হাইড্রোজেন ধারণক্ষমতা বাড়াতে কার্বন ফাইবার কম্পোজিট ব্যবহার করে কনফর্মাল কিউবিক ট্যাঙ্ক তৈরি করেছে মিউনিখ টেকনিক্যাল ইউনিভার্সিটি | কম্পোজিটের বিশ্ব

BEV এবং FCEV-এর জন্য ব্যবহৃত স্ট্যান্ডার্ড ফ্ল্যাট-প্ল্যাটফর্ম ট্যাঙ্কগুলিতে কঙ্কাল-সদৃশ কাঠামোসহ থার্মোপ্লাস্টিক এবং থার্মোসেট কম্পোজিট ব্যবহার করা হয়, যা ২৫% বেশি হাইড্রোজেন ধারণ করতে পারে। #হাইড্রোজেন #ট্রেন্ডস
বিএমডব্লিউ-এর সাথে একটি যৌথ গবেষণায় যখন দেখা গেল যে একাধিক ছোট সিলিন্ডারের চেয়ে একটি ঘনকাকৃতির ট্যাঙ্ক বেশি আয়তনিক দক্ষতা দিতে পারে, তখন মিউনিখ টেকনিক্যাল ইউনিভার্সিটি ধারাবাহিক উৎপাদনের জন্য একটি যৌগিক কাঠামো এবং একটি সম্প্রসারণযোগ্য উৎপাদন প্রক্রিয়া বিকাশের প্রকল্প হাতে নেয়। ছবির সৌজন্যে: টিইউ ড্রেসডেন (উপরে বামে), মিউনিখ টেকনিক্যাল ইউনিভার্সিটি, কার্বন কম্পোজিট বিভাগ (এলসিসি)
শূন্য-নিঃসরণ (H2) হাইড্রোজেন দ্বারা চালিত ফুয়েল সেল ইলেকট্রিক ভেহিকল (FCEV) শূন্য পরিবেশগত লক্ষ্য অর্জনের জন্য একটি অতিরিক্ত উপায় প্রদান করে। একটি H2 ইঞ্জিনযুক্ত ফুয়েল সেল যাত্রীবাহী গাড়িতে ৫-৭ মিনিটে জ্বালানি ভরা যায় এবং এটি ৫০০ কিমি পর্যন্ত চলতে পারে, কিন্তু বর্তমানে কম উৎপাদনের কারণে এর দাম বেশি। খরচ কমানোর একটি উপায় হলো BEV এবং FCEV মডেলের জন্য একটি স্ট্যান্ডার্ড প্ল্যাটফর্ম ব্যবহার করা। বর্তমানে এটি সম্ভব নয়, কারণ FCEV-তে ৭০০ বার চাপে সংকুচিত H2 গ্যাস (CGH2) সংরক্ষণের জন্য ব্যবহৃত টাইপ ৪ সিলিন্ডার আকৃতির ট্যাঙ্কগুলো ইলেকট্রিক ভেহিকলের জন্য বিশেষভাবে ডিজাইন করা আন্ডারবডি ব্যাটারি কম্পার্টমেন্টের জন্য উপযুক্ত নয়। তবে, পিলো এবং কিউব আকৃতির প্রেশার ভেসেল এই সমতল প্যাকেজিং স্পেসে এঁটে যেতে পারে।
১৯৯৫ সালে থায়োকল কর্পোরেশন কর্তৃক দাখিলকৃত “কম্পোজিট কনফরমাল প্রেসার ভেসেল” এর পেটেন্ট US5577630A (বামে) এবং ২০০৯ সালে বিএমডব্লিউ কর্তৃক পেটেন্টকৃত আয়তাকার প্রেসার ভেসেল (ডানে)।
মিউনিখ টেকনিক্যাল ইউনিভার্সিটির (টিইউএম, মিউনিখ, জার্মানি) কার্বন কম্পোজিট বিভাগ (এলসিসি) এই ধারণাটি বিকাশের জন্য দুটি প্রকল্পে জড়িত। প্রথমটি হলো পলিমারসফরহাইড্রোজেন (পি৪এইচ), যা লিওবেন পলিমার কম্পিটেন্স সেন্টার (পিসিসিএল, লিওবেন, অস্ট্রিয়া) দ্বারা পরিচালিত। এলসিসি ওয়ার্ক প্যাকেজটির নেতৃত্ব দিচ্ছেন ফেলো এলিজাবেথ গ্লেস।
দ্বিতীয় প্রকল্পটি হলো হাইড্রোজেন ডেমোনস্ট্রেশন অ্যান্ড ডেভেলপমেন্ট এনভায়রনমেন্ট (HyDDen), যেখানে গবেষক ক্রিশ্চিয়ান জেগারের নেতৃত্বে এলসিসি পরিচালিত হচ্ছে। উভয় প্রকল্পের লক্ষ্য হলো কার্বন ফাইবার কম্পোজিট ব্যবহার করে একটি উপযুক্ত CGH2 ট্যাঙ্ক তৈরির উৎপাদন প্রক্রিয়ার একটি বৃহৎ পরিসরের প্রদর্শনী আয়োজন করা।
