বাংলা

টেকসই শক্তি উৎপাদনের জন্য শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ ব্যবস্থার সম্ভাবনা অন্বেষণ করুন। বিশ্বব্যাপী প্রযুক্তি, প্রয়োগ, চ্যালেঞ্জ এবং ভবিষ্যতের সম্ভাবনা সম্পর্কে জানুন।

মানব শক্তির ব্যবহার: শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ ব্যবস্থার একটি বিশ্বব্যাপী পর্যালোচনা

যে বিশ্বে টেকসই এবং নবায়নযোগ্য শক্তির উৎসের উপর ক্রমবর্ধমান মনোযোগ দেওয়া হচ্ছে, সেখানে অপ্রচলিত সম্পদ ব্যবহারের জন্য উদ্ভাবনী প্রযুক্তি আবির্ভূত হচ্ছে। এমনই একটি ক্ষেত্র যা আকর্ষণ অর্জন করছে তা হল শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ, যা মানব শক্তি আহরণ নামেও পরিচিত। এই ক্ষেত্রটি মানুষের শরীর দ্বারা ক্রমাগত নির্গত তাপ শক্তিকে ব্যবহারযোগ্য বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরিত করার সম্ভাবনা অন্বেষণ করে। এই নিবন্ধটি শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ ব্যবস্থার একটি বিশদ পর্যালোচনা প্রদান করে, যেখানে অন্তর্নিহিত প্রযুক্তি, বর্তমান প্রয়োগ, চ্যালেঞ্জ এবং বিশ্বব্যাপী দৃষ্টিকোণ থেকে ভবিষ্যতের সম্ভাবনাগুলো পরীক্ষা করা হয়েছে।

শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ কি?

শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ বলতে মানুষের শরীর দ্বারা উৎপাদিত তাপ শক্তিকে ধারণ করে বিদ্যুতে রূপান্তরিত করার প্রক্রিয়াকে বোঝায়। মানুষের শরীর বিশ্রামের সময় প্রায় ১০০ ওয়াট তাপ উৎপন্ন করে, যা মূলত বিপাকীয় প্রক্রিয়ার মাধ্যমে ঘটে। এই তাপ ক্রমাগত পারিপার্শ্বিক পরিবেশে ছড়িয়ে পড়ে, যা একটি সহজলভ্য, যদিও নিম্ন-গ্রেডের, শক্তির উৎস।

শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য সবচেয়ে প্রচলিত প্রযুক্তি হলো থার্মোইলেকট্রিক জেনারেটর (TEG)। TEG হলো সলিড-স্টেট ডিভাইস যা সিব্যাক প্রভাবের (Seebeck effect) উপর ভিত্তি করে তাপকে সরাসরি বিদ্যুতে রূপান্তরিত করে। এই প্রভাব অনুযায়ী, যখন দুটি ভিন্ন বৈদ্যুতিক পরিবাহী বা অর্ধপরিবাহীর মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য থাকে, তখন তাদের মধ্যে একটি ভোল্টেজের পার্থক্য তৈরি হয়। একটি TEG মানুষের শরীরের সংস্পর্শে রেখে এবং অন্য দিকটি শীতল পরিবেশে উন্মুক্ত করে, একটি তাপমাত্রার গ্রেডিয়েন্ট তৈরি হয়, যা বিদ্যুৎ উৎপাদন করে।

থার্মোইলেকট্রিক জেনারেটর কীভাবে কাজ করে

TEG-তে অসংখ্য ছোট থার্মোকাপল থাকে যা বৈদ্যুতিকভাবে সিরিজে এবং তাপীয়ভাবে সমান্তরালে সংযুক্ত থাকে। প্রতিটি থার্মোকাপল দুটি ভিন্ন অর্ধপরিবাহী পদার্থ, সাধারণত বিসমাথ টেলুরাইড (Bi2Te3) সংকর ধাতু দিয়ে গঠিত। এই পদার্থগুলো তাদের উচ্চ সিব্যাক সহগ এবং বৈদ্যুতিক পরিবাহিতার পাশাপাশি নিম্ন তাপীয় পরিবাহিতার জন্য বেছে নেওয়া হয়, যাতে ডিভাইসের কার্যকারিতা সর্বাধিক করা যায়।

