চুম্বক, চুম্বক, চুম্বক: একটি সবুজ অর্থনীতির জন্য আমাদের তাদের প্রচুর প্রয়োজন হবে

আমি সম্প্রতি নিউক্যাসেলে উপস্থিত ছিলাম PEMD2022 - পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স, মেশিন এবং ড্রাইভ সম্পর্কিত 11 তম আন্তর্জাতিক সম্মেলন। যেটি আমাকে আঘাত করেছিল তা হল বৈদ্যুতিক মোটর এবং জেনারেটরে যে বিশাল কর্মক্ষমতা উন্নতি ঘটছে তা নয় কিন্তু পরিবহনকে সম্পূর্ণরূপে কার্বন-মুক্ত করতে আমাদের এখনও কতদূর যেতে হবে।

বৈদ্যুতিক গাড়ির বিশ্বব্যাপী বিক্রয় (সম্পূর্ণ ব্যাটারি চালিত, ফুয়েল সেল এবং প্লাগ-ইন হাইব্রিড সহ) 2021 সালে দ্বিগুণ হয়ে সর্বকালের সর্বোচ্চ 6.6 মিলিয়নে পৌঁছেছে। তারা এখন গাড়ির বিক্রয়ের 5-6% জন্য দায়ী, পুরো 2012 সালের তুলনায় প্রতি সপ্তাহে বেশি বিক্রি হচ্ছে, গ্লোবাল ইলেকট্রিক যানবাহন আউটলুক 2022 রিপোর্ট.

প্রতিটি নতুন বৈদ্যুতিক গাড়ির কমপক্ষে একটি উচ্চ-শক্তি বৈদ্যুতিক মোটর প্রয়োজন হবে।

অনুমান পরিবর্তিত হয়, তবে বার্ষিক বিক্রয় বিশ্বব্যাপী 65 সাল নাগাদ 2030 মিলিয়ন বৈদ্যুতিক গাড়িতে বৃদ্ধি পাবে বলে আশা করা হচ্ছে, বাজার গবেষণা সংস্থা অনুসারে আইএইচএস মার্কিট. বিপরীতে, অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিন সহ গাড়ির বার্ষিক বিক্রয় 68 সালে 2021 মিলিয়ন ইউনিট থেকে 38 সালের মধ্যে 2030 মিলিয়ন ইউনিটে হ্রাস পাবে।

কি স্পষ্ট যে প্রতিটি নতুন বৈদ্যুতিক গাড়ির অন্তত একটি উচ্চ-শক্তি বৈদ্যুতিক মোটর প্রয়োজন হবে. এই যানবাহনের প্রায় সবকটি (প্রায় 85%) বর্তমানে স্থায়ী চুম্বক (PMs) সহ মোটর ব্যবহার করে কারণ তারা সবচেয়ে দক্ষ (রেকর্ডটি 98.8%)। কিছু লোক অল্টারনেটিং কারেন্ট (AC) ইন্ডাকশন মোটর এবং জেনারেটর ব্যবহার করে, কিন্তু সেগুলি PM মোটর থেকে 4-8% কম দক্ষ, 60% পর্যন্ত ভারী এবং 70% পর্যন্ত বড়।

এখনও, এই নন-পিএম মোটর এবং জেনারেটরগুলি ট্রাক, জাহাজ এবং বায়ু-টারবাইন জেনারেটরের জন্য উপযুক্ত। এগুলি পুনর্ব্যবহার করাও সহজ কারণ এগুলি নীতিগতভাবে, একটি উপাদান দিয়ে তৈরি হতে পারে (বলুন অ্যালুমিনিয়াম) এবং তারপরে তাদের জীবনের শেষের দিকে এসে গলে যায়৷ কিছু ফার্ম, যেমন টেসলা মোটরস, এমনকি কর্মক্ষমতা এবং পরিসীমা অপ্টিমাইজ করার জন্য আরও জটিল ডিজাইনে PM এবং ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক পদ্ধতির সমন্বয় করছে। বৈদ্যুতিক যানবাহনের অগ্রগতির কোনটিই, তবে, সলিড-স্টেট পাওয়ার ইলেকট্রনিক্সের বিশাল অগ্রগতি ছাড়া সম্ভব হবে না।

