Inspired & Creative Content Creator พื้นที่รวมคอนเทนต์ว่าด้วยความคิดสร้างสรรค์และพลังของคนรุ่นใหม่

สร้างใบไม้เทียมและเปลือกหุ้มระบบสุริยะ เมื่อมนุษย์มองหาแหล่งพลังงานใหม่

Highlights

  • หากมนุษย์ไม่รีบมองหาแหล่งพลังงานใหม่แทนที่น้ำมัน ถ่านหิน และแก๊สธรรมชาติ ปัญหาเรื่องแหล่งพลังงานนี่แหละที่จะเป็นปัญหาใหญ่เหนือการเมืองและเศรษฐกิจ
  • การค้นหาแหล่งพลังงานใหม่ของมนุษย์ มีทั้งการสร้างใบไม้เทียมที่ยังไม่ได้มีราคาถูกพอจะเข้ามาแข่งขันในตลาดพลังงานได้ การสร้างเตาปฏิกรณ์ฟิวชั่น ที่เป็นเหมือนการสร้างดวงอาทิตย์ขึ้นมาเอง ไปจนการจินตนาการถึงขั้นว่า มนุษย์อาจสร้างเปลือกที่มีลักษณะเหมือนผิวลูกบอลห่อหุ้มทั้งระบบสุริยะเอาไว้เพื่อจะได้เก็บเกี่ยวพลังงานจากแสงอาทิตย์อย่างเต็มที่

เรารู้กันดีว่าโมเลกุลของน้ำประกอบด้วยไฮโดรเจนสองอะตอม เกาะกับออกซิเจนหนึ่งอะตอม

หากแยกมันออกมา เราจะได้แก๊สไฮโดรเจนซึ่งเป็นวัตถุดิบสำคัญที่ใช้ในการสร้างพลังงาน แต่การจะแยกมันออกมาก็ต้องใช้พลังงาน

แหล่งพลังงานที่เหมาะสมสำหรับการแยกน้ำจึงต้องเป็นแหล่งพลังงานที่ใช้ได้ฟรีซึ่งก็คือ แสงอาทิตย์ แต่ต้องมีตัวเร่งปฏิกิริยา (catalyst) มาช่วยให้การแยกน้ำเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วด้วย ซึ่งตัวเร่งปฏิกิริยานี้เรียกว่า ใบไม้เทียม (Artificial leaf) เพราะการทำงานของมันคล้ายกับสิ่งที่ใบไม้จริงๆ ทำ

ในระยะเริ่มต้นของการพัฒนาใบไม้เทียม นักวิทยาศาสตร์พบว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ได้เป็นโลหะหายาก มีราคาแพงมาก อีกทั้งยิ่งมันสามารถแยกน้ำได้ดีเท่าไหร่ มันก็ยิ่งผุกร่อนได้ง่ายเท่านั้น

ใบไม้เทียมจึงเป็นเหมือนเทคโนโลยีในฝันที่ยังไม่หลุดมายังโลกความจริง

การปฏิวัติครั้งสำคัญเกิดขึ้นเมื่อ Daniel G. Nocera นักเคมีชาวอเมริกันแห่งสถาบัน MIT และคณะนักวิจัยทดลองใช้ตัวเร่งปฏิกิริยามาแยกน้ำ โดยตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวมีส่วนประกอบเป็นโคบอลต์ (cobalt) ซึ่งมีราคาถูกกว่าโลหะที่เคยใช้กันมา นอกจากนี้วัสดุดังกล่าวยังสามารถซ่อมแซมตัวเองได้หลังจากมันทำการแยกน้ำไปแล้วอีกด้วย!

