eHydrogenation: হাইড্রোজেন-মুক্ত হাইড্রোজেনেশন এক শূন্য কার্বন নির্গমনের প্রতিযোগিতা

ড. সঞ্জিত কুমার মাহাতোঃ বর্তমানে শূন্য কার্বন নির্গমন ব্যাপক ভাবে এক গ্রহণ যোগ্য শব্দ, বিশেষত জলবায়ু পরিবর্তন সংক্রান্ত প্যারিস চুক্তিতে প্রতিটি দেশ চুক্তিবদ্ধ হওয়ার পর যা বৈশ্বিক তাপমাত্রাকে প্রাক-শিল্প যুগের স্তরের উপরে ১.৫ ডিগ্রি সেলসিয়াস রাখার আহ্বান জানিয়েছেন। কিন্তু এই শূন্য কার্বন নির্গমন বলতে আমার কি বুঝি আর কি ভাবেই বা তা রাখা সম্ভব? আমরা যদি জলবায়ু পরিবর্তনের কারণ কার্বন নির্গমনকে বাড়তে দিতে থাকি, তবে  তাপমাত্রা ১.৫ডিগ্রি ছাড়িয়ে যেতে থাকবে। যা সর্বত্র মানুষের জীবন ও জীবিকাকে হুমকির মুখে ফেলবে। যদি বায়ুমণ্ডলে নতুন নির্গমন ও শোষণ ভারসাম্যপূর্ণ রাখতে পারি তাহলে আমরা বলতে পারি শূন্য কার্বন নির্গমন। এই কারণেই এক বিশাল সংখ্যক দেশ আগামী কয়েক দশকের মধ্যে কার্বন নিরপেক্ষতা বা “নেট জিরো” নির্গমন অর্জনের প্রতিশ্রুতি দিচ্ছে। যার ফলে ২০৫০ সালের মধ্যে শূন্য কার্বন নির্গমন লক্ষ্যমাত্রা রাখা হয়েছে, আর এই মহৎ কাজের প্রয়োজনীয় পদক্ষেপগুলি এখনই শুরু করা প্রয়োজন৷

কথায় আছে বিন্দুতে বিন্দুতে সিন্ধু হয়, আর ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রির এই শূন্য কার্বন নির্গমন জৈব রসায়ন এ বিশেষত রাসায়নিক শিল্পে ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রির শক্তিশালী সম্ভাবনাকে ধীরে ধীরে উপলব্ধি করতে সক্ষম হচ্ছে, যা জৈব রসায়নবিদদের মধ্যে এই ক্ষেত্রে গবেষণার আগ্রহের একটি অসাধারণ নতুন হাতিয়ার।

ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রির small molecule সংশ্লেষণের অনেক কৌশলগত সুবিধা আছে যা রাসায়নিক (ফার্মাসিউটিক্যাল ও এগ্রি) ইন্ডাস্ট্রিতে কিলোগ্রাম স্কেলে  উৎপাদনে সাহায্য করবে,আর ঐতিহ্যগত রসায়ন (traditional chemistry) ব্যবহার করে যে সব small molecule সংশ্লেষণ করা যায় না সেগুলিও এই ক্ষেত্রে এমন molecule তৈরি করতে সক্ষম হবে। ফলস্বরূপ, রিসার্চ ইনস্টিটিউট এবং ইন্ডাস্ট্রি উভয় ক্ষেত্রেই এই প্রযুক্তির প্রতি আগ্রহ বাড়ছে। যা জৈব রসায়নের জন্য ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রির সুযোগ এবং উপযোগিতাকে প্রসারিত করে চলছে ।