চৌম্বকীয় আকর্ষণ

উত্তর গ্রিসের ম্যাগনেসিয়ায় একজন রাখাল তার জুতার নখ দেখে এবং তার কর্মীদের ধাতব ডগা একটি চৌম্বকীয় শিলায় দ্রুত আটকে যাওয়ার পর থেকে চুম্বকগুলি দীর্ঘ পথ অতিক্রম করেছে (বা তাই কিংবদন্তি রয়েছে)। ন্যাভিগেট করার জন্য এই "লোডস্টোন" হাজার হাজার বছর ধরে কম্পাসে ব্যবহার করা হয়েছিল কিন্তু 1800 এর দশকের প্রথম দিকে হ্যান্স ক্রিশ্চিয়ান অরস্টেড আবিষ্কার করেছিলেন যে একটি বৈদ্যুতিক প্রবাহ একটি কম্পাস সুইকে প্রভাবিত করতে পারে।

ঘূর্ণন গতি সহ একটি মোটরের প্রথম প্রদর্শন 1821 সালে ঘটেছিল যখন মাইকেল ফ্যারাডে একটি মুক্ত-ঝুলন্ত তারকে পারদের একটি পুলে ডুবিয়েছিলেন, যার উপরে একটি PM স্থাপন করা হয়েছিল। প্রথম ডিসি বৈদ্যুতিক মোটর যা যন্ত্রপাতি ঘুরিয়ে দিতে পারে ব্রিটিশ বিজ্ঞানী দ্বারা তৈরি করা হয়েছিল উইলিয়াম স্টারজন 1832 সালে। মার্কিন উদ্ভাবক টমাস এবং এমিলি ডেভেনপোর্ট প্রায় একই সময়ে প্রথম ব্যবহারিক ব্যাটারি চালিত ডিসি বৈদ্যুতিক মোটর তৈরি করেছিলেন।

এই মোটরগুলি মেশিন টুলস এবং একটি ছাপাখানা চালানোর জন্য ব্যবহৃত হত। কিন্তু ব্যাটারি শক্তি এত ব্যয়বহুল হওয়ায়, মোটরগুলি বাণিজ্যিকভাবে ব্যর্থ হয়েছিল এবং ডেভেনপোর্টগুলি দেউলিয়া হয়ে গিয়েছিল। অন্যান্য উদ্ভাবক যারা ব্যাটারি চালিত ডিসি মোটর বিকাশের চেষ্টা করেছিলেন তারাও শক্তির উত্সের ব্যয় নিয়ে লড়াই করেছিলেন। অবশেষে, 1880-এর দশকে, মনোযোগ এসি মোটরগুলির দিকে চলে যায়, যা এই সত্যের সুবিধা নেয় যে উচ্চ ভোল্টেজে দীর্ঘ দূরত্বে এসি পাঠানো যেতে পারে।

1885 সালে ইতালীয় পদার্থবিদ গ্যালিলিও ফেরারিস দ্বারা প্রথম এসি "ইন্ডাকশন মোটর" উদ্ভাবিত হয়েছিল, স্টেটর উইন্ডিং এর চৌম্বক ক্ষেত্র থেকে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ইন্ডাকশন দ্বারা প্রাপ্ত মোটরকে চালিত করার জন্য বৈদ্যুতিক প্রবাহের সাহায্যে। এই ডিভাইসের সৌন্দর্য হল যে এটি রটারের সাথে কোন বৈদ্যুতিক সংযোগ ছাড়াই তৈরি করা যেতে পারে - একটি বাণিজ্যিক সুযোগ নিকোলা টেসলা দ্বারা দখল করা হয়েছে। 1887 সালে স্বাধীনভাবে নিজের ইন্ডাকশন মোটর আবিষ্কার করার পর, তিনি পরের বছর এসি মোটর পেটেন্ট করেন।

যদিও বহু বছর ধরে, PM-এর ক্ষেত্রে প্রাকৃতিকভাবে প্রাপ্ত ম্যাগনেটাইটের (প্রায় 0.005 T) চেয়ে বেশি ক্ষেত্র ছিল না। 1930-এর দশকে অ্যালনিকো (অধিকাংশ অ্যালুমিনিয়াম, নিকেল এবং কোবাল্টের সংকর ধাতু) বিকাশের আগ পর্যন্ত এটি ছিল না যে কার্যত দরকারী পিএম ডিসি মোটর এবং জেনারেটর একটি সম্ভাবনা হয়ে ওঠে। 1950-এর দশকে কম খরচে, ফেরাইট (সিরামিক) পিএমগুলি আবির্ভূত হয়েছিল, তারপর 1960-এর দশকে সামারিয়াম এবং কোবাল্ট চুম্বক, যা আবার শক্তিশালী হয়েছিল।

