয়ার আগে চাপ ও প্রবাহে সাময়িক অতিরিক্ত বৃদ্ধি ঘটতে পারে। সর্বোচ্চ ক্ষমতা ও দক্ষতা পাওয়া যায় এমন স্থিতিশীল অঞ্চল শনাক্ত করতে প্রকৌশলীরা ভরপ্রবাহ, চাপের অনুপাত ও ঘূর্ণনগতির বিভিন্ন সমন্বয় নির্ধারণ করেন। একটি ছোট sCO2 টার্বোজেনারেটর পরীক্ষায় সর্বোত্তম পরিস্থিতিতে মোট দক্ষতা প্রায় ৫৯ শতাংশ মাপা হয় এবং কয়েক দশ কিলোওয়াট বৈদ্যুতিক আউটপুট পাওয়া যায়। এতে প্রযুক্তির সম্ভাবনার পাশাপাশি সূক্ষ্ম নিয়ন্ত্রণের প্রয়োজনও স্পষ্ট হয়।

শিল্পের ময়লাযুক্ত গ্যাস থেকে পরিচ্ছন্ন CO2 চক্রে শক্তি স্থানান্তরকারী তাপ বিনিময়ককে ময়লা জমা ও তাপীয় চাপ সহ্য করতে হয়। CO2 চক্রের ভেতরের রিকুপারেটরে বড় চাপপতন ছাড়াই তাপ পুনর্ব্যবহারের জন্য কমপ্যাক্ট ও উচ্চ পৃষ্ঠতল-ক্ষেত্রের নকশা দরকার। CO2-এর সংকটবিন্দুর কাছাকাছি কম্প্রেসরকে দক্ষতার সঙ্গে চালাতে হয়। এ অবস্থায় তাপমাত্রার সামান্য পরিবর্তনেও ঘনত্ব বদলে যেতে পারে এবং নিয়ন্ত্রণব্যবস্থা দ্রুত সাড়া না দিলে কার্যকারিতা কমতে পারে।

পরিবেশ ও নীতিগত গুরুত্ব

চীন ২০৩০ সালের আগে কার্বন নিঃসরণ সর্বোচ্চ পর্যায়ে নেওয়া এবং ২০৬০ সালের আগে কার্বন নিরপেক্ষতা অর্জনের অঙ্গীকার করেছে। ভারী শিল্পে ব্যবহৃত বিদ্যুৎকে পরিচ্ছন্ন করা এ পরিকল্পনার কেন্দ্রীয় অংশ। sCO2 দিয়ে বর্জ্য তাপ পুনরুদ্ধার দুইভাবে সহায়তা করে: জীবাশ্ম জ্বালানিনির্ভর গ্রিড থেকে কারখানার নিট বিদ্যুৎ চাহিদা কমায় এবং প্রচলিত বাষ্পচক্রে যে বিপুল শীতলীকরণ পানির দরকার হতো, তা কমায়। পারমাণবিক ও সৌরতাপ প্রকল্পে দক্ষতা বাড়লে পরিচ্ছন্ন বিদ্যুতের খরচ সরাসরি কমে।

কিছু বিশ্লেষক কার্বন ধারণের সঙ্গে সম্ভাব্য সমন্বয়ের কথাও বলেছেন। নীতিগতভাবে ধারণ করা CO2 বদ্ধ চক্রে কার্যকরী তরল হিসেবে সরবরাহ করা যেতে পারে, যা গ্যাসের একটি অংশকে উৎপাদনশীল কাজে লাগাবে। তবে টার্বোমেশিনারিকে সুরক্ষা দিতে ও ক্ষয় কমাতে বিদ্যুৎচক্রে পরিচ্ছন্ন, শুষ্ক CO2 দরকার; আর চক্রটি বদ্ধ হওয়ায় এতে নিয়মিত নতুন CO2 খরচ হয় না। কার্বন ধারণের সঙ্গে কোনো সমন্বয় হলে তা CO2-কে জ্বালানি হিসেবে পোড়ানো বা রূপান্তর করে কাঁচামাল হিসেবে ব্যবহারের বদলে যৌথভাবে পরিচালনা, সংরক্ষণ ও বিশুদ্ধকরণ প্রক্রিয়ায় সীমিত থাকবে।

