"สิ่งแรกที่คุณควรมีก็คือภาพกว้างของทางเลือกทั้งหมด
แต่ละทางมันมีที่มาที่ไปอย่างไร
ข้อดีข้อเสียของแต่ละทางเลือก
และพัฒนาการของทางเลือกเหล่านั้น
ก่อนที่จะตัดสินใจว่าจะเลือกทำอะไร
จากนั้นจึงค่อยไปติดต่อกับอาจารย์ผู้ที่เชี่ยวชาญในสาขานั้น
ๆ เพราะถ้าคุณเดินเข้าไปหาอาจารย์ที่ทำวิจัยด้านใดด้านหนึ่งนั้น
แน่นอนว่าเขาต้องบอกว่าสิ่งที่เขากำลังทำอยู่นั้นเป็นคำตอบสุดท้าย
เขาจะไม่เปิดช่องให้คุณได้เห็นทางเลือกอื่น
ที่อาจจะดีกว่าและ/หรือเหมาะสมกว่า"
ผมเคยบอกด้วยข้อความทำนองนี้ให้กับลูกศิษย์ที่ทำงานเป็นนักวิจัยให้กับบริษัท
เมื่อเขาแวะมานั่งคุยว่าทางบริษัทเขาควรเลือกทำวิจัยในแนวใด
สัก
๓๐ กว่าปีที่แล้ว
มีการฮือฮาว่าต่อไปเราจะมีพลังงานจากไฮโดรเจนใช้อย่างเหลือเฟือ
เพราะปฏิกิริยา "Cold
Fusion" กำลังจะกลายเป็นจริง
ตรงนี้ก็ต้องขออธิบายก่อนว่า
Cold
Fusion นั้นคืออะไร
คือพลังงานนิวเคลียร์ในปัจจุบันนั้นเราได้มาจากปฏิกิริยา
Fission
(การแตกตัว)
ของอะตอมยูเรเนียมหรือพลูโทเนียม
ปฏิกิริยานี้มีข้อดีตรงที่ว่าเราทำให้มันเกิดได้ที่อุณหภูมิต่ำ
ควบคุมอัตราการเกิดได้
แต่ก็มีข้อเสียตรงที่ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาการแตกตัวนั้นเป็นธาตุกัมมันภาพรังสีที่มีครึ่งชีวิตยาวนานมาก
ทำให้เกิดปัญหาในการกำจัด
ปฏิกิริยาการหลอมรวมหรือ
Fusion
ของนิวเคลียสอะตอมธาตุเบา
(เช่นไฮโดรเจน)
เข้าด้วยกันก็มีการคายพลังงานออกมา
แต่ปัญหาของปฏิกิริยานี้ก็คือมันต้องใช้อุณหภูมิที่สูงจึงจะเกิดขึ้นได้
และสิ่งที่ทางทหารทำกันก็คือการใช้ระเบิดนิวเคลียร์ฟิสชั่นเป็นตัวทำให้เกิดความร้อนสูงก่อน
แล้วจึงค่อยเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันตามมา
แต่การสร้างอุณหภูมิสูงด้วยเทคนิคนี้ไม่สามารถนำมาใช้ในการผลิตพลังงานเพื่อใช้ในชีวิตประจำวันได้
จำเป็นต้องหาวิธีการอื่นที่ปลอดภัยและควบคุมได้ง่ายกว่าแทน
ความฝันตอนนั้นคือถ้าสามารถควบคุมปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันได้
เราก็จะมีพลังงานสะอาดใช้กันอย่างเหลือเฟือ
เพราะผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยานี้มีเกิดธาตุกัมมันตภาพรังสีต่ำกว่านิวเคลียร์ฟิสชันมาก
แถมยังเป็นธาตุกัมมันตภาพรังสีที่เป็นธาตุเบา
ที่มีครึ่งชีวิตที่สั้น
ถ้าทำได้ก็จะทำให้มีพลังงานไฟฟ้าใช้อย่างเหลือเฟือ
สามารถนำไปใช้ในการแยกน้ำเพื่อผลิตไฮโดรเจน
โดยไฮโดรเจนส่วนหนึ่งที่ผลิตได้จะนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน
และส่วนที่เหลือก็จะนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงเพื่อการเผาไหม้ทั่วไป
หรือนำไปใช้กับเซลล์เชื้อเพลิง
(fuel
cell) ทำให้มีงานวิจัยเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนกันอย่างแพร่หลาย
เพื่อเตรียมรองรับไฮโดรเจนที่จะมีให้อย่างเหลือเฟือจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน
ช่วงปีพ.ศ.
๒๕๓๒
(ปีค.ศ.
