แสงอาทิตย์ทูอินวัน ผลิตไฮโดรเจน-น้ำดี

พลังงานสะอาดไม่ก่อมลภาวะ... “ไฮโดรเจน” จากพลังงาน “แสงอาทิตย์”...ฝีมือคนไทยใหม่ๆหมาดๆ ที่เพิ่งเรียนจบปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ เป็นงานวิจัยที่น่าสนใจและสำคัญเพราะจะเป็นแนวทางในการพัฒนาต่อยอดต่อไปได้อีกมากมาย ซึ่งจะเป็นประโยชน์มหาศาลในวงกว้าง

แนวโน้มสิ่งแวดล้อมโลก “ปฏิวัติอุตสาหกรรม” พุ่งเป้าการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นศูนย์ เข้าใจตรงกันว่าการบรรลุเป้าหมาย “Net Zero” ภายในปี 2050 เป็นสิ่งจำเป็นและสำคัญยิ่ง

การเปลี่ยนมาใช้รถยนต์ไฟฟ้า การใช้พลังงานหมุนเวียน จะช่วยบรรเทาปัญหาการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้ถึง 70% น่าสนใจว่า...การใช้ “พลังงานไฮโดรเจน” เป็นหนึ่งในทางเลือกที่น่าสนใจที่สุด

ด้วย...เป็นพลังงานทางเลือกทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล ที่มีความ ต้องการพุ่งทะยานสูงขึ้นเรื่อยๆ

หลักการสำคัญมีว่า...ทุกวันนี้เมื่อเราพูดถึงพลังงานทางเลือกในอนาคตจะพูดถึง “ไฮโดรเจน” กันเยอะ เพราะว่าไฮโดรเจนเป็นแหล่งเก็บพลังงานได้ด้วย ที่สำคัญคือสามารถผลิตได้จากน้ำเปล่าซึ่งมีอยู่ทั่วไป

และจะยิ่งน่าสนใจมากขึ้นด้วยว่างานวิจัยที่ว่านี้ สามารถผลิต “ไฮโดรเจน” จาก “น้ำ” อะไรก็ได้ ไม่จำกัด ไม่ว่า...น้ำดี น้ำเสีย น้ำจาก แหล่งน้ำธรรมชาติ แน่นอนว่าแทบจะไม่มีต้นทุนเลย หรือมีก็มีน้อยมากๆ เมื่อเทียบกับการใช้น้ำเปล่าที่จะต้องมาทำให้สะอาดก่อน

ข้อสำคัญนี้เอง...ทำให้เราคิดระบบใหม่ที่สามารถผลิต “ไฮโดรเจน” จากน้ำอะไรก็ได้ขึ้นมา

หรือว่า...จะเป็นน้ำจากกระบวนการผลิตอุตสาหกรรม น้ำทะเล น้ำจากแม่น้ำก็สามารถทำได้ โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการกรอง ซึ่งต้องใช้ พลังงาน เพื่อเอามาผลิตไฮโดรเจน

ดร.ชาณญ พรรุ่งโรจน์ นักวิจัย สังกัดภาควิชาวิศวกรรมเคมี จุฬา ลงกรณ์มหาวิทยาลัย ภายใต้ รศ.ดร.สุรเทพ เขียวหอม บอกว่า ข้อดีสำคัญต่อมา...งานวิจัยชิ้นนี้ อุปกรณ์ชิ้นเดียวกันที่เป็นหัวใจสำคัญนอกจากจะผลิตไฮโดรเจนได้แล้ว ยังสามารถผลิตน้ำเปล่าได้ด้วยจากพลังงานแสงอาทิตย์

เรียกว่าผลิต “น้ำเปล่า” ที่สะอาดเป็นน้ำดื่มได้ในเวลาเดียวกัน...แบบทูอินวัน

“...ก็เลยเป็นงานวิจัยที่น่าสนใจ เราเป็นคนเริ่มแนวคิด พลังงานไฮโดรเจนจากน้ำพูดถึงกันมานานแล้ว แต่มีต้นทุนที่แพง ราคาเครื่องมืออุปกรณ์ก็สูงแล้วประสิทธิภาพก็ต่ำแถมยังใช้พื้นที่ในการทำค่อนข้างมากมหาศาล ไม่เหมือนพลังงานจากแสงอาทิตย์โซลาร์เซลล์”

