ফুকুওকায় জাপানের প্রথম অসমোটিক বিদ্যুৎকেন্দ্র: নবায়নযোগ্য জ্বালানির নতুন যুগ

জাপানের প্রথম অসমোটিক বিদ্যুৎকেন্দ্র: লবণাক্ততার শক্তিকে কাজে লাগানো

নবায়নযোগ্য জ্বালানির ক্ষেত্রে এক উল্লেখযোগ্য অর্জন হিসেবে জাপানের ফুকুওকা প্রিফেকচারে দেশটির প্রথম অসমোটিক বিদ্যুৎকেন্দ্র চালু হয়েছে। ফুকুওকা জেলা পানি সরবরাহ কর্তৃপক্ষ পরিচালিত এই উদ্ভাবনী স্থাপনাটি ২০২৫ সালের আগস্টের শুরুতে কার্যক্রম শুরু করে। ২০২৩ সালে ডেনমার্কের পথিকৃৎ উদ্যোগের পর, ব্যবহারিক পর্যায়ে এই প্রযুক্তি চালু করা বিশ্বের দ্বিতীয় দেশ হলো জাপান। কেন্দ্রটির উদ্বোধনকে বিশ্বের পরিচ্ছন্ন জ্বালানির উৎসের বৈচিত্র্য বাড়ানো এবং জলবায়ু পরিবর্তন ও জ্বালানি নিরাপত্তার চ্যালেঞ্জ মোকাবিলায় গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ হিসেবে দেখা হচ্ছে।

অসমোটিক বিদ্যুৎ, যা লবণাক্ততার পার্থক্যনির্ভর বিদ্যুৎ হিসেবেও পরিচিত, সমুদ্রের পানি ও মিঠা পানির লবণের ঘনত্বের স্বাভাবিক পার্থক্য কাজে লাগিয়ে বিদ্যুৎ উৎপাদন করে। ফুকুওকার কেন্দ্রটি বছরে ৮ লাখ ৮০ হাজার কিলোওয়াট-ঘণ্টা (kWh) বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য নকশা করা হয়েছে, যা প্রায় ৩০০টি পরিবারের চাহিদা মেটানোর জন্য যথেষ্ট। এই বিদ্যুৎ মূলত স্থানীয় একটি লবণমুক্তকরণ স্থাপনার কাজে লাগবে, ফলে ফুকুওকা শহর ও আশপাশের এলাকায় মিঠা পানির স্থিতিশীল সরবরাহ নিশ্চিত হবে।

অসমোটিক বিদ্যুৎ কীভাবে কাজ করে?

অসমোটিক বিদ্যুৎ উৎপাদন অসমোসিসের নীতির ওপর ভিত্তি করে কাজ করে। এটি একটি স্বাভাবিক প্রক্রিয়া, যেখানে পানি অর্ধভেদ্য ঝিল্লি পেরিয়ে কম দ্রবীভূত পদার্থের ঘনত্বযুক্ত স্থান (মিঠা পানি) থেকে বেশি ঘনত্বযুক্ত স্থানে (সমুদ্রের পানি) প্রবাহিত হয়। ফুকুওকার কেন্দ্রে পয়ঃশোধনাগারে পরিশোধিত পানি ও ঘনীভূত সমুদ্রের পানিকে একটি বিশেষ ঝিল্লি দিয়ে আলাদা রাখা হয়। এই ঝিল্লি শুধু পানির অণু পার হতে দেয় এবং অমেধ্য ও লবণ আটকে রাখে।

মিঠা পানি ঝিল্লি পেরিয়ে বেশি লবণাক্ত সমুদ্রের পানিতে প্রবেশ করলে চাপের পার্থক্য তৈরি হয়। এই চাপ কাজে লাগিয়ে টারবাইন ঘোরানো হয়, যা জেনারেটর চালিয়ে বিদ্যুৎ উৎপাদন করে। পুরো প্রক্রিয়াটি ভৌত; এতে দহন বা রাসায়নিক বিক্রিয়া ঘটে না। তাই এটি শূন্য-নির্গমন প্রযুক্তি।