๑๙๘๙)
นักวิจัยกลุ่มหนึ่งได้ทำการประกาศข่าวที่เป็นที่ฮือฮาไปทั่วโลก คือสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันได้โดยไม่ต้องใช้อุณหภูมิสูง
ที่เรียกว่า "Cold
Fusion" แต่ปรากฏว่าการทดลองนั้นไม่สามารถทำซ้ำได้
เรื่องมันก็เลยเงียบลงอย่างรวดเร็ว
เมื่อไฮโดรเจนจากนิวเคลียร์ฟิวชันไม่เกิด
งานวิจัยเซลล์เชื้อเพลิงก็เริ่มไปแล้ว
มันก็เลยทำให้เกิดงานวิจัยแนวใหม่ขึ้นมา
นั่นก็คือการผลิตไฮโดรเจนจากสารอินทรีย์ต่าง
ๆ เพื่อเอาไฮโดรเจนมาใช้เป็นเชิ้อเพลิงให้กับเซลล์เชื้อเพลิง
(บ้านเราก็ทำกันเยอะ)
โดยอ้างว่าเซลล์เชื้อเพลิงมีประสิทธิภาพสูงกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายใน
แต่นักวิจัยจะไม่ยอมกล่าวถึงความสูญเสียที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิตไฮโดรเจนจากสารอินทรีย์
ซึ่งถ้านำมาพิจารณาร่วมแล้ว
ก็คงจะเห็นคำตอบชัดเจนว่าระหว่างเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนและเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ต่างใช้สารอินทรีย์เป็นเชื้อเพลิงตั้งต้น
เทคนิคไหนมีประสิทธิภาพสูงกว่ากันและใช้งานได้จริงในทางปฏิบัติ
ด้วยการมองไปรอบ ๆ ตัวเรา
ว่าเราไม่เห็นอะไร
ถัดจากสารอินทรีย์ก็เห็นจะเป็นการผลิตไฮโดรเจนจากน้ำ
แต่ก่อนอื่นต้องทำความเข้าใจกันนิดนึงว่า
ในการแตกโมเลกุลน้ำเพื่อให้กลายเป็นแก๊สไฮโดรเจนและออกซิเจนนั้น
ไม่ว่าจะใช้กระบวนการใดก็ตาม
มันจะต้องใช้พลังงานไม่น้อยกว่าค่า
ๆ หนึ่ง ซึ่งก็คือ Enthalpy
of formation ของน้ำ
ส่วนที่ว่าต้องใช้เกินค่านี้ไปเท่าใดนั้น
ก็ขึ้นอยู่กับว่าจากพลังงานตั้งต้นที่ใส่เข้าไปนั้น
มีความสูญเสียไปเท่าใด
รูปที่
๑
แผนผังการผลิตไฮโดรเจนจากน้ำด้วยการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ผ่านทาง
(1)
Photocatalyst (2) Solar cell และ
(3)
ความร้อน
รูปที่
๑
ข้างบนแสดงแผนผังกระบวนที่เป็นไปได้ในการผลิตไฮโดรเจนด้วยการแตกสลายโมเลกุลน้ำโดยใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์
ที่เคยเห็นผ่านตานั้นก็มีอยู่ด้วยกัน
๓ กระบวนการดังนี้
กระบวนการแรกเป็นการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้แสงเป็นตัวกระตุ้น
(ที่เรียกว่า
photocatalyst)
โดยตัวเร่งปฏิกิริยาจะสัมผัสกับโมเลกุลน้ำ
(จะโดยการแช่น้ำหรือการผ่านไอน้ำก็ตามแต่)
พลังงานจากแสงอาทิตย์
(ปรกติก็อยู่ในช่วง
UV)
จะไปกระตุ้นโครงสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาให้มีความว่องไวสูงขึ้น
จนสามารถแยกโมเลกุลน้ำออกเพื่อทำให้เกิดแก๊สไฮโดรเจนได้
กระบวนการนี้มักจะพบเห็นได้ในบทความที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยา
กระบวนการที่สองน่าจะเป็นกระบวนการที่ตรงไปตรงมาที่สุด
คือเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้กลายเป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงก่อนด้วยการใช้เซลล์แสงอาทิตย์
