শক্তি নিয়ে প্রাথমিক প্যাঁচাল

নবায়নযোগ্য শক্তি নিয়ে আগে এক পোস্টে গলা খাঁকারি দেবার পর আগ্রহী সচলরা আমাকে অশেষ উপকৃত করেছেন তাঁদের জিজ্ঞাস্য নানা বিষয় সম্পর্কে মূল্যবান মন্তব্য রেখে। কিছুটা তারই আলোকে নতুন প্যাঁচাল শুরু করছি।

নবায়নযোগ্য শক্তি সম্পর্কে কথা শুরুর আগেই যে প্রশ্নটি জাগতে পারে, সেটি হচ্ছে নবায়নের প্রশ্ন এখানে কেন আসছে? নবায়নের অযোগ্য শক্তি আবার কী?

পদার্থবিদ্যার একেবারে গোড়ার দিকের কথা, শক্তির অনশ্বরতার তত্ত্ব টেনে এনে এ নিয়ে তর্ক শুরু করা যায়। শক্তি আত্মার মতোই চীজ, আগুন ইহাকে পোড়াইতে পারে না, জল ইহাকে ভিজাইতে পারে না, রোদ ইহাকে শুকাইতে পারে না ... ইত্যাদি ইত্যাদি। শক্তির শুধু রূপান্তর ঘটে, এক চেহারা থেকে সে অন্য চেহারা ধারণ করে এফডিসির নায়িকার মেকআপের আগে ও পরের ঘটনার মতো।

নবায়নযোগ্য শক্তির আগে তাই প্রচলিত শক্তি ব্যবস্থাগুলি নিয়ে খানিক কথা বলা প্রয়োজন। তারও আগে বলা প্রয়োজন, মানুষের সমাজব্যবস্থায় শক্তির ভূমিকা নিয়ে।

মানুষ তার ইতিহাসের একটা বিরাট সময় পার করেছে আগুন থেকে পাওয়া তাপশক্তি আর পেশীশক্তির ওপর নির্ভর করে। প্রথমে পেশী ছিলো একান্ত তার নিজের, পরবর্তীতে তার সাথে যোগ হয়েছে বশ করা পশুর পেশী। ভারবাহী পশু না থাকলে মানুষের সামাজিক বিকাশের গতি অন্যরকম হতো। ফ্রান্সিসকো পিজারো পারতেন না আতাহুয়ালপাকে পরাজিত করে পেরু জবরদখল করতে, মঙ্গোলরা পারতো না তাদের সাম্রাজ্য বিস্তার করতে। পশুর পেশীশক্তির ওপর যখন কোন একটি গোষ্ঠীর মানুষ নিয়ন্ত্রণ আনতে পেরেছে, তখনই সে বিপদের কারণ হয়ে দাঁড়িয়েছে তার তুলনামূলকভাবে দুর্বল প্রতিবেশীদের জন্যে, যাদের নিয়ন্ত্রণে সে পরিমাণ শক্তি ছিলো না।

শক্তি সেই প্রাচীন সমাজে যে কাজে লাগতো, এখনও সেই একই কাজে লাগছে। আমাদের পূর্বপুরুষরা আগে দাহ্য কোন বস্তু পুড়িয়ে রান্না করতেন, শীতের মোকাবেলা করতেন, অস্ত্রশস্ত্র তৈরির কাজে ব্যবহার করতেন কিংবা শত্রুর বাড়িঘর পুড়িয়ে দিতেন, আজও আমরা তা-ই করি। ভারবাহী পশুর কাজ করছে বৈদ্যুতিক ও তাপীয় এঞ্জিন। আর এই গোটা রূপান্তরটি আমরা ঘটিয়েছি বিভিন্ন জ্বালানিকে আরো দক্ষতার সাথে ব্যবহার করে।

আমাদের প্রচলিত জ্বালানিগুলো, অর্থাৎ তেল, কয়লা, গ্যাস বা কাঠ ... এগুলোতে আসলে কী আছে? দহনের ফলে এগুলো থেকে বিপুল পরিমাণ তাপশক্তি অবমুক্ত হয় (আরো অবমুক্ত হয় কার্বন, বাতাসের অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়া করে কার্বন ডাই অক্সাইড ও কার্বন মনোক্সাইড হিসেবে)। কেন আমরা অন্য জিনিস ফেলে তেল, কয়লা, গ্যাস বা কাঠ পোড়াই? কারণ এগুলো প্রকৃতিতে বিপুল পরিমাণে পাওয়া যায় (ফলে এদের দাম কম), এবং অন্যান্য বিকল্প দাহ্যবস্তুর তুলনায় এদের শক্তি ঘনত্ব (অর্থাৎ ওজন বা আয়তন পিছু ধৃত শক্তি) অনেক বেশি।

