นวัตกรรมน่ารู้ ตอนที่ 1 : แก้ปัญหาขาดแคลนน้ำ

ในปัจจุบัน ปัญหาเรื่องการขาดแคลนน้ำสะอาดมีเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องทั่วโลก ประชากรประมาณ 1 ใน 9 คนของโลกใบนี้ ต้องอยู่อย่างไม่มีน้ำสะอาดใช้สอย และประมาณ 3.4 ล้านคนต่อปีที่ต้องเสียชีวิตจากโรคที่มากับน้ำ

องค์การสหประชาชาติ (United Nations) รายงานว่า อีก 10 ปีข้างหน้า ประชากร 1.8 พันล้านคนทั่วโลกจะอยู่อย่างขาดแคลนน้ำ และความต้องการในการใช้น้ำจะพุ่งสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว นอกจากนั้นปัญหาจะทวีความรุนแรงขึ้นเมื่อได้รับผลกระทบจาก การเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศ (Climate change) และการเพิ่มขึ้นของจำนวนประชากรทั่วโลก

ช่วงหลายปีที่ผ่านมา ประเทศไทยเองก็ประสบปัญหาภัยแล้งขึ้นหลายครั้ง ทำให้เกิดการขาดแคลนน้ำในการทำเกษตรกรรม และหลายพื้นที่ต้องขาดแคลนน้ำดื่มน้ำใช้เป็นเวลานาน ดังนั้นปัญหาการขาดแคลนน้ำจึงเป็นปัญหาใกล้ตัวของคนไทยและจะเป็นปัญหามากขึ้นเรื่อยๆ ถ้าไม่ได้รับการแก้ไขอย่างจริงจัง

ถึงแม้ว่าเราจะยังไม่มีเทคโนโลยีอันไหนที่สามารถแก้ปัญหาได้อย่างสมบรูณ์ แต่นวัตกรรมหลายอย่างต่อไปนี้ที่กำลังถูกพัฒนาขึ้นมาอย่างเร่งด่วน ก็น่าสนใจและมีความเป็นไปได้อย่างมากที่จะช่วยลดปัญหาเรื่องน้ำลงได้

1. เทคโนโลยีแยกเกลือออกจากน้ำทะเล (Desalination)

เมื่อ 2-3 ปีก่อน อิสราเอลเคยเป็นประเทศที่ขาดแคลนน้ำมากที่สุดในโลก แต่ปัจจุบันสามารถผลิตน้ำจืดได้มากจนเกินพอ โดยอาศัยเทคโนโลยี Desalination ที่ทำงานโดยการผลักน้ำทะเลผ่าน 16-inch seawater reverse-osmosis membranes โมเลกุลของน้ำจะสามารถลอดผ่านรูเล็กๆของ membranes ในขณะที่โมเลกุลขนาดใหญ่ของเกลือจะไม่สามารถผ่านไปได้ ระบบนี้สามารถผลิตน้ำได้ถึง 627,000 ลูกบาศก์เมตรต่อวัน

ในอดีตระบบนี้ membranes จะอุดตันอย่างรวดเร็วเนื่องจาก microorganisms ในน้ำทะเลสะสมที่ผิวหน้าของ membranes และนำไปสู่ membrane biofouling ทำให้สิ้นเปลืองค่าใช้จ่ายและสารเคมีอย่างมากในการทำความสะอาด ปัญหานี้ถูกแก้ไขโดยกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ของ Zuckerberg Institue โดยใช้หินลาวาที่มีรูพรุน (Porous lava stone) เพื่อดักจับ microorganisms ก่อนที่จะถึง membranes ทำให้ระบบทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นอย่างมาก

ปัจจุบันนี้ อิสราเอล สามารถผลิตน้ำจืดจากระบบ Desalination ได้มากถึง 55% ของความต้องการน้ำทั่วประเทศ ระบบ Desalination ถูกพัฒนาจนมีค่าใช้จ่ายในการผลิตนำ้ต่ำกว่าเมื่อก่อนมาก โดยเสียค่าใช้จ่ายเพียง 20 บาท ก็สามารถผลิตน้ำดื่มได้ถึง 1000 ลิตร โดยเฉลี่ยชาวอิสราเอลจ่ายค่าน้ำต่อเดือนประมาณ 1000 บาท ซึ่งพอๆกับค่าน้ำในเมืองต่างๆในอเมริกา

ล่าสุด International Desalination Association ได้ประกาศว่า ประชากรกว่า 300 ล้านคน ได้รับน้ำในการดำรงชีวิตจากระบบ Desalination และตัวเลขจะเพิ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว และมีการก่อสร้าง Desalination plants ทั่วโลกเพิ่มขึ้นทุกปี

อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยียังมีผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม salty brine (น้ำที่มีความเข้มข้นของเกลือสูง) ที่ถูกปล่อยออกมาจากระบบ สามารถทำอันตรายต่อสัตว์น้ำเมื่อปล่อยลงสู่ทะเล