নতুন এই জেনারেটর সম্পদসংকটের বিষয়টিও সামনে এনেছে। শীতলীকরণের পানি যেখানে দুর্লভ, সেই শুষ্ক অঞ্চলে পানির সাশ্রয় অনেক বেশি হতে পারে। কমপ্যাক্ট বিদ্যুৎ ব্লক জাহাজ বা দূরবর্তী শিল্পস্থাপনায় বসানো সম্ভব। এতে স্থাপনাতেই উৎপন্ন তাপকে সেখানকার বিদ্যুতে রূপান্তর করে জ্বালানি নিরাপত্তা বাড়ানো যায়।

বৈশ্বিক প্রতিযোগিতা ও পরবর্তী পদক্ষেপ

যুক্তরাষ্ট্র, ইউরোপ ও এশিয়ার দলগুলো sCO2 যন্ত্রাংশের নির্ভরযোগ্যতা ও বিদ্যুৎকেন্দ্রে একীভূত করার সক্ষমতা বাড়াচ্ছে। টেক্সাসের STEP প্রকল্প যন্ত্রাংশ কমিশনিং থেকে সমন্বিত পরিচালনায় গেছে এবং প্রথম পর্যায়ে বিদ্যুৎ উৎপাদন করেছে। এতে প্রযুক্তিটি বড় পরিসরে নেওয়া ও বারবার স্থাপনের ব্যাপারে আস্থা বাড়ছে। গুইঝৌয়ে চীনের গ্রিড-সংযুক্ত ইউনিটটি শিল্পপ্রক্রিয়ায় ব্যবহৃত প্রথম বাণিজ্যিক স্থাপনা। ইস্পাত উৎপাদনে বর্জ্য তাপ থেকে বিদ্যুৎ তৈরির সার্বক্ষণিক পরিচালনা, রক্ষণাবেক্ষণ চক্র ও অর্থনীতি সম্পর্কে এটি তথ্য দেবে।

এখন থেকে মাস ও বছরজুড়ে পরিচালনায় দাবিকৃত কার্যকারিতা বজায় থাকলে ইস্পাত ও সিমেন্ট কারখানায় আরও ইউনিট বসানোর সম্ভাবনা রয়েছে। কেন্দ্রীভূত সৌরবিদ্যুৎ প্রকল্পগুলো টারবাইন হলের আকার কমাতে ও উৎপাদন বাড়াতে sCO2 বিদ্যুৎ ব্লক মূল্যায়ন করছে। উন্নত চুল্লির নকশাকারীরা বাষ্পবিদ্যুৎকেন্দ্রের বড় যন্ত্রপাতির বদলে ছোট টারবাইন ও রিকুপারেটর ব্যবহারের পরিকল্পনা করছেন, যেখানে বিদ্যুৎ রূপান্তরের মানক ব্যবস্থা হবে sCO2। দূরবর্তী স্থানের জন্য ভ্রাম্যমাণ পারমাণবিক উৎসও কমপ্যাক্ট যন্ত্রপাতি থেকে সুবিধা পায়। একই ক্ষমতায় টারবাইনের আকার ছোট রাখতে CO2-এর ঘনত্ব সহায়তা করে।