ফ্ল্যাট ব্যাটারি সেল (বামে) এবং স্টিলের লাইনার ও কার্বন ফাইবার/ইপোক্সি কম্পোজিট বাইরের খোলস দিয়ে তৈরি ঘনকাকৃতির টাইপ ২ প্রেশার ভেসেল (ডানে)-এ ছোট ব্যাসের সিলিন্ডার স্থাপন করলে আয়তনিক দক্ষতা সীমিত থাকে। ছবির উৎস: চিত্র ৩ এবং ৬ রুফ ও জারেম্বা প্রমুখের “Numerical Design Approach for Type II Pressure Box Vessel with Internal Tension Legs” থেকে নেওয়া হয়েছে।
P4H একটি পরীক্ষামূলক কিউব ট্যাঙ্ক তৈরি করেছে, যেটিতে একটি থার্মোপ্লাস্টিক ফ্রেম ব্যবহার করা হয়েছে এবং এর কম্পোজিট টেনশন স্ট্র্যাপ/স্ট্রাটগুলো কার্বন ফাইবার রিইনফোর্সড ইপোক্সি দিয়ে মোড়ানো। HyDDen একই ধরনের নকশা ব্যবহার করবে, কিন্তু সমস্ত থার্মোপ্লাস্টিক কম্পোজিট ট্যাঙ্ক তৈরির জন্য অটোমেটিক ফাইবার লেআপ (AFP) পদ্ধতি ব্যবহার করবে।
১৯৯৫ সালে থায়োকল কর্পোরেশনের “কম্পোজিট কনফর্মাল প্রেসার ভেসেল” শীর্ষক পেটেন্ট আবেদন থেকে শুরু করে ১৯৯৭ সালের জার্মান পেটেন্ট DE19749950C2 পর্যন্ত, সংকুচিত গ্যাসের পাত্রগুলো “যেকোনো জ্যামিতিক আকৃতির হতে পারে”, তবে বিশেষত সমতল এবং অনিয়মিত আকারের হয়ে থাকে। এর খোলস-সহায়কের সাথে সংযুক্ত একটি গহ্বরে এমন উপাদান ব্যবহার করা হয়, যা গ্যাসের প্রসারণ বল প্রতিরোধ করতে সক্ষম।
২০০৬ সালে লরেন্স লিভারমোর ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি (এলএলএনএল)-এর একটি গবেষণাপত্রে তিনটি পদ্ধতির বর্ণনা করা হয়েছে: একটি ফিলামেন্ট-আবদ্ধ কনফর্মাল প্রেশার ভেসেল, একটি মাইক্রোল্যাটিস প্রেশার ভেসেল যার মধ্যে একটি অভ্যন্তরীণ অর্থোরম্বিক ল্যাটিস কাঠামো (২ সেমি বা তার কম আকারের ছোট কোষ) থাকে এবং যা একটি পাতলা দেয়ালযুক্ত H2 কন্টেইনার দ্বারা পরিবেষ্টিত থাকে, এবং একটি রেপ্লিকেটর কন্টেইনার, যা আঠা দিয়ে জোড়া ছোট ছোট অংশ (যেমন, ষড়ভুজাকার প্লাস্টিকের রিং) দিয়ে গঠিত একটি অভ্যন্তরীণ কাঠামো এবং একটি পাতলা বাইরের আবরণের সমন্বয়ে গঠিত। ডুপ্লিকেট কন্টেইনারগুলো বড় আকারের পাত্রের জন্য সবচেয়ে উপযুক্ত, যেখানে প্রচলিত পদ্ধতি প্রয়োগ করা কঠিন হতে পারে।
২০০৯ সালে ভক্সওয়াগেন কর্তৃক দাখিলকৃত পেটেন্ট DE102009057170A-তে যানবাহনে স্থাপনযোগ্য একটি চাপ-পাত্রের বর্ণনা দেওয়া হয়েছে, যা স্থানের ব্যবহার উন্নত করার পাশাপাশি উচ্চ ওজন দক্ষতা প্রদান করবে। আয়তাকার ট্যাঙ্কগুলিতে দুটি আয়তাকার বিপরীত দেয়ালের মধ্যে টেনশন কানেক্টর ব্যবহার করা হয় এবং এর কোণাগুলো গোলাকার।
উপরোক্ত এবং অন্যান্য ধারণাগুলো গ্লাইস কর্তৃক ECCM20 (২৬-৩০ জুন, ২০২২, লোজান, সুইজারল্যান্ড)-এ উপস্থাপিত “Process Development for Cubic Pressure Vessels with Stretch Bars” শীর্ষক গবেষণাপত্রে উদ্ধৃত হয়েছে। এই প্রবন্ধে, তিনি মাইকেল রুফ এবং সভেন জারেম্বা দ্বারা প্রকাশিত একটি TUM গবেষণার উদ্ধৃতি দিয়েছেন, যেখানে দেখা গেছে যে, আয়তাকার দিকগুলোকে সংযুক্তকারী টেনশন স্ট্রাটযুক্ত একটি ঘনকাকৃতির চাপাধার কয়েকটি ছোট সিলিন্ডারের চেয়ে বেশি কার্যকর, যা একটি ফ্ল্যাট ব্যাটারির জায়গায় এঁটে যায় এবং প্রায় ২৫% বেশি সঞ্চয়স্থান প্রদান করে।