ফুকুওকা কেন্দ্রের প্রধান বৈশিষ্ট্য

• নিয়মিত বিদ্যুৎ উৎপাদন: সৌর বা বায়ুশক্তির মতো নয়, অসমোটিক বিদ্যুৎ আবহাওয়া বা দিনের সময়ের ওপর নির্ভরশীল নয়। ফলে বিদ্যুৎ উৎপাদন স্থিতিশীল ও পূর্বানুমানযোগ্য।
• কার্বন নিঃসরণ শূন্য: এই প্রক্রিয়ায় কার্বন ডাই-অক্সাইড বা অন্য কোনো গ্রিনহাউস গ্যাস নির্গত হয় না, যা জাপানের কার্বনমুক্তির লক্ষ্যে অবদান রাখে।
• পানি অবকাঠামোর সঙ্গে সমন্বয়: কেন্দ্রটি একটি লবণমুক্তকরণ স্থাপনার পাশে অবস্থিত। এতে সমন্বিত একটি ব্যবস্থা তৈরি হয়েছে, যা সম্পদের সর্বোচ্চ দক্ষ ব্যবহার নিশ্চিত করে।

কেন ফুকুওকা? স্থানীয় ও বৈশ্বিক প্রেক্ষাপট

জাপানের দক্ষিণ-পশ্চিম উপকূলে অবস্থিত ফুকুওকা অসমোটিক বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য আদর্শ স্থান। এর কারণ, এখানে সমুদ্রের পানি এবং পর্যাপ্ত পরিমাণে পরিশোধিত মিঠা পানি—দুই-ই সহজলভ্য। উন্নত পয়ঃশোধন ও লবণমুক্তকরণ স্থাপনাসহ এই অঞ্চলের বিদ্যমান পানি অবকাঠামো নতুন প্রযুক্তিটি যুক্ত করার শক্ত ভিত্তি তৈরি করেছে।

কেন্দ্রটি নির্মাণে ফুকুওকা জেলা পানি সরবরাহ কর্তৃপক্ষ প্রায় ৭০ কোটি ইয়েন বিনিয়োগ করেছে। এতে স্থানীয় অঙ্গীকারের পাশাপাশি নবায়নযোগ্য জ্বালানির সমাধান এগিয়ে নিতে জাতীয় পর্যায়ের আগ্রহও প্রতিফলিত হয়েছে। প্রকল্পটির সফল যাত্রা লবণাক্ততার পার্থক্যনির্ভর বিদ্যুতের ব্যবহারিক প্রয়োগে জাপানকে নেতৃত্বের অবস্থানে রেখেছে এবং বিশ্বজুড়ে এ ধরনের উদ্যোগে অনুপ্রেরণা জোগাতে পারে।

লবণাক্ততার পার্থক্যনির্ভর বিদ্যুতের বিজ্ঞান

মিঠা পানি ও সমুদ্রের পানি মিশিয়ে শক্তি উৎপাদনের ধারণা নিয়ে কয়েক দশক ধরে গবেষণা চলছে। এ ক্ষেত্রে সবচেয়ে উল্লেখযোগ্য দুটি প্রযুক্তি হলো প্রেশার রিটার্ডেড অসমোসিস (PRO) এবং রিভার্স ইলেকট্রোডায়ালাইসিস (RED)। ফুকুওকার কেন্দ্রটি PRO পদ্ধতি ব্যবহার করে। কাছাকাছি এলাকায় প্রচুর মিঠা পানি ও সমুদ্রের পানি পাওয়া যায়—এমন স্থানের জন্য এই পদ্ধতি বিশেষভাবে উপযোগী।

প্রেশার রিটার্ডেড অসমোসিস (PRO)

PRO পদ্ধতিতে একটি অর্ধভেদ্য ঝিল্লি মিঠা পানি ও সমুদ্রের পানিকে আলাদা রাখে। মিঠা পানির দিক থেকে লবণাক্ত পানির দিকে পানি প্রবাহিত হলে লবণাক্ত পানির দিকে চাপ বেড়ে যায়। এরপর এই চাপ কাজে লাগিয়ে টারবাইন চালানো হয় এবং বিদ্যুৎ উৎপাদিত হয়। প্রক্রিয়াটির দক্ষতা কয়েকটি বিষয়ের ওপর নির্ভর করে:

• ঝিল্লির কার্যকারিতা: ঝিল্লিকে লবণ ও অমেধ্য আটকে রেখে পানি পার হতে দিতে হয়। বড় পরিসরে PRO-কে কার্যকর করে তুলতে ঝিল্লি প্রযুক্তির অগ্রগতি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা রেখেছে।
• অসমোটিক চাপের পার্থক্য: লবণের ঘনত্বের পার্থক্য যত বেশি হবে, কাজে লাগানোর মতো সম্ভাব্য শক্তিও তত বেশি হবে।
• তাপমাত্রা: বেশি তাপমাত্রায় পানির প্রবাহ এবং বিদ্যুৎ ঘনত্ব বাড়তে পারে। ক্লোজড-লুপ PRO ব্যবস্থা নিয়ে বৈজ্ঞানিক গবেষণায়ও এর প্রমাণ পাওয়া গেছে।