หากเราติดตั้งแผงพื้นที่เพียง 1 เปอร์เซ็นต์ของโลกใบนี้ เราก็จะมีพลังงานไฟฟ้าเพียงพอกับความต้องการแล้ว แต่ปัญหาของ “แผงโซลาร์เซลล์” คือไม่สามารถเก็บพลังงานได้ ต้องมีแบตเตอรี่เก็บพลังงานอีกทอดหนึ่ง และต้องใหญ่เพียงพอที่จะเก็บเอาไว้

ซึ่งถ้าหากเราได้ไฮโดรเจนมาจากกระบวนการอาศัยพลังงานแสง อาทิตย์ ก็จะสามารถเก็บได้นานกี่ปีก็ได้ ไม่หายไปไหน...จะเหมือนเป็นแบตเตอรี่ไปในตัว อาจจะเก็บใส่แท็งก์ลงใต้ดิน

ปัจจุบัน “ไฮโดรเจน” ถูกนำไปใช้เยอะในพื้นที่ขั้วโลกที่มีอากาศหนาวเย็น จะเก็บพลังงานในรูปแบตเตอรี่ไม่ได้ อากาศหนาวทำให้แบต เสื่อมเร็ว ก็เลยเก็บในรูปไฮโดรเจนแทน

พลังงานไฮโดรเจน กรณีใช้ในยานอวกาศก็จะเก็บในรูปของเหลว ถ้าใช้งานทั่วไปก็จะเก็บในรูปแบบก๊าซความดันสูง การทดลองงานวิจัยชิ้นนี้ได้ก๊าซไฮโดรเจนออกมา แต่ยังไม่ถึงขั้นพัฒนาไปถึงกระบวนการเก็บ แต่เป็นกระบวนการแปลกใหม่ที่สามารถใช้พลังงานแสงอาทิตย์มา ผลิตไฮโดรเจนและน้ำสะอาดออกมาได้

ดร.ชาณญ ย้ำว่า...เมื่อนำน้ำมาเข้ากระบวนการซึ่งใช้พลังงานแสงอาทิตย์ก็จะได้ “ไฮโดรเจน” กับ “น้ำ” ออกมา ต้องบอกก่อนว่ากระบวนการปกติทั่วไปที่ผ่านมาจะทำแบบนี้ไม่ได้เลย เพราะน้ำที่ไม่สะอาดมีสารเจือปนมากมายจะทำให้ตัวกระบวนการมีปัญหาพังได้

กระบวนการหลักคิดใหม่ที่เกิดขึ้นนี้ ไม่ใช่เรื่องลึกลับ เมื่อเผยแพร่สู่สาธารณะแล้วก็อยากให้มีการจับไปพัฒนาต่อยอด จุดเริ่มที่เกิดขึ้นนั้น มีหลักการง่ายมาก...ผ่านกระบวนการระเหยที่เรียกว่า โซลาร์เวเปอร์อีวา พอเรชัน โดยมี 2 กระบวนการ ได้แก่...โฟโตแคตาไลติก (photocatalyst) การเร่งปฏิกิริยาออกซิไดซ์ด้วยแสง

จะเป็นการเอาแสงอาทิตย์ช่วงยูวีมาแยกน้ำเป็นไฮโดรเจนกับออกซิเจน...“น้ำ” ก็คือ “H2O” แยกออกมาเป็นกระบวนการแรก และ อีกหนึ่งกระบวนการก็คือ โซลาร์เวเปอร์ ไอน้ำเจเนอเรชัน...เอสวีจี (solar vapour generator : SVG)...อันนี้จะเป็นการเอาแสงอาทิตย์ส่วนที่เหลือไม่ใช่ยูวีเป็นส่วนความร้อนมาระเหยน้ำ

“การทดลองวิจัยก็จะทำเป็นแผ่นสีดำๆลอยอยู่ในน้ำเหมือนกระดาษลอยอยู่ แล้วแผ่นสีดำก็จะดูดซับความร้อนจากแสงอาทิตย์แล้วก็ระเหยน้ำ แล้วเราก็เก็บเอาน้ำที่ระเหยออกมา คอนเดนซ์...กลั่นกลับออกมาเป็น
น้ำเปล่า กระบวนการง่ายๆสองอย่างนี้เมื่อนำมารวมกันก็เลยเกิดเป็นงานวิจัยชิ้นนี้ขึ้นมา”