যখন TEG-এর এক পাশ উত্তপ্ত হয় (যেমন, মানুষের শরীরের সংস্পর্শে) এবং অন্য পাশ ঠান্ডা করা হয় (যেমন, পরিপার্শ্বের বাতাসের সংস্পর্শে), তখন ইলেকট্রন এবং হোল (অর্ধপরিবাহীর চার্জ বাহক) গরম দিক থেকে ঠান্ডা দিকে চলে যায়। চার্জ বাহকগুলোর এই চলাচল প্রতিটি থার্মোকাপলের মধ্যে একটি ভোল্টেজের পার্থক্য তৈরি করে। একাধিক থার্মোকাপলের সিরিজ সংযোগ এই ভোল্টেজকে বিবর্ধিত করে, যার ফলে একটি ব্যবহারযোগ্য বৈদ্যুতিক আউটপুট পাওয়া যায়।

একটি TEG-এর কার্যকারিতা ডিভাইসের দুই প্রান্তের তাপমাত্রার পার্থক্য এবং অর্ধপরিবাহী পদার্থের বৈশিষ্ট্যের উপর নির্ভর করে। ফিগার অফ মেরিট (ZT) একটি মাত্রাহীন প্যারামিটার যা একটি থার্মোইলেকট্রিক পদার্থের কর্মক্ষমতা চিহ্নিত করে। উচ্চ ZT মান উন্নত থার্মোইলেকট্রিক কর্মক্ষমতা নির্দেশ করে। যদিও থার্মোইলেকট্রিক পদার্থের গবেষণায় উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি হয়েছে, TEG-এর কার্যকারিতা এখনও তুলনামূলকভাবে কম, সাধারণত ৫-১০% এর মধ্যে থাকে।

শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ ব্যবস্থার প্রয়োগ

শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ ব্যবস্থার সম্ভাব্য প্রয়োগের একটি বিস্তৃত পরিসর রয়েছে, বিশেষ করে পরিধানযোগ্য ইলেকট্রনিক্স, চিকিৎসা ডিভাইস এবং দূরবর্তী সেন্সিং-এর ক্ষেত্রে। এখানে কিছু মূল ক্ষেত্র উল্লেখ করা হলো যেখানে এই প্রযুক্তি অন্বেষণ করা হচ্ছে:

পরিধানযোগ্য ইলেকট্রনিক্স

শারীরিক তাপ বিদ্যুতের সবচেয়ে প্রতিশ্রুতিশীল প্রয়োগগুলোর মধ্যে একটি হলো পরিধানযোগ্য ইলেকট্রনিক্সকে শক্তি প্রদান করা। স্মার্টওয়াচ, ফিটনেস ট্র্যাকার এবং সেন্সরের মতো ডিভাইসগুলোর জন্য অবিচ্ছিন্ন শক্তি প্রয়োজন, যা প্রায়শই ব্যাটারির উপর নির্ভর করে যা নিয়মিত রিচার্জ বা প্রতিস্থাপন করতে হয়। শারীরিক তাপ-চালিত TEG এই ডিভাইসগুলোর জন্য একটি অবিচ্ছিন্ন এবং টেকসই শক্তির উৎস সরবরাহ করতে পারে, যা ব্যাটারি বা ঘন ঘন চার্জিংয়ের প্রয়োজনীয়তা দূর করে।

উদাহরণ:

চিকিৎসা ডিভাইস

শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ পেসমেকার এবং গ্লুকোজ মনিটরের মতো ইমপ্লান্টযোগ্য ডিভাইসগুলোকে শক্তি প্রদানের জন্যও ব্যবহার করা যেতে পারে। ইমপ্লান্টযোগ্য ডিভাইসে ব্যাটারি প্রতিস্থাপনের জন্য অস্ত্রোপচারের প্রয়োজন হয়, যা রোগীর জন্য ঝুঁকি তৈরি করে। শারীরিক তাপ-চালিত TEG এই ডিভাইসগুলোর জন্য একটি দীর্ঘস্থায়ী এবং নির্ভরযোগ্য শক্তির উৎস সরবরাহ করতে পারে, যা ব্যাটারি প্রতিস্থাপনের প্রয়োজন কমায় এবং রোগীর অবস্থার উন্নতি করে।