গ্লাইসের মতে, একটি ফ্ল্যাট কেসে প্রচুর সংখ্যক ছোট টাইপ ৪ সিলিন্ডার স্থাপন করার সমস্যাটি হলো, “সিলিন্ডারগুলোর মধ্যবর্তী আয়তন ব্যাপকভাবে কমে যায় এবং সিস্টেমটির H2 গ্যাস ভেদ্যতার পৃষ্ঠও খুব বড় হয়ে যায়। সামগ্রিকভাবে, এই সিস্টেমটি ঘনকাকৃতির জারের তুলনায় কম ধারণক্ষমতা প্রদান করে।”
তবে, ট্যাঙ্কটির ঘনকাকৃতির নকশায় আরও কিছু সমস্যা রয়েছে। গ্লাইস বলেন, “স্বাভাবিকভাবেই, সংকুচিত গ্যাসের কারণে সমতল দেয়ালগুলোর ওপর যে নমন বল কাজ করে, তা প্রতিহত করার প্রয়োজন হয়। এর জন্য এমন একটি শক্তিশালী কাঠামো দরকার যা ট্যাঙ্কের ভেতরের দেয়ালগুলোর সাথে সংযুক্ত থাকবে। কিন্তু কম্পোজিট দিয়ে তা করা কঠিন।”
গ্লেস এবং তার দল ফিলামেন্ট ওয়াইন্ডিং প্রক্রিয়ার জন্য উপযুক্ত উপায়ে প্রেশার ভেসেলের মধ্যে রিইনফোর্সিং টেনশন বার অন্তর্ভুক্ত করার চেষ্টা করেছিলেন। তিনি ব্যাখ্যা করেন, “এটি উচ্চ-পরিমাণ উৎপাদনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ, এবং এটি আমাদেরকে জোনের প্রতিটি লোডের জন্য ফাইবারের সর্বোত্তম বিন্যাস নিশ্চিত করতে কন্টেইনারের দেয়ালের ওয়াইন্ডিং প্যাটার্ন ডিজাইন করার সুযোগও দেয়।”
P4H প্রকল্পের জন্য একটি পরীক্ষামূলক ঘনকাকার কম্পোজিট ট্যাঙ্ক তৈরির চারটি ধাপ। ছবির উৎস: “ব্রেস সহ ঘনকাকার চাপ পাত্রের উৎপাদন প্রক্রিয়ার উন্নয়ন”, মিউনিখ টেকনিক্যাল ইউনিভার্সিটি, পলিমারস৪হাইড্রোজেন প্রকল্প, ECCM20, জুন ২০২২।
অন-চেইন অর্জন করার জন্য, দলটি উপরে দেখানো চারটি প্রধান ধাপ সমন্বিত একটি নতুন ধারণা তৈরি করেছে। ধাপগুলিতে কালো রঙে দেখানো টেনশন স্ট্রাটগুলি হলো একটি পূর্ব-নির্মিত ফ্রেম কাঠামো, যা MAI স্কেলেট প্রকল্প থেকে নেওয়া পদ্ধতি ব্যবহার করে তৈরি করা হয়েছে। এই প্রকল্পের জন্য, BMW চারটি ফাইবার-রিইনফোর্সড পুলট্রুশন রড ব্যবহার করে একটি উইন্ডশিল্ড ফ্রেম "কাঠামো" তৈরি করেছিল, যেগুলিকে পরে একটি প্লাস্টিকের ফ্রেমে ঢালাই করা হয়েছিল।
একটি পরীক্ষামূলক ঘনকাকার ট্যাংকের কাঠামো। টিইউএম (TUM) কর্তৃক ৩ডি প্রিন্টকৃত ষড়ভুজাকার কঙ্কাল অংশগুলো—অশক্তিবর্ধিত পিএলএ (PLA) ফিলামেন্ট ব্যবহার করে (উপরে), টান-বন্ধনী হিসেবে সিএফ/পিএ৬ (CF/PA6) পালট্রুশন রড প্রবেশ করিয়ে (মাঝে) এবং তারপর বন্ধনীগুলোর চারপাশে ফিলামেন্ট পেঁচিয়ে (নিচে)। ছবির সৌজন্যে: টেকনিক্যাল ইউনিভার্সিটি অফ মিউনিখ এলসিসি (Technical University of Munich LCC)।