ScienceDirect-এ প্রকাশিত গবেষণা অনুযায়ী, অনুকূল পরিস্থিতিতে 20 W/m²-এর বেশি বিদ্যুৎ ঘনত্ব অর্জন করা হয়েছে। ঝিল্লির উপকরণ ও ব্যবস্থার নকশায় চলমান উন্নয়ন কর্মক্ষমতা আরও বাড়াবে বলে আশা করা হচ্ছে।

ধারণা থেকে বাস্তবায়ন: কারিগরি ও অর্থনৈতিক চ্যালেঞ্জ মোকাবিলা

অসমোটিক বিদ্যুতের ধারণা নতুন না হলেও বাস্তবে তা চালু করতে উল্লেখযোগ্য বাধার মুখে পড়তে হয়েছে। প্রাথমিক পরীক্ষাগুলো ঝিল্লিতে ময়লা জমা, কম বিদ্যুৎ ঘনত্ব এবং উপকরণের উচ্চমূল্যের কারণে সীমিত ছিল। তবে সাম্প্রতিক অগ্রগতিতে এসব সমস্যার অনেকগুলোই সমাধান হয়েছে:

• উন্নত ঝিল্লি: আধুনিক ঝিল্লি আগের চেয়ে বেশি নির্বাচক, টেকসই এবং ময়লা জমার বিরুদ্ধে প্রতিরোধী। ফলে দীর্ঘদিন চালানো যায় এবং দক্ষতাও বাড়ে।
• ব্যবস্থার সমন্বয়: বিদ্যমান পানি শোধন ও লবণমুক্তকরণ স্থাপনার সঙ্গে অসমোটিক বিদ্যুৎকেন্দ্র যুক্ত করলে পরিচালকেরা বিদ্যমান অবকাঠামো কাজে লাগাতে পারেন এবং খরচ কমাতে পারেন।
• অর্থনৈতিক কার্যকারিতা: ফুকুওকা কেন্দ্রের বছরে ৮ লাখ ৮০ হাজার kWh বিদ্যুৎ উৎপাদনের লক্ষ্যমাত্রা দেখায়, পানি সরবরাহ কার্যক্রমের সঙ্গে যুক্ত হলে অসমোটিক বিদ্যুৎ স্থানীয় জ্বালানির চাহিদা পূরণে অর্থবহ অবদান রাখতে পারে।

এই অগ্রগতি সত্ত্বেও অসমোটিক বিদ্যুৎ এখনো বাণিজ্যিক ব্যবহারের প্রাথমিক পর্যায়ে রয়েছে। বড় স্থাপনা নির্মাণ এবং জাতীয় বিদ্যুৎ গ্রিডে যুক্ত করতে অব্যাহত বিনিয়োগ, গবেষণা ও নীতিগত সহায়তা প্রয়োজন হবে।

বৈশ্বিক গুরুত্ব: নবায়নযোগ্য জ্বালানি ও জলবায়ু সহনশীলতা

বিশ্ব যখন জলবায়ু পরিবর্তন ও জ্বালানি নিরাপত্তার দ্বিমুখী চ্যালেঞ্জ মোকাবিলা করছে, তখনই ফুকুওকার অসমোটিক বিদ্যুৎকেন্দ্র চালু হলো। জীবাশ্ম জ্বালানি ও পারমাণবিক শক্তির মতো প্রচলিত বিদ্যুৎ উৎস পরিবেশের ওপর প্রভাব এবং চরম আবহাওয়ার ঘটনায় ঝুঁকির কারণে ক্রমবর্ধমান যাচাই-বাছাইয়ের মুখে পড়ছে।

উদাহরণস্বরূপ, ইউরোপে সাম্প্রতিক তাপপ্রবাহ তাপবিদ্যুৎকেন্দ্রের সীমাবদ্ধতা সামনে এনেছে। এসব কেন্দ্র শীতলীকরণের জন্য প্রায়ই নদীর পানির ওপর নির্ভর করে। তাপমাত্রা বেশি হলে তাদের দক্ষতা কমতে পারে, এমনকি কেন্দ্র বন্ধও রাখতে হতে পারে; ২০২৫ সালের গ্রীষ্মে ফ্রান্সে এমনটি দেখা গেছে। সৌর ও বায়ুশক্তির মতো নবায়নযোগ্য উৎসের উৎপাদনও আবহাওয়ার ওপর নির্ভর করে ওঠানামা করে।