তাপীয় শক্তির পরিমাপ সাদা চোখ আন্দাজ করা একটু মুশকিল, তাই এভাবে বলা যেতে পারে, আমরা যদি এক কেজি পেট্রলকে পুড়িয়ে পাওয়া তাপকে সম্পূর্ণভাবে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তর করতে পারতাম, তাহলে তা দিয়ে একটা একশো ওয়াটের বাতিকে ১৩০ ঘন্টা জ্বালানো সম্ভব। এক কেজি কয়লা দিয়ে তা করা যেতে পারে প্রায় ৪২ থেকে ৭১ ঘন্টা (নির্ভর করছে কয়লার কিসিমের ওপর), প্রাকৃতিক গ্যাস দিয়ে প্রায় ১৫০ ঘন্টা, আর এক কেজি কাঠ দিয়ে মোটামুটি ৪২ ঘন্টা।

আফসোসের ব্যাপার হচ্ছে, আমরা কখনোই তাপীয় শক্তিকে পুরোপুরি অন্যকোন শক্তিতে রূপান্তর করতে পারবো না। রূপান্তর প্রক্রিয়াটাই এমন যে সেখানে নানা কিসিমের লোকসান হতে বাধ্য। তারপরও আমরা দেখতে পাই, এক কেজি জ্বালানির মধ্যে কী বিপুল শক্তি রয়েছে। বৈদ্যুতিক বাতির ব্যাপারটা যদি বুঝতে সমস্যা হয়, তাহলে এভাবে চিন্তা করে দেখুন, এক কেজি তেল থেকে পাওয়া শক্তি একটা পুলিশের ঘোড়াকে দিয়ে (পুলিশের ঘোড়া বলার কারণ হচ্ছে, ঢাকায় আমরা সাধারণত যেসব ঘোড়াকে গাড়ি টানতে দেখি, সেগুলি নিতান্তই দুবলা, ঘোড়া নামের কলঙ্ক) ১৭ ঘন্টা কাজ করানোর শক্তির সমান। এক কেজি কয়লা থেকে তা ৫.৫ থেকে ১০ ঘন্টার ঘোড়ার কাজের সমান, এক কেজি প্রাকৃতিক গ্যাসের জন্যে তা ২০ ঘন্টা, এক কেজি কাঠের জন্যে ৫.৫ ঘন্টা।

তাপশক্তি থেকে যান্ত্রিক শক্তির রূপান্তরটুকুই মানুষ আয়ত্ব করতে পেরেছে জেমস ওয়াটের বাষ্পীয় এঞ্জিনের কল্যাণে (ওয়াটকে সম্মান দেখানোর জন্যেই আমরা কাজ করার ক্ষমতার একককে ওয়াট বলে থাকি, প্রতি সেকেন্ডে এক জুল কাজ করার, অর্থাৎ বলা যেতে পারে, এক সেকেন্ডে এক কেজি ওজনের কোন বস্তুকে প্রায় ১০ সেন্টিমিটার ওপরে তোলার ক্ষমতাকে এক ওয়াট বলা হয়)। তার আগ পর্যন্ত মানুষের যান্ত্রিক শক্তির রূপান্তরের পেছনে পর্দার আড়ালে ছিলো পেশীশক্তি, আর হ্যাঁ, নবায়নযোগ্য শক্তি। আমরা যেন ভুলে না যাই পাল তুলে চলা নৌকা, আর দন কিহোতের তীব্র আক্রমণের মুখেও অটল বায়ুকলগুলির কথা। প্রাচীন পারস্য ও মধ্যযুগের পশ্চিম ইয়োরোপে বায়ুশক্তির সাহায্যে শস্য গুঁড়ো করা হতো। সেইসাথে চীনে সুদীর্ঘকাল ধরে পানির স্রোতের শক্তিকে যান্ত্রিক শক্তিতে রূপান্তর করা হয়েছে।

পশু বা মানুষের পেশীশক্তিও নবায়নযোগ্য শক্তি। সেই শক্তি আসে কার্বোহাইড্রেট পুড়িয়ে পাওয়া শক্তি থেকে, যে রাসায়নিক প্রক্রিয়াটি শরীরে সতত চলমান। কিন্তু এই প্রক্রিয়ার রসদ আসে একটি চক্র থেকে। শক্তির উৎস, অর্থাৎ জ্বালানি শর্করা এখানে রূপান্তরিত হচ্ছে কার্বন ডাই অক্সাইডে, কিন্তু সেই কার্বন ডাই অক্সাইড আবার উদ্ভিদের কল্যাণে সূর্যের আলো ও পানি যোগে ফিরে আসছে প্রাণীর কাছে। উদ্ভিদ আর প্রাণী এই চক্র অনির্দিষ্টকাল পর্যন্ত টিকিয়ে রাখতে সক্ষম। সে কারণেই এ শক্তি "নবায়নযোগ্য"।