গ্লেস বলেন, “মূল ধারণাটি হলো, একটি ঘনকাকার ট্যাংকের কাঠামোকে একটি মডিউলার কাঠামো হিসেবে তৈরি করা যায়। এরপর এই মডিউলগুলোকে একটি মোল্ডিং টুলে রাখা হয়, ফ্রেম মডিউলগুলোতে টেনশন স্ট্রাটগুলো বসানো হয়, এবং তারপর স্ট্রাটগুলোর চারপাশে এমএআই স্কেলেট-এর পদ্ধতি ব্যবহার করে সেগুলোকে ফ্রেমের অংশগুলোর সাথে একীভূত করা হয়।” এটি একটি গণ-উৎপাদন পদ্ধতি, যার ফলে এমন একটি কাঠামো তৈরি হয় যা পরবর্তীতে স্টোরেজ ট্যাংকের কম্পোজিট শেলকে মোড়ানোর জন্য ম্যান্ড্রেল বা কোর হিসেবে ব্যবহৃত হয়।
টিইউএম ট্যাঙ্কের কাঠামোটিকে একটি ঘনকাকৃতির “কুশন” হিসেবে ডিজাইন করেছে, যার পাশগুলো নিরেট, কোণাগুলো গোলাকার এবং উপরে ও নিচে একটি ষড়ভুজাকার নকশা রয়েছে, যার ভেতর দিয়ে টাই প্রবেশ করিয়ে সংযুক্ত করা যায়। এই র‍্যাকগুলোর জন্য ছিদ্রগুলোও থ্রিডি প্রিন্ট করা হয়েছিল। গ্লেস বলেন, “আমাদের প্রাথমিক পরীক্ষামূলক ট্যাঙ্কের জন্য, আমরা পলিল্যাকটিক অ্যাসিড [পিএলএ, একটি জৈব-ভিত্তিক থার্মোপ্লাস্টিক] ব্যবহার করে ষড়ভুজাকার কাঠামোর অংশগুলো থ্রিডি প্রিন্ট করেছিলাম, কারণ এটি সহজ এবং সস্তা ছিল।”
দলটি টাই হিসেবে ব্যবহারের জন্য এসজিএল কার্বন (মাইটিংগেন, জার্মানি) থেকে ৬৮টি পুলট্রুডেড কার্বন ফাইবার রিইনফোর্সড পলিমাইড ৬ (PA6) রড ক্রয় করে। গ্লাইস বলেন, “ধারণাটি পরীক্ষা করার জন্য, আমরা কোনো ছাঁচ তৈরি করিনি, বরং একটি থ্রিডি প্রিন্টেড হানিকম্ব কোর ফ্রেমে স্পেসার ঢুকিয়ে ইপোক্সি আঠা দিয়ে লাগিয়ে দিয়েছি। এটি ট্যাঙ্কটি পেঁচানোর জন্য একটি ম্যান্ড্রেল হিসেবে কাজ করে।” তিনি উল্লেখ করেন যে, যদিও এই রডগুলো পেঁচানো তুলনামূলকভাবে সহজ, তবে কিছু উল্লেখযোগ্য সমস্যা রয়েছে যা পরে বর্ণনা করা হবে।
“প্রথম পর্যায়ে, আমাদের লক্ষ্য ছিল নকশাটির উৎপাদনযোগ্যতা প্রদর্শন করা এবং উৎপাদন ধারণার সমস্যাগুলো চিহ্নিত করা,” গ্লাইস ব্যাখ্যা করেন। “তাই টেনশন স্ট্রাটগুলো কঙ্কাল কাঠামোর বাইরের পৃষ্ঠ থেকে বেরিয়ে থাকে, এবং আমরা ওয়েট ফিলামেন্ট ওয়াইন্ডিং ব্যবহার করে এই কোরের সাথে কার্বন ফাইবার সংযুক্ত করি। এরপর, তৃতীয় ধাপে, আমরা প্রতিটি টাই রডের মাথা বাঁকাই। এটি থার্মোপ্লাস্টিক, তাই আমরা শুধু তাপ ব্যবহার করে মাথাটিকে নতুন আকার দিই যাতে এটি চ্যাপ্টা হয়ে মোড়কের প্রথম স্তরে আটকে যায়। তারপর আমরা কাঠামোটিকে আবার মোড়ক করি যাতে চ্যাপ্টা থ্রাস্ট হেডটি জ্যামিতিকভাবে ট্যাংকের ভেতরে আবদ্ধ থাকে। দেয়ালগুলোতে ল্যামিনেট করা থাকে।”
ফিলামেন্ট পেঁচানোর জন্য স্পেসার ক্যাপ। ফিলামেন্ট পেঁচানোর সময় ফাইবারগুলো যাতে জট পাকিয়ে না যায়, সেজন্য টিইউএম (TUM) টেনশন রডের প্রান্তে প্লাস্টিকের ক্যাপ ব্যবহার করে। ছবির স্বত্ব: টেকনিক্যাল ইউনিভার্সিটি অফ মিউনিখ এলএলসি।