(solar
cell)
จากนั้นจึงค่อยนำกระแสไฟฟ้าที่ได้นั้นไปแยกสลายโมเลกุลน้ำเพื่อผลิตแก๊สไฮโดรเจนอีกที
พลังงานแสงอาทิตย์ที่ใช้ในช่วงนี้จะอยู่ในช่วง
visible
light เป็นหลัก
กระบวนการที่สามเป็นการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้กลายเป็นพลังงานความร้อนก่อน
จากนั้นจึงค่อยนำความร้อนที่ได้นั้นไปผลิตกระแสไฟฟ้า
(เส้นทาง
3a
ในรูป)
แล้วค่อยนำเอากระแสไฟฟ้าไปแยกสลายโมเลกุลน้ำเพื่อผลิตแก๊สไฮโดรเจน
หรือนำความร้อนนั้นส่งเข้าสู่กระบวนการทางเคมีที่เรียกว่า
Thermochemical
cycle (เส้นทาง
3b
ในรูป)
เช่น
Sulphur-Iodine,
Copper-Chlorine
เวลาที่ฟังนักวิจัยที่ทำวิจัยในแต่ละแนวทางนั้นนำเสนอผลงานวิจัยของเขา
เราก็มักจะไม่ได้ยินเขาเอ่ยถึงทางเลือกอื่น
เขามักจะเอ่ยถึงแต่ว่าสิ่งที่เขาทำอยู่นั้น
ดีกว่าของเดิมที่คนอื่นทำอยู่
(ที่ทำแบบเดียวกัน)
อย่างไร
แต่ถ้าเราจะเป็นคนจ่ายเงินซื้อเทคโนโลยีหรือว่าจ้างให้เขาพัฒนาให้มันสามารถใช้งานได้จริงในทางปฏิบัติในเชิงพาณิชย์
ในแต่ละทางเลือกมันก็มีอยู่ด้วยกันหลายประเด็นให้พิจารณา
(ที่นักวิจัยมักจะไม่เอ่ยถึง)
ในที่นี้จะขอยกตัวอย่างสัก
๓ ประเด็นไว้ให้นำไปคิดต่อเล่น
ๆ ก็คือ
ประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานรูปอื่น,
คุณภาพของน้ำที่ใช้ในกระบวนการ
และสารเคมีอื่น ๆ
ที่เกี่ยวข้องที่ต้องใช้
ประเด็นประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานรูปอื่นนั้น
ในส่วนของ photocatalyst
และ
solar
cell
จะขึ้นอยู่กับการพัฒนาคุณสมบัติสารกึ่งตัวนำที่ใช้รับพลังงานแสงอาทิตย์
ในขณะที่การเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนนั้นจะขึ้นอยู่กับการออกแบบโครงสร้างพื้นที่รวบรวมแสงและหน่วยรับพลังงานแสง
photocatalyst
และ
solar
cell
ยังมีข้อดีตรงที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานรูปอื่นได้ที่อุณหภูมิห้อง
ในขณะที่การเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานความร้อนก่อนนั้นกระทำที่อุณหภูมิสูงกว่า
ประเด็นเรื่องคุณภาพน้ำที่ใช้เป็นเรื่องที่น่าสนใจ
เพราะตรงนี้มักจะไม่มีการกล่าวถึงในงานวิจัย
เป็นเรื่องปรกติที่การทำวิจัยนั้นจะใช้น้ำที่มีความบริสุทธิ์สูงระดับห้องปฏิบัติการเคมี
(ซึ่งจะผลิตด้วยวิธีการใดก็ตามแต่
ไม่ว่าจะเป็นการกลั่น,
แลกเปลี่ยนไอออน
หรือ reverse
osmosis) และที่สำคัญก็คือยิ่งจำเป็นต้องใช้น้ำบริสุทธิ์มากเท่าใด
ย่อมหมายถึงการต้องใช้พลังงานและค่าใช้จ่ายด้านสารเคมีที่ต้องใช้ในการปรับสภาพน้ำที่เพิ่มมากขึ้น
ส่วนนี้เป็นค่าใช้จ่ายที่ซ่อนอยู่
ที่ทำให้เกิดเงื่อนไขขั้นต่ำที่จะทำให้กระบวนการผลิตไฮโดรเจนจากน้ำคุ้มค่าก็คือ
พลังงานที่ได้จากไฮโดรเจนที่ได้จากการสลายโมเลกุลน้ำนั้น
ต้อง "สูงกว่า"
พลังงานที่ต้องใช้ในการปรับสภาพน้ำและเดินเครื่องระบบโดยรวม
ถ้าพิจารณาเฉพาะเรื่องคุณภาพของน้ำแล้ว
