ภาษาไทยนวัตกรรมและวิทย์น่ารู้ ตอนที่ 18 : เครื่องปรับอากาศขนาดกระเป๋าเสื้อ (Pocket-sized Air Conditioner)
Photo courtesy of go.newsfusion.com/science-news/item/5160125
ประเทศไทยเป็นประเทศที่มีอากาศร้อนอบอ้าว และหลายปีที่ผ่านมาอุณหภูมิเฉลี่ยสูงเพิ่มขึ้นทุกปี ในปีที่แล้ว อุณหภูมิในประเทศไทยได้ทำลายสถิติสูงที่สุดตั้งแต่ที่เคยมีการจดบันทึกสถิติ เมื่อวันที่ 28 เมษายน 2559 ที่จังหวัดแม่ฮ่องสอน ด้วยอุณหภูมิสูงถึง 44.6 องศาเซลเซียส ซึ่งโดยปกติแล้ว ร่างกายของมนุษย์จะรู้สึกไม่สบายตัว เมื่ออยู่ในสภาพอากาศที่มีอุณหภูมิสูงมากกว่า 30 องศาเซลเซียส และเซลล์ของเราจะเริ่มตายลงที่อุณหภูมิประมาณ 41-45 องศาเซลเซียส แต่เรายังคงสามารถมีชีวิตอยู่ได้ที่อุณหภูมิสูงกว่านั้น
เนื่องจากประเทศไทยตั้งอยู่ในเขตร้อนใกล้เส้นศูนย์สูตร จึงมีอากาศร้อนชื้นปกคลุมเกือบตลอดปี ค่าความชื้นสัมพัทธ์โดยเฉลี่ย มากกว่า 64% และไม่เกิน 85% ทั่วประเทศ ทำให้อุณหภูมิสูงสุดของอากาศที่เราสามารถทนได้ ไม่ควรเกิน 47 องศาเซลเซียส ถ้าสูงกว่านั้น จะทำให้เสี่ยงต่อการเสียชีวิต จากภาวะ Hyperthermia (อุณหภูมิในร่างกายสูงเกินไป) ได้ภายในไม่กี่ชั่วโมง
เครื่องปรับอากาศจึงเป็นสิ่งจำเป็นมากสำหรับคนไทย โดยเฉพาะในช่วงฤดูร้อน ซึ่งความต้องการใช้เครื่องปรับอากาศมีเพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ทำให้มีปริมาณการใช้ไฟฟ้าเพิ่มสูงขึ้นมาก โดยในปีที่แล้ว ทางการไฟฟ้าฝ่ายผลิต (กฟผ.) ได้เปิดเผยว่า สถิติการใช้ไฟฟ้าได้เพิ่มสูงขึ้นมากที่สุดเท่าที่เคยมีการจดบันทึกไว้
เมื่อไม่นานมานี้ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย UCLA (University of California Los Angeles) ได้ตีพิมพ์ผลงานในวารสาร Science เกี่ยวกับวิธีการที่สามารถนำไปใช้ในการสร้าง เครื่องปรับอากาศขนาดเล็ก ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ประหยัดไฟ และเสียงเงียบกว่าเครื่องปรับอากาศทั่ว ๆ ไป
นอกจากเครื่องปรับอากาศทั่ว ๆ ไป ยังมีเครื่องปรับอากาศชนิดใหม่ที่เรียกว่า thermoelectric cooler ซึ่งต้องการใช้วัสดุเซรามิกที่มีราคาสูง แต่มีประสิทธิภาพในการทำความเย็นน้อยกว่าเครื่องปรับอากาศแบบเดิมมาก
เครื่องปรับอากาศที่พัฒนาขึ้นมาใหม่นี้ อาศัยหลักการของ electrocaloric effect โดยใช้สนามไฟฟ้าเพื่อควบคุมความร้อนที่ไหลผ่านวัสดุโพลิเมอร์ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ โดยนำโพลีเมอร์ชนิดนี้มาวางอยู่ระหว่าง heat source (ส่วนที่เราต้องการทำให้เย็น) และ heat sink (ส่วนที่นำความร้อนออกไป)
เมื่อโพลิเมอร์สัมผัสกับ heat sink สนามไฟฟ้าจะถูกจ่ายออกไป ทำให้โมเลกุลของโพลิเมอร์เรียงตัวเป็นระเบียบ และค่าเอนโทรปีของมันลดลง ทำให้โพลิเมอร์คายความร้อนให้ heat sink ต่อจากนั้นโพลิเมอร์ที่เย็นตัวแล้ว จะถูกเคลื่อนไปสัมผัสกับ heat source เพื่อดูดซับความร้อนจาก heat source แล้วก็ถูกย้ายกลับไปที่ heat sink อีกครั้ง เพื่อถ่ายเทความร้อนให้กับ heat sink โดยกระบวนการจะเกิดวนไปมาแบบนี้ตลอดเวลา
นักวิจัยกล่าวว่า เทคโนโลยีนี้มีประสิทธิภาพมาก ๆ มีราคาไม่แพง และไม่มีผลกระทบกับสิ่งแวดล้อม เครื่องปรับอากาศในปัจจุบัน ทำงานโดยทำให้เกิดความเย็นในพื้นที่ทั้งหมด ซึ่งสิ้นเปลืองพลังงานมาก เพราะจริง ๆ แล้วเราไม่ได้ต้องการที่จะทำให้ตึกทั้งตึกมีอากาศเย็น เราแค่ต้องการให้ตัวเราเย็นเท่านั้น ถ้าเราสามารถพัฒนาเครื่องปรับอากาศขนาดเล็ก ที่สามารถวางไว้บนที่นั่งได้ เราก็สามารถลดปริมาณการใช้พลังงานได้มาก
นอกจากนั้น นักวิจัยยังสามารถนำเทคโนโลยีนี้ มาสร้างเครื่องปรับอากาศที่สามารถโค้งงอได้ และนำไปทดลองติดกับแบตเตอรี่ของโทรศัพท์มือถือ Samsung Galaxy S4 ผลการทดสอบ พบว่าสามารถลดอุณหภูมิลงได้ถึง 8 องศาเซลเซียส ภายใน 5 วินาทีเท่านั้น ในขณะที่ระบบทำความเย็นของโทรศัพท์มือถือ สามารถลดอุณหภูมิได้แค่ 3 องศาเซลเซียส ภายในเวลา 50 วินาที
เทคโนโลยีนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้อย่างหลากหลาย เป็นเทคโนโลยีที่มีประโยชน์มากต่อประเทศที่มีอากาศร้อนอย่างประเทศไทย นอกจากจะทำให้ลดปริมาณการใช้พลังงานไฟฟ้าได้อย่างมหาศาลแล้ว ยังสามารถช่วยลดอารมณ์หงุดหงิดของคนไทย ที่เกิดจากอากาศร้อนได้ด้วย ซึ่งจะส่งผลดีในด้านอื่นๆอีกมาก ถ้าคนไทยทุกคนมีอารมณ์ดี ไม่หงุดหงิดง่าย ประเทศไทยของเราคงจะน่าอยู่ขึ้นอีกมาก ๆ ครับ
ณัฐชนน อมรธำมรงค์
CIMAS / AOML, NOAA, Miami, FL