গ্লেস পুনরায় বলেন যে এই প্রথম ট্যাঙ্কটি ছিল একটি প্রুফ অফ কনসেপ্ট। “থ্রিডি প্রিন্টিং এবং আঠার ব্যবহার শুধুমাত্র প্রাথমিক পরীক্ষার জন্য ছিল এবং আমরা যে কয়েকটি সমস্যার সম্মুখীন হয়েছিলাম সে সম্পর্কে এটি আমাদের একটি ধারণা দিয়েছিল। উদাহরণস্বরূপ, ওয়াইন্ডিং করার সময়, ফিলামেন্টগুলো টেনশন রডের প্রান্তে আটকে যাচ্ছিল, যার ফলে ফাইবার ভেঙে যাচ্ছিল, ফাইবার ক্ষতিগ্রস্ত হচ্ছিল এবং এর মোকাবিলা করার জন্য ফাইবারের পরিমাণ কমাতে হয়েছিল। আমরা উৎপাদন সহায়ক হিসেবে কয়েকটি প্লাস্টিকের ক্যাপ ব্যবহার করেছিলাম, যেগুলো প্রথম ওয়াইন্ডিং ধাপের আগে পোলগুলোর উপর বসানো হয়েছিল। তারপর, যখন অভ্যন্তরীণ ল্যামিনেটগুলো তৈরি করা হয়ে গেল, আমরা এই সুরক্ষামূলক ক্যাপগুলো সরিয়ে ফেলি এবং চূড়ান্তভাবে মোড়ানোর আগে পোলগুলোর প্রান্তগুলোকে নতুন আকার দিই।”
দলটি বিভিন্ন পুনর্গঠন পরিস্থিতি নিয়ে পরীক্ষা-নিরীক্ষা করেছিল। গ্রেস বলেন, “যেগুলো চারপাশ দেখে কাজ করে, সেগুলোই সবচেয়ে ভালো কাজ দেয়।” “এছাড়াও, প্রোটোটাইপিং পর্যায়ে, আমরা টাই রডের প্রান্তগুলোতে তাপ প্রয়োগ করে সেগুলোর আকার পরিবর্তন করার জন্য একটি পরিবর্তিত ওয়েল্ডিং টুল ব্যবহার করেছিলাম। গণ-উৎপাদনের ধারণায়, একটি বড় টুল থাকবে যা একই সাথে স্ট্রাটগুলোর সমস্ত প্রান্তকে একটি ইন্টেরিয়র ফিনিশ ল্যামিনেটে রূপ দিতে পারবে।”
ড্রবার হেডগুলির নতুন আকার দেওয়া হয়েছে। টিইউএম (TUM) বিভিন্ন ধারণা নিয়ে পরীক্ষা-নিরীক্ষা করেছে এবং ট্যাঙ্কের দেয়ালের ল্যামিনেটের সাথে সংযুক্ত করার জন্য কম্পোজিট টাইগুলির প্রান্তগুলিকে সারিবদ্ধ করতে ওয়েল্ডগুলিতে পরিবর্তন এনেছে। ছবির উৎস: “ব্রেস সহ ঘনকাকৃতির চাপ পাত্রের জন্য একটি উৎপাদন প্রক্রিয়ার উন্নয়ন”, মিউনিখ টেকনিক্যাল ইউনিভার্সিটি, পলিমারস৪হাইড্রোজেন প্রকল্প, ইসিএম২০, জুন ২০২২।
এইভাবে, প্রথম ওয়াইন্ডিং ধাপের পর ল্যামিনেটটি কিউর করা হয়, পোস্টগুলোকে নতুন আকার দেওয়া হয়, টিইউএম (TUM) ফিলামেন্টগুলোর দ্বিতীয় ওয়াইন্ডিং সম্পন্ন করে, এবং তারপর বাইরের ট্যাঙ্কের দেয়ালের ল্যামিনেটটি দ্বিতীয়বার কিউর করা হয়। অনুগ্রহ করে মনে রাখবেন যে এটি একটি টাইপ ৫ ট্যাঙ্ক ডিজাইন, যার অর্থ এতে গ্যাস প্রতিবন্ধক হিসেবে কোনো প্লাস্টিক লাইনার নেই। নিচের 'পরবর্তী পদক্ষেপ' (Next Steps) বিভাগে আলোচনাটি দেখুন।
গ্লেস বলেন, “আমরা প্রথম ডেমোটিকে আড়াআড়িভাবে কেটে সংযুক্ত এলাকাটির মানচিত্র তৈরি করেছি। কাছ থেকে দেখলে বোঝা যায় যে ল্যামিনেটটিতে আমাদের কিছু মানের সমস্যা ছিল, স্ট্রাট হেডগুলো ভেতরের ল্যামিনেটের ওপর সমানভাবে বসছিল না।”
ট্যাঙ্কের ভেতরের ও বাইরের দেয়ালের ল্যামিনেটের মধ্যকার ফাঁকের সমস্যার সমাধান। পরিবর্তিত টাই রড হেডটি পরীক্ষামূলক ট্যাঙ্কটির প্রথম ও দ্বিতীয় প্যাঁচের মধ্যে একটি ফাঁক তৈরি করে। ছবির সৌজন্যে: টেকনিক্যাল ইউনিভার্সিটি অফ মিউনিখ এলএলসি।