การแยกน้ำด้วยไฟฟ้าน่าจะได้เปรียบกว่ากระบวนการอื่นตรงที่ไม่จำเป็นต้องใช้น้ำบริสุทธิ์
(และอันที่จริงน้ำบริสุทธิ์สูงก็นำไฟฟ้าได้ไม่ดีด้วย)
สามารถใช้น้ำที่มีเกลือแร่ละลายปนอยู่ได้
ประเด็นสุดท้ายคือเรื่องสารเคมีที่ต้องใช้ในกระบวนการ
ประเด็นนี้น่าจะเป็นจุดอ่อนของ Thermochemical
cycle ที่อาจมีการใช้สารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง
ส่งผลถึงการออกแบบระบบหมุนเวียนสารเคมีที่ใช้ในระบบ
ที่ต้องทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมีที่ไหลหมุนเวียนอยู่ได้
ดังนั้นไม่ต้องแปลกใจถ้าพบว่า
งานวิจัยด้านนี้จะมีการเน้นไปที่การสร้างแบบจำลอง
(simulation)
เพราะมันไม่มีช่องให้ใส่พารามิเตอร์การกัดกร่อนเข้าไปในโปรแกรม
ผลการคำนวณจึงมักออกมาในทางทำได้
ส่วนในความเป็นจริงนั้นจะทำได้จริงหรือไม่เป็นอีกเรื่องหนึ่ง
แต่ไม่ว่าจะเลือกใช้กระบวนการใดนั้น
ทุกกระบวนการก็ยังมีคำถามสำคัญอีกคำถามหนึ่งที่ต้องตอบก็คือ
"จะจัดเก็บไฮโดรเจนที่ผลิตได้อย่างไร"
เพราะถ้าไม่สามารถกักเก็บได้
ก็จะไม่มีพลังงานใช้งานในช่วงที่ไม่มีแสงอาทิตย์
หรือแหล่งที่ต้องการใช้พลังงานต้องอยู่เคียงข้างกับแหล่งผลิตพลังงาน
ไฮโดรเจนเป็นแก๊สที่ไม่สามารถอัดให้เป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิห้อง
การเก็บที่อุณหภูมิห้องต้องเก็บในถังความดันสูง
ซึ่งแน่นอนว่าต้องใช้พลังงานมากในการอัดให้กลายเป็นแก๊สความดันสูง
(และก็อย่าลืมบวกพลังงานตรงนี้เข้าไปในสมการดุลพลังงานที่ต้องใช้ในการผลิตด้วย)
อีกแนวทางหนึ่งที่เห็นมีการวิจัยการเก็บโมเลกุลแก๊สก็คือ
การใช้ของแข็งรูพรุนสูงทำหน้าที่ดูดซับเอาไว้
แต่ตรงนี้มันก็มีประเด็นตรงที่ว่า
อะไรที่มันดูดซับแก๊สได้ดีมันก็มักจะไม่ค่อยยอมคายแก๊สที่ดูดซับเอาไว้
ดังนั้นถ้าไม่สามารถทำให้สารดูดซับนั้นคายแก๊สออกได้เร็วตามที่เราต้องการได้
มันก็จะมีปัญหาเรื่องป้อนเชื้อเพลิงเข้าเครื่องยนต์ไม่ทัน
เมื่อกลางสัปดาห์ที่ผ่านมาผมได้รับข้อความจากผู้ที่ทำงานในบริษัทแห่งหนึ่งถามผมว่าเขาอยากจะศึกษาการทำวิจัยเรื่องหนึ่ง
(ที่ไม่ใช่เรื่องนี้)
เขาควรจะต้องเข้าไปหาอาจารย์มหาวิทยาลัยท่านไหนดี
ซึ่งผมก็ได้ให้เหตุผลกับเขาไปแล้วว่าทำไมจึงขออนุญาตไม่แนะนำแม้จะรู้ว่างานด้านนั้นมีใครทำอยู่ที่ไหนบ้างก็ตาม
บทความฉบับนี้เป็นเพียงแค่ตัวอย่างขยายความของคำตอบที่ได้ตอบเขาไป
บางที
ตามความคิดเล่น ๆ ของผมนะครับ
ในแง่ของการลดภาระโลกร้อน
การอยู่เฉย ๆ
โดยไม่ทำการทดลองอะไรมันอาจจะดีกว่าการทำวิจัยในสิ่งที่รู้คำตอบอยู่แต่ต้น
(จากผลการคำนวณที่อาศัยข้อมูลและผลการทดลองที่มีเผยแพร่หรือเป็นที่รู้จักกันทั่วไป)
แล้วว่ามันไม่คุ้มหรือไม่เหมาะสม
เพราะการอยู่เฉย ๆ
โดยไม่ทำอะไรมันไม่มีการใช้พลังงานให้สิ้นเปลือง
แต่การทำวิจัยมันมีทั้งการใช้พลังงานและการผลิตขยะที่ต้องมีการตามกำจัด
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น