উদাহরণ:

দূরবর্তী সেন্সিং

শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ বিভিন্ন প্রয়োগে দূরবর্তী সেন্সরগুলোকে শক্তি প্রদানের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে, যেমন পরিবেশগত পর্যবেক্ষণ, শিল্প পর্যবেক্ষণ এবং নিরাপত্তা ব্যবস্থা। এই সেন্সরগুলো প্রায়শই দূরবর্তী বা দুর্গম স্থানে কাজ করে যেখানে ব্যাটারি প্রতিস্থাপন अव्यवहारिक। শারীরিক তাপ-চালিত TEG এই সেন্সরগুলোর জন্য একটি নির্ভরযোগ্য এবং টেকসই শক্তির উৎস সরবরাহ করতে পারে, যা অবিচ্ছিন্ন ডেটা সংগ্রহ এবং পর্যবেক্ষণ সক্ষম করে।

উদাহরণ:

অন্যান্য প্রয়োগ

উপরে উল্লিখিত প্রয়োগগুলো ছাড়াও, শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ ব্যবস্থা নিয়ে আরও অন্বেষণ করা হচ্ছে:

চ্যালেঞ্জ এবং সীমাবদ্ধতা

শারীরিক তাপ বিদ্যুতের সম্ভাব্য সুবিধা থাকা সত্ত্বেও, এই প্রযুক্তিটি ব্যাপকভাবে গৃহীত হওয়ার আগে বেশ কয়েকটি চ্যালেঞ্জ এবং সীমাবদ্ধতা মোকাবেলা করতে হবে:

নিম্ন দক্ষতা

TEG-এর কার্যকারিতা তুলনামূলকভাবে কম, সাধারণত ৫-১০% এর মধ্যে থাকে। এর মানে হলো তাপ শক্তির একটি ছোট অংশই বিদ্যুতে রূপান্তরিত হয়। পাওয়ার আউটপুট বাড়াতে এবং শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ ব্যবস্থাকে আরও ব্যবহারিক করতে TEG-এর কার্যকারিতা উন্নত করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

তাপমাত্রার পার্থক্য

একটি TEG দ্বারা উৎপাদিত শক্তির পরিমাণ গরম এবং ঠান্ডা দিকের তাপমাত্রার পার্থক্যের সমানুপাতিক। একটি উল্লেখযোগ্য তাপমাত্রার পার্থক্য বজায় রাখা চ্যালেঞ্জিং হতে পারে, বিশেষ করে উচ্চ পরিপার্শ্বিক তাপমাত্রার পরিবেশে বা যখন ডিভাইসটি পোশাক দ্বারা আবৃত থাকে। তাপমাত্রার পার্থক্য এবং পাওয়ার আউটপুট সর্বাধিক করার জন্য কার্যকর তাপ ব্যবস্থাপনা এবং ইনসুলেশন অপরিহার্য।

উপাদানের খরচ

TEG-তে ব্যবহৃত উপকরণ, যেমন বিসমাথ টেলুরাইড সংকর ধাতু, ব্যয়বহুল হতে পারে। শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ ব্যবস্থাকে আরও সাশ্রয়ী এবং সহজলভ্য করার জন্য এই উপকরণগুলোর খরচ কমানো গুরুত্বপূর্ণ। গবেষণা আরও প্রচুর এবং কম ব্যয়বহুল নতুন থার্মোইলেকট্রিক উপকরণ তৈরির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছে।

ডিভাইসের আকার এবং ওজন

TEG তুলনামূলকভাবে বড় এবং ভারী হতে পারে, যা পরিধানযোগ্য প্রয়োগের জন্য একটি সীমাবদ্ধতা হতে পারে। TEG-কে ছোট করা এবং তাদের ওজন কমানো দৈনন্দিন ব্যবহারের জন্য তাদের আরও আরামদায়ক এবং ব্যবহারিক করার জন্য গুরুত্বপূর্ণ। ছোট এবং হালকা TEG তৈরির জন্য নতুন মাইক্রোফ্যাব্রিকেশন কৌশল তৈরি করা হচ্ছে।