এই প্রাথমিক ৪৫০ x ২৯০ x ৮০ মিমি ট্যাঙ্কটির নির্মাণকাজ গত গ্রীষ্মে সম্পন্ন হয়েছিল। গ্লেস বলেন, “তারপর থেকে আমরা অনেক অগ্রগতি করেছি, কিন্তু ভেতরের এবং বাইরের ল্যামিনেটের মধ্যে এখনও একটি ফাঁক রয়ে গেছে। তাই আমরা একটি পরিষ্কার, উচ্চ সান্দ্রতার রেজিন দিয়ে সেই ফাঁকগুলো পূরণ করার চেষ্টা করেছি। এটি আসলে স্টাড এবং ল্যামিনেটের মধ্যে সংযোগ উন্নত করে, যা যান্ত্রিক চাপকে ব্যাপকভাবে বাড়িয়ে তোলে।”
দলটি ট্যাঙ্কের নকশা এবং প্রক্রিয়াটির উন্নয়ন অব্যাহত রেখেছিল, যার মধ্যে কাঙ্ক্ষিত ওয়াইন্ডিং প্যাটার্নের সমাধানও অন্তর্ভুক্ত ছিল। গ্লেস ব্যাখ্যা করেন, “পরীক্ষামূলক ট্যাঙ্কটির পাশগুলো পুরোপুরি বাঁকানো ছিল না, কারণ এই জ্যামিতিতে একটি ওয়াইন্ডিং পথ তৈরি করা কঠিন ছিল। আমাদের প্রাথমিক ওয়াইন্ডিং কোণ ছিল ৭৫°, কিন্তু আমরা জানতাম যে এই প্রেশার ভেসেলের লোড মেটাতে একাধিক সার্কিটের প্রয়োজন হবে। আমরা এখনও এই সমস্যার একটি সমাধান খুঁজছি, কিন্তু বর্তমানে বাজারে থাকা সফটওয়্যার দিয়ে এটি সহজ নয়। এটি একটি ফলো-আপ প্রজেক্ট হতে পারে।”
গ্লাইস বলেন, “আমরা এই উৎপাদন ধারণার সম্ভাব্যতা প্রদর্শন করেছি, কিন্তু ল্যামিনেটের মধ্যকার সংযোগ উন্নত করতে এবং টাই রডগুলোর আকৃতি নতুন করে তৈরি করতে আমাদের আরও কাজ করতে হবে। একটি টেস্টিং মেশিনে বাহ্যিক পরীক্ষা করতে হবে। ল্যামিনেট থেকে স্পেসারগুলো বের করে এনে পরীক্ষা করতে হবে যে ওই জয়েন্টগুলো কী পরিমাণ যান্ত্রিক ভার সহ্য করতে পারে।”
পলিমারস৪হাইড্রোজেন প্রকল্পের এই অংশটি ২০২৩ সালের শেষে সম্পন্ন হবে, এবং ততদিনে গ্লাইস দ্বিতীয় প্রদর্শনী ট্যাঙ্কটি সম্পূর্ণ করার আশা করছে। মজার বিষয় হলো, বর্তমান নকশাগুলোতে কাঠামোতে নিট রিইনফোর্সড থার্মোপ্লাস্টিক এবং ট্যাঙ্কের দেয়ালে থার্মোসেট কম্পোজিট ব্যবহার করা হচ্ছে। চূড়ান্ত প্রদর্শনী ট্যাঙ্কটিতে কি এই হাইব্রিড পদ্ধতি ব্যবহার করা হবে? গ্রেস বললেন, “হ্যাঁ। পলিমারস৪হাইড্রোজেন প্রকল্পে আমাদের অংশীদাররা আরও উন্নত হাইড্রোজেন প্রতিবন্ধক বৈশিষ্ট্যসম্পন্ন ইপোক্সি রেজিন এবং অন্যান্য কম্পোজিট ম্যাট্রিক্স উপাদান তৈরি করছে।” তিনি এই কাজে নিয়োজিত দুটি অংশীদারের নাম উল্লেখ করেন: পিসিসিএল এবং ট্যাম্পেয়ার বিশ্ববিদ্যালয় (ট্যাম্পেয়ার, ফিনল্যান্ড)।
গ্লাইস এবং তার দল এলসিসি কনফর্মাল কম্পোজিট ট্যাঙ্কের দ্বিতীয় হাইডেন প্রকল্প নিয়ে জেগারের সাথে তথ্য বিনিময় ও ধারণা নিয়ে আলোচনা করেছেন।