การทดลองเพื่อสาธิตเกิดขึ้นในปี ค.ศ. 2011 เมื่อ Nocera นำแผ่นโลหะบางๆ เรียบๆ หน้าตาเหมือนไพ่ใบหนึ่ง แต่เมื่อใส่ลงไปในน้ำแล้วปล่อยให้สัมผัสแสงอาทิตย์ ที่ปลายทั้งสองด้านของแผ่นโลหะนั้นเกิดฟองผุดขึ้นมาอย่างรวดเร็ว ซึ่งนั่นคือแก๊สไฮโดรเจนและออกซิเจน โดยมันสามารถทำงานได้นานราว 45 ชั่วโมงอย่างต่อเนื่องด้วยอัตราสม่ำเสมอ

การทดลองนี้สร้างความความสั่นสะเทือนไปทั้งวงการพลังงาน

ล่าสุดในปี ค.ศ. 2015 นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโมนาช ประเทศออสเตรเลีย สร้างใบไม้เทียมที่มีประสิทธิภาพสูงถึง 22 เปอร์เซ็นต์ ได้สำเร็จ

อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันการสร้างใบไม้เทียมยังไม่ได้มีราคาถูกพอจะเข้ามาแข่งขันในตลาดพลังงานได้ ซึ่งหัวใจสำคัญของการสร้างใบไม้เทียมอยู่ที่การออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้นไปพร้อมๆ กับการมีเสถียรภาพให้ได้นั้นไม่ใช่เรื่องง่าย  

Elon Musk นักธุรกิจและวิศวกร หนึ่งในบุคคลผู้มีส่วนสำคัญในการก่อตั้งรถยนต์ไฟฟ้าเทสลา มองว่าเทคโนโลยีการใช้แก๊สไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานนั้นไม่มีอนาคต

แต่นักลงทุนและนักวิจัยยังคงมุ่งพัฒนาการเก็บเกี่ยวแสงอาทิตย์ทุกทาง ทั้งโซลาร์เซลล์ และใบไม้เทียม รวมทั้งอีกทางหนึ่งที่ค่อนข้างอลังการและดูห่างไกลความเป็นจริงที่สุด นั่นคือ เตาปฏิกรณ์ฟิวชั่น

ปฏิกิริยาฟิวชั่นเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นที่ใจกลางดวงอาทิตย์ การพยายามสร้างเตาปฏิกรณ์ฟิวชั่นจึงไม่ใช่การนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ แต่เป็นเหมือนการสร้างดวงอาทิตย์ขึ้นมาเอง!

วัตถุดิบที่ใช้ในปฏิกิริยาฟิวชั่นนั้นคือ ไฮโดรเจน ซึ่งเป็นแก๊สที่หาได้ไม่ยาก แต่ความยากคือปฏิกิริยาฟิวชั่นจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อเราทำให้ไฮโดรเจนมีอุณหภูมิสูงกว่าใจกลางของดวงอาทิตย์ เพราะการสร้างความดันให้เท่ากับใจกลางดวงอาทิตย์นั้นยากมากจึงต้องชดเชยความดันที่ขาดหายไปด้วยอุณหภูมินั่นเอง

ปัจจุบันเทคโนโลยีเตาปฏิกรณ์ฟิวชั่นบางรูปแบบให้พลังงานมากกว่าที่มันรับเข้าไปแล้ว แต่เรื่องการเก็บเกี่ยวพลังงานที่ปลดปล่อยออกมา รวมทั้งการพยายามลดต้นทุนให้คุ้มค่าทางเศรษฐกิจนั้นยังต้องวิจัยกันอีกยาว

 

หากมองในแง่การเก็บเกี่ยวพลังงานจากดาวฤกษ์ เราจะพบว่าอารยธรรมของมนุษย์เรายังอยู่ในระยะแรกเริ่มเท่านั้นเพราะบนโลกของเรามีพื้นที่มากมายที่แสงอาทิตย์ตกกระทบลงไปเปล่าๆ โดยไม่ก่อให้เกิดประโยชน์อันใด

 