সংস্পর্শ প্রতিরোধ

TEG এবং মানবদেহের মধ্যে সংস্পর্শ প্রতিরোধ তাপ স্থানান্তরের কার্যকারিতা হ্রাস করতে পারে। পাওয়ার আউটপুট সর্বাধিক করার জন্য ডিভাইস এবং ত্বকের মধ্যে ভাল তাপীয় সংস্পর্শ নিশ্চিত করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এটি থার্মাল ইন্টারফেস উপকরণ এবং অপ্টিমাইজড ডিভাইস ডিজাইনের ব্যবহারের মাধ্যমে অর্জন করা যেতে পারে।

স্থায়িত্ব এবং নির্ভরযোগ্যতা

দৈনন্দিন ব্যবহারের কঠোরতা সহ্য করার জন্য TEG-কে টেকসই এবং নির্ভরযোগ্য হতে হবে। তাদের যান্ত্রিক চাপ, তাপমাত্রার ওঠানামা এবং আর্দ্রতা ও ঘামের সংস্পর্শ সহ্য করতে সক্ষম হওয়া উচিত। TEG-কে রক্ষা করতে এবং এর দীর্ঘমেয়াদী কর্মক্ষমতা নিশ্চিত করার জন্য সঠিক এনক্যাপসুলেশন এবং প্যাকেজিং অপরিহার্য।

বিশ্বব্যাপী গবেষণা ও উন্নয়ন প্রচেষ্টা

শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ ব্যবস্থার চ্যালেঞ্জ এবং সীমাবদ্ধতাগুলো কাটিয়ে উঠতে এবং তাদের সম্পূর্ণ সম্ভাবনা উন্মোচন করতে বিশ্বব্যাপী উল্লেখযোগ্য গবেষণা ও উন্নয়ন প্রচেষ্টা চলছে। এই প্রচেষ্টাগুলো নিবদ্ধ রয়েছে:

থার্মোইলেকট্রিক উপকরণের উন্নতি

গবেষকরা উচ্চতর ZT মানসহ নতুন থার্মোইলেকট্রিক উপকরণ অন্বেষণ করছেন। এর মধ্যে রয়েছে নতুন সংকর ধাতু, ন্যানোস্ট্রাকচার এবং যৌগিক উপকরণ তৈরি করা। উদাহরণস্বরূপ, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের নর্থওয়েস্টার্ন বিশ্ববিদ্যালয়ের বিজ্ঞানীরা একটি নমনীয় থার্মোইলেকট্রিক উপাদান তৈরি করেছেন যা পোশাকে একত্রিত করা যেতে পারে। ইউরোপে, ইউরোপীয় থার্মোইলেকট্রিক সোসাইটি (ETS) একাধিক দেশে গবেষণা প্রচেষ্টার সমন্বয় করে।

ডিভাইস ডিজাইনের অপ্টিমাইজেশন

গবেষকরা তাপ স্থানান্তর সর্বাধিক করতে এবং তাপীয় ক্ষতি কমাতে TEG-এর ডিজাইন অপ্টিমাইজ করছেন। এর মধ্যে রয়েছে উন্নত হিট সিঙ্ক, মাইক্রোফ্লুইডিক কুলিং সিস্টেম এবং নতুন ডিভাইস আর্কিটেকচারের ব্যবহার। জাপানের টোকিও বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকরা একটি মাইক্রো-টিইজি তৈরি করেছেন যা পরিধানযোগ্য সেন্সরে একত্রিত করা যেতে পারে। এছাড়াও, দক্ষিণ কোরিয়ার বিভিন্ন গবেষণা দল পরিধানযোগ্য প্রয়োগের জন্য নমনীয় TEG ডিজাইনের উপর কাজ করছে।