কিন্তু এই নবায়নযোগ্য শক্তির সমস্যা একটাই। এর ঘনত্ব বড় কম। অর্থাৎ, এক কিলোওয়াট-ঘন্টা শক্তি পেতে গেলে হয় বিপুল আয়তনের, নয় বিরাট ওজন নিয়ে লেনদেন করতে হবে। ঘোড়া ফেলে মানুষের কথাই ধরুন। এক কিলোওয়াটঘন্টা শক্তি ব্যয় করতে গেলে একজন মানুষকে ১০০ কেজি ওজন ৩৬৭৩ মিটার উচ্চতায় তুলতে হবে। মানুষের গড় শক্তিভোগ হচ্ছে সারাদিনে দুই হাজার কিলোক্যালরি, বা আট হাজার তিনশো ষাট কিলোজুলের মতো। যদি সারাদিন ধরে এই শক্তির পুরোটা মানুষ কাজ করে খরচ করে, তাহলে এই শক্তিকে এক দিন, অর্থাৎ ছিয়াশি হাজার চারশো সেকেন্ড দিয়ে ভাগ করলে মানুষের ক্ষমতা বেরিয়ে আসে, সাতানব্বই ওয়াটের কাছাকাছি (তবে স্বাভাবিকভাবেই জাতিভেদে এর কমবেশি হবে)। ধরে নেয়া যায়, আটজন গড় মানুষকে পাওয়া গেলে এক কিলোওয়াট ক্ষমতা পাওয়া যাবে। এক কিলোওয়াটঘন্টা শক্তির জন্যে এই আটজনকে এক ঘন্টা করে খাটতে হবে। এই আটজনের ওজন যদি পাঁচশো কেজি হয়, তাহলে কেজি পিছু দুই ওয়াট করে ক্ষমতা পাওয়া যাবে। মোটর গাড়ির জন্যে কেজি পিছু দুই থেকে তিনশো ওয়াট ক্ষমতা পাওয়া যাবে, বড় ইলেকট্রিক মোটরের জন্যে পাওয়া যাবে কেজি পিছু দেড়শো ওয়াটের মতো, লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির ক্ষেত্রে পাওয়া যাবে কেজি পিছু আঠারোশো ওয়াট।

যদিও প্রথম দিকের বাষ্পীয় এঞ্জিনগুলোর দক্ষতা ছিলো ২% এর মতো, তারপরও এ এক সম্পূর্ণ নতুন যুগের সূচনা। দক্ষতা বা এফিশিয়েন্সি জিনিসটা মাপা হয় কী দিনু আর কী পেনু, সেই অনুপাত হিসাব করে। ১০০ একক তাপশক্তি যুগিয়ে যদি ২ একক যান্ত্রিক শক্তি পাওয়া যায়, তাহলে আজ আমাদের কাছে মনে হতে পারে, এতো ফাল পাড়ার কী আছে? আছে এ কারণে, এমন সব কাজ যন্ত্রকে দিয়ে করানো সম্ভব, যা পেশীশক্তি হয় করতে পারবে না, নয়তো পারলেও অনেক জায়গা লাগবে। অল্প একটু জায়গায় বসানো যন্ত্র থেকে অনেকখানি কাজ, এটাই মানুষের দরকার ছিলো অনেক বছর ধরে।

মানুষ দীর্ঘদিন ধরে তাপশক্তি থেকে যান্ত্রিক শক্তির রূপান্তর ঘটিয়ে আসছে। তাপশক্তি পাওয়া যাচ্ছে তেল-গ্যাস-কয়লা-কাঠ-পরমাণু থেকে, সেই তাপ দিয়ে হয় বাষ্প তৈরি করে সেই বাষ্প দিয়ে টারবাইন ঘোরানো হচ্ছে, অথবা সেই তাপ গ্যাসটারবাইনে প্রয়োগ করা হচ্ছে, অথবা অন্তর্দহন এঞ্জিনের শ্যাফট ঘোরানোর কাজে ব্যবহার করা হচ্ছে। এই রূপান্তরে দক্ষতা যন্ত্রের কিসিমের ওপর নির্ভর করে, মোটামুটি ২০% থেকে ৪০% এর মধ্যে। অর্থাৎ, ১০০ একক তাপ যুগিয়ে বড়জোর ৪০ একক যান্ত্রিক শক্তি পাওয়া যাচ্ছে, বাকিটা অর্থমন্ত্রী সাইফুরের ভাষায়, লুসকান।

রূপান্তরকিন্তু যান্ত্রিক শক্তি পরিবহনের উপযোগী নয়। পরিবহন বা সঞ্চালন করা যায় কাঁচা জ্বালানি, নয়তো বিদ্যুৎ। তাই যান্ত্রিক শক্তিকে আরেক দফা রূপান্তর ঘটাই আমরা তড়িৎশক্তিতে। এই আরেক দফা রূপান্তরেও আরেক দফা "লুসকান" ঘটে। শেষমেষ ১০০ একক তাপ যুগিয়ে হাতে হয়তো ৩০ একক তড়িৎশক্তি পাওয়া যায়। সেখান থেকেই আমাদের শহরগুলোত আলো আর অন্ধকারের আমলনামা লেখা শুরু করতে হয়।

(আরও একটু এগোবে। কিছু খাই এখন।)