เวลาแสงเข้ามาก็จะเกิดกระบวนการ 2 ขั้นตอน “ทูอินวัน” เรา จึงได้ไฮโดรเจนกับน้ำสะอาด

พุ่งเป้าไปที่ “น้ำ” แหล่งผลิตไฮโดรเจนที่เป็นน้ำอะไรก็ได้ น่าสนใจว่า...เราเคยทดลองน้ำจากอุตสาหกรรมกระดาษซึ่งมีความข้นเป็นสีดำ แน่นอนว่าปกติแล้วจะเอามาในกระบวนการแยกไฮโดรเจนไม่ได้แน่นอน แต่เราทำได้...ตัวแปรสำคัญคือคุณภาพน้ำจึงไม่มีผลใดๆ

ถามต่อไปถึงประสิทธิภาพและความคุ้มค่า ในแง่น้ำเปล่าเราได้ไฮโดรเจน 0.95 ลิตรต่อ 1 ตารางเมตรต่อหนึ่งชั่วโมง ถือว่า...เป็นอัตราที่น่าสนใจ

ย้อนไปก่อนหน้านี้โจทย์สำคัญของงานวิจัยชิ้นนี้มีว่า...ทำอย่างไรให้สามารถผลิต “ไฮโดรเจน” จาก “น้ำทะเล” ได้ แนวคิดเดิมเราจะต้องเสียพลังงานมหาศาลในการกรองน้ำทะเล ก็เลยคิดแนวคิดที่ง่ายกว่า ต้นทุนถูกกว่า...เพราะเป็นงานที่สามารถผลิตน้ำทะเลให้เป็นน้ำเปล่าได้ไปในตัว

“น้ำที่ได้จากกระบวนการจะจืด...สามารถกลั่นน้ำเค็มเป็นน้ำจืดได้แถมได้พลังงานไฮโดรเจนมาด้วย อีกทั้งน้ำเสียที่ผ่านกระบวนการนี้ก็ออกมาเป็นน้ำสะอาดได้เหมือนกัน ที่สำคัญ...ทุกอย่างใช้พลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมด...อุปกรณ์ต้นแบบเป็นเครื่องเล็กๆเพื่อทดลอง แต่สามารถขยายสเกลให้ใหญ่ขึ้นมาได้ไม่ยาก”

ถามว่าจะปรับใช้ในรถยนต์ได้ไหม? ต้องบอกว่า จุดขายของงาน วิจัยชิ้นนี้คือ “กรีนไฮโดรเจน” เป็นคลีนไฮโดรเจน ซึ่งทุกวันนี้ไฮโดรเจนที่ใช้ในอุตสาหกรรมจะเอาก๊าซมีเทนมาแยกเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ บวกไฮโดรเจนก็ยังราคาถูกราวๆลิตรละ 1 เหรียญสหรัฐฯ ผลิตจากวิธีนี้คำนวณยังไงก็เป็นลิตรละ 3-4 เหรียญสหรัฐฯ

“ต้นทุนเรายังสูงกว่า...ไม่คุ้ม แต่เป็นจุดขายในพื้นที่ที่ไม่มีระบบพื้นฐาน เอาไปแยกส่วนใช้งานเฉพาะจุด”

ทว่าในอนาคตมอง “ไฮโดรเจน” เป็นเหมือนแบตเตอรี่ก็ได้ สมมติว่าเรามีพลังงานเหลือจากโซลาร์เซลล์แทนที่จะเอามาอัดลงแบตเตอรี่ก็เอามาแยกน้ำเป็นไฮโดรเจนกับออกซิเจนแล้วก็เก็บไฮโดรเจนเอาไว้จะเก็บได้นานแล้วก็ค่อนข้างมีประสิทธิภาพ มีเสถียรภาพสูง ความปลอดภัยก็มีมาก

“ไฮโดรเจน” พลังงานแห่งอนาคต ระยะยาวจะเป็นอีกตัวแปร สำคัญในหลายๆอุตสาหกรรม เช่น การถลุงแร่เหล็ก โดยเฉพาะการ “ลดต้นทุน” และการปล่อย “มลพิษ” เป็นศูนย์.

คลิกอ่านคอลัมน์ "สกู๊ปหน้า 1" เพิ่มเติม