নতুন প্রয়োগের উন্নয়ন

গবেষকরা স্বাস্থ্যসেবা, পরিবেশগত পর্যবেক্ষণ এবং শিল্প অটোমেশনের মতো বিভিন্ন ক্ষেত্রে শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ ব্যবস্থার জন্য নতুন প্রয়োগ অন্বেষণ করছেন। এর মধ্যে রয়েছে স্ব-চালিত চিকিৎসা ডিভাইস, বেতার সেন্সর এবং IoT ডিভাইস তৈরি করা। উদাহরণস্বরূপ, হরাইজন ২০২০ (Horizon 2020) প্রোগ্রামের অধীনে ইউরোপীয় কমিশন দ্বারা অর্থায়িত প্রকল্পগুলো স্বাস্থ্যসেবায় পরিধানযোগ্য ডিভাইসগুলোর জন্য শক্তি আহরণের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে।

খরচ কমানো

গবেষকরা আরও প্রচুর এবং কম ব্যয়বহুল উপকরণ ব্যবহার করে এবং আরও দক্ষ উৎপাদন প্রক্রিয়া তৈরি করে TEG-এর খরচ কমানোর জন্য কাজ করছেন। এর মধ্যে রয়েছে অ্যাডিটিভ ম্যানুফ্যাকচারিং কৌশল, যেমন 3D প্রিন্টিং, ব্যবহার করে জটিল জ্যামিতি এবং অপ্টিমাইজড কর্মক্ষমতাসহ TEG তৈরি করা। চীনে, সরকার আমদানি করা উপকরণের উপর নির্ভরতা কমাতে থার্মোইলেকট্রিক উপকরণ গবেষণায় প্রচুর বিনিয়োগ করছে।

ভবিষ্যতের সম্ভাবনা

শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ ব্যবস্থার ভবিষ্যৎ প্রতিশ্রুতিশীল দেখাচ্ছে, যেখানে বৃদ্ধি এবং উদ্ভাবনের জন্য উল্লেখযোগ্য সম্ভাবনা রয়েছে। যেহেতু থার্মোইলেকট্রিক উপকরণ এবং ডিভাইস প্রযুক্তি উন্নত হতে থাকবে, আশা করা যায় যে শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ পরিধানযোগ্য ইলেকট্রনিক্স, চিকিৎসা ডিভাইস এবং অন্যান্য প্রয়োগে শক্তি প্রদানে ক্রমবর্ধমান গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করবে। ইলেকট্রনিক্সের আকার এবং খরচ কমার সাথে সাথে স্ব-চালিত ডিভাইসের ক্রমবর্ধমান চাহিদা শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ ব্যবস্থার গ্রহণকে আরও বাড়িয়ে তুলবে।

লক্ষ্য রাখার মূল প্রবণতা:

উপসংহার

শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ ব্যবস্থা মানবদেহ দ্বারা উৎপাদিত তাপ শক্তিকে কাজে লাগিয়ে ব্যবহারযোগ্য বিদ্যুতে রূপান্তরিত করার একটি প্রতিশ্রুতিশীল প্রযুক্তি। যদিও উল্লেখযোগ্য চ্যালেঞ্জ রয়ে গেছে, চলমান গবেষণা ও উন্নয়ন প্রচেষ্টা বিভিন্ন প্রয়োগে এই প্রযুক্তির ব্যাপক গ্রহণের পথ প্রশস্ত করছে। যেহেতু থার্মোইলেকট্রিক উপকরণ এবং ডিভাইস প্রযুক্তি উন্নত হতে থাকবে, শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ টেকসই শক্তি এবং পরিধানযোগ্য ইলেকট্রনিক্সের ভবিষ্যতে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করার সম্ভাবনা রাখে, যা আমরা কীভাবে আমাদের ডিভাইসগুলোকে শক্তি দিই এবং আমাদের স্বাস্থ্য পর্যবেক্ষণ করি তার উপর বিশ্বব্যাপী প্রভাব ফেলবে।

মানব শক্তির ব্যবহার: শারীরিক তাপ বিদ্যুৎ ব্যবস্থার একটি বিশ্বব্যাপী পর্যালোচনা | MLOG