কিন্তু প্রকৃত গেম-চেঞ্জারটি ঘটেছিল 1980-এর দশকে নিওডিয়ামিয়াম পিএমের উদ্ভাবনের সাথে, যাতে নিওডিয়ামিয়াম, আয়রন এবং বোরন রয়েছে। আজকাল, নিওডিয়ামিয়াম পিএম-এর N42 গ্রেডের শক্তি প্রায় 1.3 T, যদিও চুম্বক এবং মোটর ডিজাইনের ক্ষেত্রে এটিই একমাত্র মূল মেট্রিক নয়: অপারেটিং তাপমাত্রাও গুরুত্বপূর্ণ।

কিছু বিরল-পৃথিবী সামগ্রীর দাম আকাশচুম্বী হয়েছে, নতুন চুম্বক রচনাগুলিতে প্রচুর পরিমাণে গবেষণার উদ্রেক করেছে।

এর কারণ হল PM-এর পারফরম্যান্স কমে যায় যখন তারা ওয়ার্ম-আপ করে এবং একবার তারা "কিউরি পয়েন্ট" (নিওডিয়ামিয়াম চুম্বকের জন্য প্রায় 320 °C) এর উপরে চলে যায়, তারা সম্পূর্ণরূপে ডিম্যাগনেটাইজ করে - মোটরটিকে অকেজো করে দেয়। নিওডিয়ামিয়াম, কোবাল্ট এবং সামারিয়াম সহ সমস্ত বিরল-পৃথিবী চুম্বক সম্পর্কে আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হল যে তাদের একটি উচ্চ জবরদস্তি রয়েছে, যার অর্থ তারা যখন অপারেশনে থাকে তখন তারা সহজে ডিম্যাগনেটাইজ করে না। সর্বোচ্চ জবরদস্তি এবং সর্বোত্তম তাপমাত্রার পারফরম্যান্সের চুম্বক তৈরি করার জন্য আপনাকে অন্যান্য ভারী বিরল আর্থ যেমন ডিসপ্রোসিয়াম, টার্বিয়াম এবং প্রসেওডিয়ামিয়ামেরও অল্প পরিমাণ প্রয়োজন।

সরবরাহের প্রশ্ন

সমস্যা হল, বিরল-পৃথিবীর উপাদানের সরবরাহ কম। এটি এমন নয় যে তারা অভ্যন্তরীণভাবে বিরল, তাদের নাম কেবল পর্যায় সারণিতে তাদের অবস্থান থেকে আসে। গত বছরের একটি রিপোর্ট অনুযায়ী চৌম্বক ও উপকরণ এলএলসি, 2030 সালের মধ্যে বিশ্বে উপলব্ধ হওয়ার সম্ভাবনার চেয়ে 55,000 টন বেশি নিওডিয়ামিয়াম চুম্বকের প্রয়োজন হবে, মোট চাহিদার 40% বৈদ্যুতিক গাড়ি থেকে এবং 11% বায়ু টারবাইন থেকে আসবে।

চীন বর্তমানে বিশ্বের সমস্ত নিওডিয়ামিয়াম চুম্বকের 90% তৈরি করে, এই কারণেই ইউএস, ইইউ এবং অন্যান্যরা সকলেই সরবরাহ শৃঙ্খলে তাদের ক্ষমতা বিকাশের চেষ্টা করছে যাতে অসুবিধা না হয়। কিছু বিরল-আর্থ সামগ্রীর দাম আকাশচুম্বী হয়েছে, নতুন চুম্বক রচনা, বিদ্যমান চুম্বকগুলির পুনর্ব্যবহার এবং উন্নত এসি ইন্ডাকশন মোটরগুলিতে প্রচুর পরিমাণে গবেষণার প্ররোচনা দিয়েছে৷

আপনি যেভাবেই দেখুন না কেন, অর্থনীতিকে সবুজ করতে হলে আমাদের প্রচুর চুম্বকের প্রয়োজন হবে।