অসমোটিক বিদ্যুতের একটি অনন্য সুবিধা রয়েছে: এটি আবহাওয়ার ওপর নির্ভরশীল নয় এবং অন্যান্য নবায়নযোগ্য জ্বালানির পরিপূরক হিসেবে স্থিতিশীল বিদ্যুৎ সরবরাহ করতে পারে। মিঠা পানি ও সমুদ্রের পানি মেশার স্বাভাবিক শক্তিকে কাজে লাগিয়ে উপযুক্ত ভৌগোলিক অবস্থানের দেশগুলো জ্বালানি ব্যবস্থার সহনশীলতা বাড়াতে এবং কার্বননির্ভর উৎসের ওপর নির্ভরতা কমাতে পারে।

বিশেষজ্ঞদের দৃষ্টিভঙ্গি ও ভবিষ্যৎ সম্ভাবনা

অসমোটিক বিদ্যুতের শীর্ষস্থানীয় বিশেষজ্ঞ এবং ইনস্টিটিউট অব সায়েন্স টোকিওর ইমেরিটাস অধ্যাপক আকিহিকো তানিওকা এই প্রযুক্তির বৈশ্বিক সম্ভাবনা নিয়ে আশাবাদ ব্যক্ত করেছেন। তিনি বলেন:

এটিকে বাস্তবে ব্যবহারযোগ্য করে তুলতে পেরেছি বলে আমি অভিভূত। আশা করি এটি শুধু জাপানে নয়, সারা বিশ্বে ছড়িয়ে পড়বে।

প্রকৌশলী ও নীতিনির্ধারকেরাও তাঁর এই আশাবাদের সঙ্গে একমত। তাঁদের কাছে অসমোটিক বিদ্যুৎ নবায়নযোগ্য জ্বালানির মিশ্রণে যুক্ত হওয়ার একটি সম্ভাবনাময় উৎস। আবহাওয়া বা দিনের আলোর ওপর নির্ভর না করে সার্বক্ষণিক কাজ করার ক্ষমতা বেশি পানি পাওয়া যায় এবং জ্বালানির চাহিদা বেশি—এমন অঞ্চলের জন্য প্রযুক্তিটিকে বিশেষভাবে আকর্ষণীয় করে তুলেছে।

আন্তর্জাতিক পর্যায়ে ২০২৩ সালে ডেনমার্কে অসমোটিক বিদ্যুতের সফল ব্যবহার প্রযুক্তিটির কার্যকারিতা প্রমাণ করেছে। এ ক্ষেত্রে জাপানের অংশগ্রহণও ক্রমবর্ধমান গতি নির্দেশ করছে। আরও দেশ গবেষণা ও পরীক্ষামূলক প্রকল্পে বিনিয়োগ করলে অসমোটিক বিদ্যুতের খরচ কমবে এবং দক্ষতা বাড়বে বলে আশা করা হচ্ছে, যা এর ব্যাপক ব্যবহার সম্প্রসারণের পথ তৈরি করবে।

অসমোটিক বিদ্যুৎ ও পানি-জ্বালানির চক্রাকার সম্পর্ক

পানি শোধন ও লবণমুক্তকরণ স্থাপনার সঙ্গে অসমোটিক বিদ্যুতের সমন্বয় পানি-জ্বালানির পারস্পরিক সম্পর্কের একটি উদীয়মান ধারণার দৃষ্টান্ত। Nature-এ প্রকাশিত একটি পর্যালোচনা অনুযায়ী, বর্জ্যপানি শোধনাগার (WWTP) অ্যানায়েরোবিক ডাইজেশন, লবণাক্ততার পার্থক্য থেকে শক্তি পুনরুদ্ধার এবং ফুয়েল সেলের মতো প্রযুক্তি গ্রহণ করে নিট জ্বালানি উৎপাদক হয়ে উঠতে পারে।

পরিশোধিত বর্জ্যপানি থেকে শক্তি আহরণ এবং স্থাপনাতেই নবায়নযোগ্য জ্বালানির সর্বোচ্চ উৎপাদন নিশ্চিত করলে বর্জ্যপানি শোধনাগারগুলো কার্বন নিঃসরণ কমাতে এবং চক্রাকার অর্থনীতিতে অবদান রাখতে পারে। অসমোটিক বিদ্যুৎ উৎপাদনে পরিশোধিত পয়ঃবর্জ্যের পানি ব্যবহার করে ফুকুওকা কেন্দ্রটি এই পদ্ধতির একটি বাস্তব উদাহরণ তৈরি করেছে। এতে বর্জ্যপ্রবাহকে মূল্যবান জ্বালানি সম্পদে রূপান্তর করা হচ্ছে।