2. การกรองน้ำสะอาดโดยใช้นาโนเทคโนโลยี (Nanotechnology for water purification)

Graphene-based filter ชนิดใหม่ สามารถกรองน้ำได้รวดเร็วกว่า filter ชนิดอื่น 9 เท่า ได้ถูกพัฒนาขึ้นโดยความร่วมมือระหว่าง Monash University และ University of Kentucky (Nature Communications, 2016, DOI: 10.1038/ncomms 10891)

ขั้นตอนสำคัญในการผลิต filter ชนิดนี้ คือการทำ graphene oxide ให้เป็นสารละลายข้นเหนืยว ที่สามารถแผ่กระจายให้เป็นแผ่นบางๆได้ง่าย วิธีนี้ทำให้การจัดตัวของ graphene เป็นระเบียบและสม่ำเสมอ และทำให้สามารถผลิตได้รวดเร็วและมีขนาดใหญ่ ซึ่งสำคัญมากสำหรับการผลิตในปริมาณมากๆเพื่อการค้า

ทีมงานวิจัยกล่าวว่า นี่เป็นครั้งแรกที่สามารถผลิต graphene filter ในระดับอุตสาหกรรมได้

Filter ชนิดนี้มีความแข็งแรง ทนทาน และสามารถใช้กรอง สารเคมี ไวรัส แบคทีเรีย หรือ อะไรก็ตามที่มีขนาดใหญ่กว่า 1 นาโนเมตร (เล็กกว่าเส้นผมมนุษย์ประมาณ 1 แสนเท่า) ออกจากของเหลวต่างๆได้

3. ระบบสกัดน้ำสะอาดออกจากขี้วัว (Extracting clean water from cow manure)

McLanahan Nutrient Separation System ถูกสร้างโดยนักวิทยาศาสตร์ของ Michigan State University สามารถที่จะสกัดน้ำสะอาดออกจากขี้วัว โดยใช้หลักการย่อยสลายสารอินทรีย์ในสภาวะปราศจากออกซิเจน (Anaerobic digestion) ร่วมกับระบบอื่นๆ เช่น ultra-filtration, air-stripping และ reverse osmosis

หลังจากสกัดน้ำออกมาแล้ว กากของแข็งในส่วนที่เหลือก็สามารถนำกลับไปใช้เป็นปุ๋ยได้ ส่วนน้ำสะอาดที่ได้ สามารถนำกลับไปใช้เลี้ยงสัตว์ได้

จากข้อมูลของ Michigan State University วัวหนึ่งพันตัว สามารถผลิตขี้วัวได้ถึง 38 ล้านลิตรต่อปี

ปัจจุบันระบบสามารถสกัดน้ำได้ 189 ลิตร ออกจากขี้วัวปริมาณ 378 ลิตร แต่นักวิจัยเชื่อว่าจะสามารถสกัดน้ำได้ถึง 246 ลิตร ในอนาคต

โดยปกติแล้ว ขี้วัวจะปลดปล่อยกาซมีเทนออกมา ซึ่งกาซมีเทนเป็นกาซตัวนึงที่ทำให้เกิดปัญหาโลกร้อน (Global Warming) นอกจากนั้นในขี้วัวมีปริมาณ nutrients, carbon และ pathogens อยู่มาก ซึ่งมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมาก ระบบ McLanahan Nutrient Separation นี้จะช่วยลดปัญหาเหล่านี้ได้อย่างมาก เนื่องจากจะช่วยลดปริมาณของเสียที่เกิดจากการเลี้ยงวัวลงอย่างมาก

นวัตกรรมทั้งสามอย่างนี้ เป็นนวัตกรรมสำคัญ ที่จะช่วยลดปัญหาการขาดแคลนน้ำในอนาคต แต่อย่างไรก็ตาม การใช้น้ำอย่างประหยัดและรู้คุณค่า ก็ยังคงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างมาก เพื่อในอนาคตเราจะยังคงมีน้ำสะอาดไว้ใช้กัน อย่างสะดวกสบายเหมือนทุกวันนี้ ดั่งพระราชดำรัสของพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว รัชกาลที่ 9 ในวันที่ 17 มีนาคม 2539

 

“ หลักสำคัญว่า ต้องมีน้ำ น้ำบริโภคและน้ำใช้ น้ำเพื่อการเพาะปลูก เพราะชีวิตอยู่ที่นั่น ถ้ามีน้ำ คนอยู่ได้ ถ้าไม่มีน้ำ คนอยู่ไม่ได้ ไม่มีไฟฟ้า คนอยู่ได้ แต่ถ้ามีไฟฟ้า ไม่มีน้ำ คนอยู่ไม่ได้ ”

14 เมษายน 2560

ณัฐชนน อมรธำมรงค์
CIMAS/AOML, NOAA, Miami, FL