“আমরা গবেষণা ড্রোনের জন্য একটি কনফর্মাল কম্পোজিট প্রেসার ভেসেল তৈরি করব,” জেগার বলেন। “এটি টিইউএম-এর অ্যারোস্পেস অ্যান্ড জিওডেটিক বিভাগ – এলসিসি এবং হেলিকপ্টার টেকনোলজি (এইচটি) বিভাগের মধ্যে একটি যৌথ উদ্যোগ। প্রকল্পটি ২০২৪ সালের শেষ নাগাদ সম্পন্ন হবে এবং আমরা বর্তমানে প্রেসার ভেসেলটির নির্মাণকাজ শেষ করছি। এর নকশাটি মূলত অ্যারোস্পেস এবং অটোমোটিভ পদ্ধতির ওপর ভিত্তি করে তৈরি। এই প্রাথমিক ধারণার পর্যায়ের পর, পরবর্তী পদক্ষেপ হলো বিস্তারিত কাঠামোগত মডেলিং করা এবং দেয়াল কাঠামোর প্রতিবন্ধক কার্যকারিতা সম্পর্কে পূর্বাভাস দেওয়া।”
“মূল ধারণাটি হলো একটি হাইব্রিড ফুয়েল সেল ও ব্যাটারি প্রোপালশন সিস্টেমসহ একটি অনুসন্ধানমূলক ড্রোন তৈরি করা,” তিনি বলে চললেন। এটি উচ্চ শক্তির ব্যবহারের সময় (অর্থাৎ উড্ডয়ন ও অবতরণের সময়) ব্যাটারি ব্যবহার করবে এবং হালকা লোডে চলার সময় ফুয়েল সেলে চলে যাবে। “এইচটি দলের কাছে আগে থেকেই একটি গবেষণা ড্রোন ছিল এবং তারা ব্যাটারি ও ফুয়েল সেল উভয়ই ব্যবহার করার জন্য এর পাওয়ারট্রেনটি নতুন করে ডিজাইন করেছে,” ইয়েগার বলেন। “এই ট্রান্সমিশনটি পরীক্ষা করার জন্য তারা একটি সিজিএইচ২ (CGH2) ট্যাঙ্কও কিনেছে।”
তিনি ব্যাখ্যা করেন, “আমার দলকে এমন একটি প্রেশার ট্যাঙ্কের প্রোটোটাইপ তৈরি করার দায়িত্ব দেওয়া হয়েছিল যা মানানসই হবে, কিন্তু নলাকার ট্যাঙ্কের কারণে সৃষ্ট প্যাকেজিং সমস্যার জন্য নয়। একটি চ্যাপ্টা ট্যাঙ্ক ততটা বায়ু প্রতিরোধ তৈরি করে না। ফলে এর ফ্লাইট পারফরম্যান্স আরও ভালো হয়।” ট্যাঙ্কের আনুমানিক মাপ ৮৩০ x ৩৫০ x ১৭৩ মিমি।
সম্পূর্ণ থার্মোপ্লাস্টিক এএফপি-সম্মত ট্যাঙ্ক। HyDDen প্রকল্পের জন্য, TUM-এর LCC দলটি প্রথমে Glace (উপরে) দ্বারা ব্যবহৃত পদ্ধতির অনুরূপ একটি পদ্ধতি অন্বেষণ করেছিল, কিন্তু পরে বেশ কয়েকটি কাঠামোগত মডিউলের সংমিশ্রণ ব্যবহার করে একটি পদ্ধতিতে চলে যায়, যা পরবর্তীতে এএফপি ব্যবহার করে অতিরিক্তভাবে প্রয়োগ করা হয়েছিল (নীচে)। ছবির সৌজন্যে: টেকনিক্যাল ইউনিভার্সিটি অফ মিউনিখ LCC।
ইয়েগার বলেন, “একটি ধারণা এলিজাবেথ [গ্লাইস]-এর পদ্ধতির মতোই—উচ্চ নমন বলের মোকাবিলা করার জন্য পাত্রের দেওয়ালে টেনশন ব্রেস প্রয়োগ করা। তবে, ট্যাঙ্কটি তৈরি করার জন্য ওয়াইন্ডিং প্রক্রিয়ার পরিবর্তে আমরা এএফপি ব্যবহার করি। তাই, আমরা প্রেশার ভেসেলের একটি আলাদা অংশ তৈরি করার কথা ভেবেছিলাম, যেখানে র‍্যাকগুলো আগে থেকেই সমন্বিত থাকবে। এই পদ্ধতিটি আমাকে এই ধরনের কয়েকটি সমন্বিত মডিউল একত্রিত করার এবং তারপর চূড়ান্ত এএফপি ওয়াইন্ডিংয়ের আগে সবকিছু সিল করার জন্য একটি এন্ড ক্যাপ প্রয়োগ করার সুযোগ করে দিয়েছে।”
তিনি বলতে থাকলেন, “আমরা এই ধরনের একটি ধারণা চূড়ান্ত করার চেষ্টা করছি এবং নির্বাচিত উপকরণগুলোর পরীক্ষাও শুরু করছি, যা H2 গ্যাসের অনুপ্রবেশের বিরুদ্ধে প্রয়োজনীয় প্রতিরোধ নিশ্চিত করার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এর জন্য, আমরা প্রধানত থার্মোপ্লাস্টিক উপকরণ ব্যবহার করি এবং এএফপি মেশিনে প্রক্রিয়াকরণের সময় এই উপকরণটি কীভাবে তার ভেদ্যতা আচরণকে প্রভাবিত করবে, তা নিয়ে বিভিন্নভাবে কাজ করছি। এই প্রক্রিয়াকরণ পদ্ধতির কোনো প্রভাব পড়বে কিনা এবং কোনো পরবর্তী প্রক্রিয়াকরণের প্রয়োজন আছে কিনা, তা বোঝা জরুরি। আমরা এটাও জানতে চাই যে, বিভিন্ন স্ট্যাক প্রেশার ভেসেলের মধ্য দিয়ে হাইড্রোজেনের ভেদ্যতাকে প্রভাবিত করবে কিনা।”
