ภาษาไทยนวัตกรรมน่ารู้ ตอนที่ 8 : พลังงานสะอาดจากปากแม่น้ำ (Blue Energy)
ปากแม่น้ำ (Estuaries) เป็นจุดที่น้ำจืดจากแม่น้ำกับน้ำเค็มจากทะเลมาประจบกัน เป็นจุดที่มีความแตกต่างของความเข้มข้นของเกลือในน้ำอย่างมาก ทำให้นักวิทยาศาสตร์สนใจพัฒนาหาวิธีสร้างพลังงานสะอาดจากปากแม่น้ำมาโดยตลอด
เทคโนโลยีที่เป็นที่นิยมใช้ เรียกว่า Pressure Retarded Osmosis (PRO) โดยอาศัยวิธีให้น้ำสามารถผ่านเมมเบรนไปได้ แต่เกลือไม่สามารถผ่านไปได้ ทำให้เกิดแรงดันออสโมซิสขึ้นสำหรับขับเคลื่อนใบพัด และทำให้เกิดพลังงานไฟฟ้า อย่างไรก็ตามปัญหาของเทคโนโลยีนี้ คือ เมมเบรนมักจะอุดตันได้ง่าย
รูปภาพภายในของ โรงงานไฟฟ้าที่ใช้เทคโนโลยี Pressure Retarded Osmosis ในประเทศนอร์เวย์ (Credit: Getty Images) ภาพจาก http://www.bbc.com/future/story/20150610-blue-energy-how-mixing-water-can-create-electricity
เพื่อแก้ปัญหาการอุดตันของเมมเบรนใน PRO เทคโนโลยีที่สอง คือ Reverse electrodialysis (RED) ถูกนำมาใช้ โดย RED จะให้เกลือสามารถผ่านเมมเบรนไปได้ โดยประกอบไปด้วยเมมเบรนสองชนิด ชนิดแรกจะให้ไอออนที่มีประจุบวกผ่านไปได้ และอีกชนิดจะให้ไอออนที่มีประจุลบผ่านไปได้ เมื่อนำเมมเบรนทั้งสองชนิดมาประกบกัน และเรียงกันเป็นชั้นๆ โดยให้น้ำจากแม่น้ำไหลสลับกับน้ำทะเลในแต่ละชั้นของเมมเบรน เมื่อเกิดการแลกเปลี่ยนไอออนระหว่างชั้นของเมมเบรน ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น แต่เทคโนโลยี RED จะให้พลังงานน้อยกว่าเทคโนโลยี PRO ถึงสามเท่า
รูปภาพแสดงการทำงานของระบบ Reverse electrodialysis (RED) (Credit: https://phys.org/)
เทคโนโลยีที่สามที่เป็นที่สนใจอย่างมาก เรียกว่า Capacitive Mixing (CAPMIX) โดยน้ำทะเลและน้ำแม่น้ำจะถูกส่งผ่านเข้าไปในภาชนะที่มีอิเล็กโทรดอยู่ 2 ชนิด โดยอิเล็กโทรดทั้งสองจะทำหน้าที่เหมือนตัวเก็บประจุ (Capacitor) เมื่อน้ำทะเลผ่านเข้าไปในภาชนะ และจะคายประจุเมื่อน้ำจากแม่น้ำผ่านเข้าไป ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น นักวิทยาศาสตร์ยังค้นพบอีกว่า พลังงานที่ได้จะมากขึ้นเป็นสองเท่า ถ้าน้ำจากแม่น้ำมีอุณหภูมิสูงขึ้นประมาณ 50 องศาเซลเซียส อย่างไรก็ตามเทคโนโลยี CAPMIX ยังให้พลังงานออกมาน้อยมาก เมื่อเทียบกับเทคโนโลยี PRO และ RED
รูปภาพแสดงการทำงานของเทคโนโลยี Capacitive Mixing (CAPMIX) (Credit: sites.psu.edu)
เมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์จาก Pennsylvania State University ได้ประสบความสำเร็จจากการทดลองนำเทคโนโลยี CAPMIX ผสมกับเทคโนโลยี RED (CAPMIX+RED) ทำให้สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้มากกว่าเทคโนโลยี PRO หรือ RED หรือทั้งสองรวมกัน นี่เป็นความสำเร็จที่น่าสนใจมาก ๆ
รูปภาพจาก futurism.com
จากผลการสำรวจล่าสุด สำหรับการใช้ Solar cells บนหลังคาบ้าน จะสามารถตอบสนองการใช้พลังงานได้เพียง 25% ของพลังงานไฟฟ้าที่ต้องการใช้ทั้งหมดในอเมริกา แต่เทคโนโลยี CAPMIX+RED มีความเป็นไปได้ที่จะสามารถตอบสนองได้ถึง 40% ของความต้องการใช้พลังงานไฟฟ้าของทั่วโลก ทำให้เทคโนโลยีนี้มีความเป็นไปได้ที่จะเป็นเทคโนโลยีที่สามารถนำมาใช้แทนที่พลังงานฟอสซิลได้
ถ้าเทคโนโลยี CAPMIX+RED มีประสิทธิภาพตามที่รายงาน เราก็เพียงแค่เดินไปที่ปากแม่น้ำ และติดตั้งเครื่องมือนี้ (ติดตั้งไม่ยาก) เราก็จะได้พลังงานสะอาดมาใช้ ขณะนี้หลายทีมวิจัยทั่วโลก กำลังพยามทำให้เทคโนโลยีนี้สมบรูณ์แบบ ใช้งานได้ยาวนาน และมีราคาไม่แพง
ณัฐชนน อมรธำมรงค์
CIMAS/AOML, NOAA, Miami, FL