นักฟิสิกส์อัจฉริยะ Freeman Dyson ผู้เก่งกาจและส่งผลต่อการพัฒนาฟิสิกส์ทั้งในด้านพลศาสตร์ไฟฟ้าทางควอนตัม (quantum electrodynamics) ฟิสิกส์สถานะของแข็ง ฟิสิกส์นิวเคลียร์ รวมทั้งดาราศาสตร์ ได้จินตนาการถึงอภิมหาโครงสร้างว่าในอนาคตอันไกลโพ้น มนุษย์เราอาจสร้างเปลือกที่มีลักษณะเหมือนผิวลูกบอลห่อหุ้มทั้งระบบสุริยะเอาไว้เพื่อจะได้เก็บเกี่ยวพลังงานจากแสงอาทิตย์อย่างเต็มที่!

นักฟิสิกส์เรียกโครงสร้างดังกล่าวว่า ทรงกลมของไดสัน (Dyson sphere)

แนวคิดนี้อาจจะฟังดูบ้าบอ แต่หลังจากที่ไดสันเสนอแนวคิดนี้ขึ้นมา นักฟิสิกส์คนอื่นๆ มีการเสนอแนวคิดในลักษณะเดียวกับไดสัน แต่ปรับเปลี่ยนลักษณะไปเป็นวงแหวนบ้างหรือกระจายตัวอยู่รอบดวงอาทิตย์แบบไม่ต่อเนื่องในลักษณะเหมือนดาวเทียมจำนวนมาก บางคนจินตนาการถึงขั้นที่ว่าอาจมีการสร้างทรงกลมไดสันครอบทั้งกาแล็กซีเพื่อจะตักตวงพลังงานจากทั้งกาแล็กซีมาใช้

นอกจากนี้นักดาราศาสตร์จำนวนหนึ่งถึงขั้นพยายามมองหาโครงสร้างอย่างทรงกลมไดสันในระบบดาวฤกษ์อื่นๆ ที่สิ่งมีชีวิตทรงภูมิปัญญาสร้างไว้ แต่ก็ยังไม่มีใครพบ

ปัญหาเรื่องแหล่งพลังงานเป็นปัญหาใหญ่เหนือการเมืองและเศรษฐกิจทั้งหมดทั้งปวง

ตราบใดที่มนุษย์เราไม่รีบมองหาแหล่งพลังงานใหม่แทนที่น้ำมัน ถ่านหิน และแก๊สธรรมชาติ

ยุคใหม่ของมนุษย์โลกอนาคตอาจมีสภาพไม่ต่างจากเมื่อแสนปีที่แล้ว

 

อ้างอิง

pubs.rsc.org

science.sciencemag.org

science.howstuffworks.com

science.howstuffworks.com

Author

อาจวรงค์ จันทมาศ

เจ้าหน้าที่สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) ผู้ใช้เวลาว่างในการสื่อสารวิทยาศาสตร์ด้วยการบรรยายและเขียนอยู่เสมอ โด่งดังจากการเป็นแฟนพันธุ์แท้นักวิทยาศาสตร์เอกของโลก มีผลงานพ็อกเก็ตบุ๊ก จริงตนาการ และ ดอกไม้ไฟในเอกภพ เขายังเป็นพิธีกรรายการแนววิทยาศาสตร์ จัดรายการวิทยุออนไลน์ Witcast เล่าเรื่องวิทยาศาสตร์แนวตลกโปกฮาร่วมกับ แทนไท ประเสริฐกุล และอัพเดทเรื่องสนุกๆ ในสายตาเด็กวิทย์เป็นประจำ

Illustrator

ploypuyik

ทำงานกราฟิก ชอบทำงานภาพประกอบ และจริงๆ แล้วชอบเล่าเรื่องด้วยค่ะ

Related Posts

x

ขอบคุณที่สมัครใช้บริการ
E-Newsletter ของ a day
กรุณาเช็คอีเมลของคุณ
เพื่อเปิดใช้งานได้เลย :-)

Thank you for joining our community.
Please check your e-mail
to activate our E-Newsletter.
Enjoy! :-)