ট্যাঙ্কটি সম্পূর্ণরূপে থার্মোপ্লাস্টিক দিয়ে তৈরি হবে এবং স্ট্রিপগুলো সরবরাহ করবে টেইজিন কার্বন ইউরোপ জিএমবিএইচ (ভুপারটাল, জার্মানি)। ইয়েগার বলেন, “আমরা তাদের পিপিএস [পলিফেনাইলিন সালফাইড], পিক [পলিইথার কিটোন] এবং এলএম প্যাক [নিম্ন গলনাঙ্কের পলিঅ্যারাইল কিটোন] উপাদানগুলো ব্যবহার করব।” “এরপর তুলনা করে দেখা হয় যে, ছিদ্ররোধী সুরক্ষা এবং উন্নত কর্মক্ষমতাসম্পন্ন যন্ত্রাংশ তৈরির জন্য কোনটি সবচেয়ে ভালো।” তিনি আশা করছেন, আগামী এক বছরের মধ্যে পরীক্ষা, কাঠামোগত ও প্রক্রিয়াগত মডেলিং এবং প্রথম প্রদর্শনীগুলো সম্পন্ন করতে পারবেন।
এই গবেষণা কাজটি ফেডারেল মিনিস্ট্রি ফর ক্লাইমেট চেঞ্জ, দ্য এনভায়রনমেন্ট, এনার্জি, মোবিলিটি, ইনোভেশন অ্যান্ড টেকনোলজি এবং ফেডারেল মিনিস্ট্রি ফর ডিজিটাল টেকনোলজি অ্যান্ড ইকোনমিক্স-এর COMET প্রোগ্রামের অধীনে COMET মডিউল “Polymers4Hydrogen” (ID 21647053)-এর আওতায় পরিচালিত হয়েছে। লেখকগণ অংশগ্রহণকারী অংশীদার পলিমার কম্পিটেন্স সেন্টার লিওবেন জিএমবিএইচ (PCCL, অস্ট্রিয়া), মন্টানইউনিভার্সিটেট লিওবেন (ফ্যাকাল্টি অফ পলিমার ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যান্ড সায়েন্স, ডিপার্টমেন্ট অফ কেমিস্ট্রি অফ পলিমার ম্যাটেরিয়ালস, ডিপার্টমেন্ট অফ ম্যাটেরিয়ালস সায়েন্স অ্যান্ড পলিমার টেস্টিং), ইউনিভার্সিটি অফ ট্যাম্পেরে (ফ্যাকাল্টি অফ ইঞ্জিনিয়ারিং ম্যাটেরিয়ালস), পিক টেকনোলজি এবং ফোরেশিয়াকে ধন্যবাদ জানান, যারা এই গবেষণা কাজে অবদান রেখেছেন। COMET-মডিউলটি অস্ট্রিয়া সরকার এবং স্টাইরিয়া রাজ্য সরকার দ্বারা অর্থায়নকৃত।
ভারবাহী কাঠামোর জন্য ব্যবহৃত প্রাক-শক্তিবর্ধিত শিটগুলিতে অবিচ্ছিন্ন তন্তু থাকে – যা শুধু কাচ থেকেই নয়, কার্বন এবং অ্যারামিড থেকেও তৈরি হয়।
যৌগিক যন্ত্রাংশ তৈরির অনেক উপায় আছে। সুতরাং, কোনো নির্দিষ্ট যন্ত্রাংশের জন্য পদ্ধতি নির্বাচন নির্ভর করবে ব্যবহৃত উপাদান, যন্ত্রাংশটির নকশা এবং এর চূড়ান্ত ব্যবহার বা প্রয়োগের উপর। এখানে একটি নির্বাচন নির্দেশিকা দেওয়া হলো।
শকার কম্পোজিটস এবং আরএন্ডএম ইন্টারন্যাশনাল একটি পুনর্ব্যবহৃত কার্বন ফাইবার সরবরাহ শৃঙ্খল গড়ে তুলছে, যা পশু জবাই শূন্যে নিশ্চিত করে, ভার্জিন ফাইবারের চেয়ে কম খরচে পাওয়া যায় এবং অবশেষে এমন দৈর্ঘ্যের ফাইবার সরবরাহ করবে যা কাঠামোগত বৈশিষ্ট্যে কন্টিনিউয়াস ফাইবারের কাছাকাছি পৌঁছাবে।