এই গবেষণায় চার জন গবেষক তাদের স্বাধীন কাজ বিশেষ ভাবে প্রভাব ফেলেছেন তাদের মধ্যে রয়েছেন The Scrips Research Institute এর Prof. Phil S. Baran, জার্মানির জোহানেস গুটেনবার্গ বিশ্ববিদ্যালয়ের (Mainz) -এর Prof. Siegfried R. Waldvogel, কর্নেল বিশ্ববিদ্যালয়ের Prof. Song Lin, এবং উহান বিশ্ববিদ্যালয়ের এর Prof. Aiwen Lei। আর ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রির ব্যবহার বৃদ্ধি শিল্পে Good Manufacturing Practice (GLP) রাসায়নিক কোম্পানিগুলিকে আরো দীর্ঘমেয়াদী, নিরাপদ, এবং কম ব্যয়বহুল বিকল্প রাসায়নিক এবং প্রকৌশল সমাধানগুলির বিকাশকে ত্বরান্বিত করবে। এই পদ্ধতিতে ইলেক্ট্রনগুলি ‘Reagent’ হিসেবে ব্যাবহৃত হচ্ছে, যে গুলিকে সবুজ, নিরাপদ এবং সস্তা হিসাবে বিবেচনা করা যায়। যার এক মোল ইলেকট্রনের দাম এক মার্কিন ডলারেরও কম, এবং উৎপাদনের সময় উল্লেখযোগ্যভাবে কম বর্জ্য উৎপন্ন করে।

সম্প্রতি, UK এর গ্রীনিচ বিশ্ববিদ্যালয় এর Dr. Kevin Lam এর নেতৃত্বে একটি দল, ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল হাইড্রোজেনেশন কৌশলটি সুন্দর ভাবে দেখিয়েছেন যা হাইড্রোজেন গ্যাস এবং ব্যয়বহুল ট্রানজিশন ধাতু অনুঘটকের ছাড়া সম্ভব। ঐতিহ্যগতভাবে, হাইড্রোজেন গ্যাস (H₂) এই প্রতিক্রিয়াগুলির জন্য হাইড্রোজেনের উৎস হিসাবে ব্যবহৃত হয়। যা এর সম্ভাবনাকে ধীরে ধীরে উপলব্ধি করতে তুমুলভাবে উৎসাহিত করেছে, যা জৈব রসায়ন সম্প্রদায়ের মধ্যে এই বিষয়ে গবেষণার আগ্রহকে বাড়িয়ে দিয়েছে।

হাইড্রোজেনেশন প্রতিক্রিয়াগুলি কৃত্রিম রসায়নের একটি প্রধান ভিত্তি, তবে তাদের সাধারণত পালাডিয়াম, রুথেনিয়াম, রোডিয়াম বা ইরিডিয়ামের মতো বিরল এবং ব্যয়বহুল ধাতুগুলির উপর ভিত্তি করে অনুঘটকের প্রয়োজন হয়। গত দশকে , ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল বিকল্পগুলি তৈরি করতে উচ্চ চাপ প্রয়োগে হাইড্রোজেন গ্যাস ব্যবহার করা হয়েছে, তবে বর্তমানে এগুলি বিভিন্ন চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয়েছে, বিশেষত সাবস্ট্রেটের সীমিত সুযোগের ক্ষেত্রে।

Dr. Lam এর নেতৃত্বে দলটি হাইড্রাজিন হাইড্রেট থেকে ডাইমাইড তৈরির উপর ভিত্তি করে একটি নতুন ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল হাইড্রোজেনেশন প্রোটোকল তৈরি করেছে, যা ব্যাপক পরিসরে ব্যবহার করা যেতে পারে এবং বিগত দশকের প্রতিকূলতাকে কাটিয়ে উঠেছে। আগামীতে গবেষণাটি সিন্থেটিক রসায়নবিদদের ব্যাপক সাহায্য করতে পারে কারণ সব বিক্রিয়ায় হাইড্রোজেন গ্যাস ব্যবহার করার সুযোগ থাকে না।  এই পদ্ধতিটি বড় স্কেলে প্রয়োগ করা সহজ  যা রসায়নবিদদের জন্য এক আশার আলো ।

ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল কোষে (Electrochemical Cell) যৌগটি মিথানল বা অ্যাসিটোনিট্রিল দ্রাবকটিতে (solvet) হাইড্রাজিন হাইড্রেট যোগ করে হাইড্রোজেনশন করা সম্ভব।আবার কিছু ক্ষেত্রে ট্রাইফ্লুরোএসেটিক অ্যাসিড যোগ করতে হতে পারে যদি যৌগটি খুব সক্রিয় হয় অর্থাৎ যদি যৌগটি সহজেই হ্রাসযোগ্য গ্রুপ বহন করে, তবে এটি সত্যিই একটি সহজ প্রতিক্রিয়া।

ঐতিহ্যগতভাবে, হাইড্রোজেন গ্যাস (H₂) এই প্রতিক্রিয়াগুলির জন্য হাইড্রোজেনের উৎস হিসাবে ব্যবহৃত হয়ে থাকে। হাইড্রোজেন গ্যাস অত্যন্ত দাহ্য এবং নিরাপদে গবেষণা করার জন্য বিশেষ গুরুত্বপূর্ণ উপাদান তবে এটি ব্যবহারের ক্ষেত্রে বিশেষ সতর্কতা প্রয়োজন কারণ একটু অসতর্ক হলেই ভয়ানক বিপদ হতে পারে। এই কারণগুলি হাইড্রোজেনেশন প্রক্রিয়াতে খরচ এবং নিরাপত্তা সংক্রান্ত সমস্যার সৃষ্টি করতে পারে। হাইড্রোজেন গ্যাসের সাথে জড়িত হ্যান্ডলিং এবং নিরাপত্তা সংক্রান্ত উদ্বেগগুলি হাইড্রোজেন-মুক্ত হাইড্রোজেনেশন পদ্ধতির বিকাশকে উৎসাহিত করেছে, যা জৈব রসায়নবিদদের (Organic chemist) জন্য একটি সহজ এবং নিরাপদ সমাধান প্রদান করে।

এই বিজ্ঞানী দলটি খুব সুন্দর ভাবে নমুনা হিসেবে ক্যাপ্সাসিন (Capsaicin; যা chili peppers থাকে) ও এস্ট্রাডিওল (Estradiol) হরমোন কে ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল হাইড্রোজেনেশন ব্যবহার করেছেন এবং হাইড্রোজেনশন করতে সক্ষম হয়েছে। ক্যাপ্সাসিন একটি রাসায়নিক যা খুবই বিরক্তিকর এবং নিউরোটক্সিন। মানুষ সহ অন্যান্য স্তন্যপায়ী প্রাণীদের সংস্পর্শে আসা যেকোন টিস্যুতে জ্বলনের অনুভূতি তৈরি করে। আবার, এস্ট্রাডিওল হলো মহিলাদের সেক্স হরমোন যা estrous regulate ও menstrual reproductive cycles এ সাহায্য করে।

হাইড্রোজেন-মুক্ত হাইড্রোজেনেশন পদ্ধতিগুলি জৈব রসায়নবিদদের জন্য একটি সহজ এবং নিরাপদ সমাধান প্রস্তুত করে সেই সাথে হাইড্রোজেন গ্যাসের ব্যবহারের প্রয়োজনীয়তা দূর করে। যদিও এগুলি সব ক্ষেত্রে প্রযোজ্য নাও হতে পারে, হাইড্রোজেন-মুক্ত হাইড্রোজেনেশন কৌশলগুলি গ্রহণ করা জৈব রসায়ন গবেষণাগারগুলিতে দক্ষতা এবং উৎপাদনশীলতা বাড়াতে পারে। বলা বাহুল্য সিন্থেটিক জৈব ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রিতে একটি রেনেসাঁ চলে এসেছে।

সূত্র: Kevin Lam et al., eHydrogenation: Hydrogen-free Electrochemical Hydrogenation. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e202309563.

^*লেখক: CSIR-IICB, Johannesburg Univ., CSIR-Pretoria (UNISA), TCGLS, Osaka University Alumni ও বর্তমানে PI Industries Ltd., Udaipur, India এ কর্মরত।