চ্যালেঞ্জ ও সামনের পথ

সম্ভাবনা থাকলেও অসমোটিক বিদ্যুতের ব্যাপক ব্যবহার নিশ্চিত করতে বেশ কয়েকটি চ্যালেঞ্জ মোকাবিলা করতে হবে:

• ভৌগোলিক সীমাবদ্ধতা: এই প্রযুক্তির জন্য বিপুল পরিমাণ মিঠা পানি ও সমুদ্রের পানির নাগাল দরকার। ফলে উপযুক্ত অবকাঠামোসহ উপকূলীয় অঞ্চলেই এর ব্যবহার সীমিত থাকে।
• ঝিল্লির খরচ ও স্থায়িত্ব: উচ্চ কার্যক্ষমতাসম্পন্ন ঝিল্লির দাম এখনো তুলনামূলক বেশি। বাস্তব পরিস্থিতিতে দীর্ঘমেয়াদে এগুলোর স্থায়িত্বও সক্রিয় গবেষণার বিষয়।
• পরিসর ও সমন্বয়: পরীক্ষামূলক কেন্দ্র থেকে বড় পরিসরের বিদ্যুৎকেন্দ্রে যেতে উল্লেখযোগ্য বিনিয়োগ এবং বিদ্যমান জ্বালানি ও পানি ব্যবস্থার সঙ্গে সতর্ক সমন্বয় প্রয়োজন।
• নীতিগত ও বাজার-সহায়তা: উদ্ভাবন ও বাণিজ্যিক ব্যবহার এগিয়ে নিতে সরকারি প্রণোদনা, গবেষণায় অর্থায়ন এবং সহায়ক নিয়ন্ত্রক কাঠামো অপরিহার্য।

তবে ফুকুওকা কেন্দ্রের সফল কার্যক্রম দেখিয়েছে, এসব চ্যালেঞ্জ অতিক্রম করা অসম্ভব নয়। অসমোটিক বিদ্যুতের পূর্ণ সম্ভাবনা কাজে লাগাতে গবেষক, শিল্পখাত ও সরকারের অব্যাহত সহযোগিতা গুরুত্বপূর্ণ হবে।

সংক্ষেপে

• জাপানের প্রথম অসমোটিক বিদ্যুৎকেন্দ্র ২০২৫ সালের আগস্টে ফুকুওকায় কার্যক্রম শুরু করে। ডেনমার্কের পর এই প্রযুক্তি ব্যবহারকারী বিশ্বের দ্বিতীয় দেশ হলো জাপান।
• সমুদ্রের পানি ও মিঠা পানির লবণের ঘনত্বের পার্থক্য কাজে লাগিয়ে কেন্দ্রটি বিদ্যুৎ উৎপাদন করে। স্থানীয় পানি অবকাঠামোতে সরবরাহের জন্য বছরে ৮ লাখ ৮০ হাজার kWh বিদ্যুৎ উৎপাদন করে।
• অসমোটিক বিদ্যুৎ একটি স্থিতিশীল, শূন্য-নির্গমন নবায়নযোগ্য জ্বালানি উৎস, যা আবহাওয়া বা দিনের সময়ের দ্বারা প্রভাবিত হয় না।
• ঝিল্লি প্রযুক্তি ও ব্যবস্থার সমন্বয়ে অগ্রগতির ফলে প্রযুক্তিটির ব্যবহারিক প্রয়োগ সম্ভব হয়েছে। তবে বড় পরিসরে সম্প্রসারণ ও খরচ কমানোর চ্যালেঞ্জ রয়ে গেছে।
• ফুকুওকা কেন্দ্রটি পানি-জ্বালানির চক্রাকার সম্পর্কের দৃষ্টান্ত, যেখানে পরিশোধিত বর্জ্যপানিকে পরিচ্ছন্ন জ্বালানির উৎসে রূপান্তর করা হচ্ছে।
• বিশেষজ্ঞদের মতে, বিশেষ করে যেসব অঞ্চলে প্রচুর পানি রয়েছে, সেখানে বৈশ্বিক কার্বনমুক্তির প্রচেষ্টায় অসমোটিক বিদ্যুৎ গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা রাখতে পারে।