যন্ত্রপাতির সরবরাহব্যবস্থা গুরুত্বপূর্ণ হবে। উচ্চ কার্যক্ষমতার তাপ বিনিময়ক, ড্রাই গ্যাস সিল ও উচ্চগতির জেনারেটর একাধিক সরবরাহকারীর কাছ থেকে পাওয়া দরকার। CO2 ব্যবহৃত ব্যবস্থায় চাপপাত্র, পাইপ ও সিলের নীতিমালা এবং মানদণ্ডকে আরও পরিণত হতে হবে। নিরাপদে চক্র পরিচালনা ও ত্রুটি নির্ণয়ে অপারেটরদের প্রশিক্ষণও বাণিজ্যিক সম্প্রসারণের অংশ হবে। ধারাবাহিকভাবে প্রদর্শনী ও একই নকশার পুনরাবৃত্তি হলে খরচ কমবে এবং বড় পরিসরে প্রযুক্তিটি গ্রহণে কারখানার মালিকদের আস্থা বাড়বে।

মূল কথা

• চীন গুইঝৌ প্রদেশের লিউপানশুইয়ের একটি ইস্পাত কারখানায় ১৫ মেগাওয়াট ক্ষমতার দুটি সুপারক্রিটিক্যাল CO2 ইউনিট গ্রিডে যুক্ত করেছে।
• ব্যবস্থাটি ইস্পাত সিন্টারিংয়ের বর্জ্য তাপ দিয়ে বিদ্যুৎ উৎপাদন করে; বাষ্পভিত্তিক ব্যবস্থার তুলনায় বর্জ্য তাপ রূপান্তরে অন্তত ৫০ শতাংশ বেশি কার্যকর বলে দাবি করা হয়েছে।
• sCO2 চক্রে সংকটবিন্দুর চেয়ে বেশি অবস্থায় থাকা CO2 একটি বদ্ধ চক্রে চলাচল করে, যা উচ্চ তাপমাত্রায় কমপ্যাক্ট টারবাইন ও বেশি দক্ষতা সম্ভব করে।
• বিদ্যুৎ ব্লকে পানির ব্যবহার কম এবং এটি অল্প জায়গায় বসানো যায়; তাই ভারী শিল্প, জাহাজ ও দূরবর্তী জ্বালানি ব্যবস্থার জন্য উপযোগী।
• উন্নত চুল্লি ও কেন্দ্রীভূত সৌরবিদ্যুৎকেন্দ্র sCO2 বিদ্যুৎ ব্লকের প্রধান সম্ভাব্য ব্যবহারক্ষেত্র, কারণ সেখানে চক্রটির প্রয়োজনীয় উচ্চ তাপমাত্রা পাওয়া যায়।
• প্রধান প্রকৌশলগত কাজের মধ্যে রয়েছে টেকসই তাপ বিনিময়ক, সংকটবিন্দুর কাছাকাছি দক্ষ কম্প্রেসর এবং মজবুত সিল ও বেয়ারিংযুক্ত উচ্চগতির টারবাইন।
• টেক্সাসে যুক্তরাষ্ট্রের একটি পরীক্ষামূলক প্রকল্প সমন্বিত ১০ মেগাওয়াট বৈদ্যুতিক ক্ষমতার sCO2 বিদ্যুৎকেন্দ্র চালিয়ে প্রথম পর্যায়ে বিদ্যুৎ উৎপাদন করেছে, যা চীনের বাইরেও অগ্রগতির প্রমাণ।
• শিল্পের বর্জ্য তাপকে sCO2 দিয়ে বিদ্যুতে রূপান্তরের ক্ষেত্রে চীনের প্রকল্পটি বাণিজ্যিক পরিসরের প্রথম তথ্য দেবে।
• পানি সাশ্রয় ও দক্ষতা বৃদ্ধি চীনের কার্বন নিঃসরণ সর্বোচ্চ পর্যায়ে নেওয়া ও কার্বন নিরপেক্ষতার লক্ষ্য অর্জনে সহায়তা করবে এবং ভারী শিল্পে জ্বালানির ব্যবহার উন্নত করবে।
• প্রযুক্তির সম্প্রসারণ নির্ভর করবে সরবরাহকারীদের প্রস্তুতি, পরিচালনাগত নির্ভরযোগ্যতা এবং একাধিক কারখানায় একই ব্যবস্থা স্থাপনের অর্থনৈতিক সম্ভাব্যতার ওপর।