เทคโนโลยีต้องห้าม

⭕️ เก็บตะวัน ที่เคยส่องฟ้า
เก็บเอามา ใส่ไว้ในใจ
เก็บพลัง เก็บแรงแห่งแสง ยิ่งใหญ่
รวมกันไว้ ให้เป็น 1 เดียว …

หลายคนคงจำเพลงที่สร้างแรงบันดาลใจ ของ อิทธิ พลางกูร เพลงนี้ได้ คือ “เก็บตะวัน” และ key word ในท่อนแรกของเพลงนี้คือการ “เก็บพลัง”

วันนี้ผมจะมาคุยเรื่อง การเก็บพลัง (งาน) นี่แหละครับ

ตะวัน ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจน เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ลุกโชติช่วงอยู่ไกลเกินเอื้อม แต่ก็ยังส่องสว่าง ส่งพลังงานมาให้เราใช้ในรูปของแสง เราจึงสามารถ “เก็บตะวัน” ได้ด้วยการเก็บแสงอาทิตย์ แล้วเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า และเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปอื่นที่เก็บได้ เช่น เก็บในรูปของพลังงานศักย์ด้วยการสูบน้ำจากเขื่อนล่างขึ้นไปเก็บไว้ในอ่างเก็บน้ำแล้วค่อยปล่อยลงมาหมุนกังหันน้ำปั่นไฟภายหลัง หรือเก็บในรูปของพลังงานเคมี ด้วยการชาร์จแบตเตอรี่เก็บไฟไว้ หรือนำไปแยกไฮโดรเจนจากน้ำ หรือ แอมโมเนีย พลังงานจึงเปลี่ยนไปเก็บอยู่ในไฮโดรเจน พร้อมที่จะใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ต่อไป การเก็บอยู่ในรูปของไฮโดรเจน จึงยิ่งเหมือนการเก็บตะวันเข้าไปอีก

ถึงแม้ว่าไฮโดรเจนจะไม่ถูกนำมาเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ฟิวชั่นเหมือนในดวงอาทิตย์ เนื่องจากต้องใช้อุณหภูมิและความดันสูงมาก แต่เพียงแค่นำมันมาเป็นเขื้อเพลิงจุดไฟให้มันรวมตัวกับออกซิเจน ก็ได้พลังงานมากมายแล้ว แถมยังไม่ก่อมลภาวะอีกด้วย เพราะไม่มีก๊าซเรือนกระจกเช่น คาร์บอนไดออกไซด์จากการเผาถ่าน มีแต่เพียงน้ำเป็นผลพลอยได้ออกมาเท่านั้น

ปฏิกิริยาเคมีที่ไฮโดรเจน และถ่าน หรือคาร์บอน ที่เราเรียกรวมกันไปว่า สารไฮโดรคาร์บอน ไปรวมกับออกซิเจน แล้วได้พลังงานออกมา ไม่จำเป็นต้องมีเปลวไฟเสมอไป อย่างเช่นอาหารที่เรากินเข้าไป ก็เป็นสารไฮโดรคาร์บอน มันก็ไปเผาผลาญในตัวเราให้เกิดเป็นพลังงาน มีกำลังวังชาขึ้นมา

นั่นก็เป็นการ “เก็บตะวัน” หรือ “เก็บพลัง” จากดวงอาทิตย์ทางอ้อมเช่นกัน เพราะเรากินอาหารที่มาจากพืช แม้จะกินเนื้อสัตว์ แต่สุดท้ายปลายห่วงโซ่อาหาร สัตว์นั้นก็กินพืชอยู่ดี พืชนั้น เติบโต สร้างสารไฮโดรคาร์บอนมาให้สัตว์กิน ก็ต้องอาศัยพลังจากดวงอาทิตย์ คือแสงแดด ที่ส่องมาที่คลอโรฟิล หรือสารสีเขียวในใบไม้ เพื่อแยกไฮโดรเจนออกจากน้ำ และแยกคาร์บอนออกจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มารวมกันเป็นสารไฮโดรคาร์บอน คือตัวต้นไม้นั่นเอง เพื่อให้สัตว์กิน

สิ่งที่เราเห็นจนชินนี้ เป็นความมหัศจรรย์ของธรรมชาติที่ทำให้คนและสัตว์ ใช้ประโยชน์จากพืชที่ช่วยจับเอาไฮโดรเจนซึ่งเป็นก็าซที่เบามาก ให้มาอยู่ในรูปของ ของแข็งที่จับต้องได้ง่าย คือสารไฮโดรคาร์บอน โดยให้มันเกาะเกี่ยวอยู่กับของแข็งอีกตัว คือถ่าน หรือคาร์บอน

นั่นคือ อยากจะจับไฮโดรเจน ต้องอาศัยคาร์บอน

มนุษยชาติเรา ตั้งแต่จุดไฟเป็น ได้อาศัยพลังงานจากการก่อไฟนี้มานมนานกาเล แต่ก็เพิ่งตระหนักกันเมื่อไม่นานมานี้เองว่า การเผาสารไฮโดรคาร์บอน ซึ่งรวมทั้งน้ำมันในยานยนต์ทั้งหลายของเรานี้ด้วย มันไม่ได้เผาไฮโดรเจนเป็นน้ำอย่างเดียว แต่มันยังเผาคาร์บอนให้กลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ไปด้วย ลำพังสัตว์โลกทั้งหลายหายใจออกเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ ก็เหลือเฟือที่พืชจะนำไปใช้สังเคราะห์แสงอยู่แล้ว เมื่อแถมจากการเผานี่เข้าไปด้วย ปริมาณก๊าซนี้จึงมากขึ้นเรื่อยๆ จนโลกร้อนขึ้นทุกทีจากก๊าซเรือนกระจกที่มนุษย์สร้างขึ้นจากการเผานี่แหละ

คงนึกกันออกว่า กระแสการสู้กับภาวะโลกร้อนอย่างหนึ่ง ก็คือ รถที่ใช้น้ำมันเป็นเชื้อเพลิง จะค่อยๆลดลง แทนที่ด้วยรถไฟฟ้า หรือ อีวี (electric vehicle)

ขณะเดียวกัน เราก็คงไม่ลืมคู่แข่งเจ้าสำคัญของรถไฟฟ้า คือ รถไฮโดรเจน

อย่างที่ทราบกันแล้วว่า การที่ไฮโดรเจนรวมกับออกซิเจน กลายเป็นน้ำ แล้วได้พลังงานออกมานั้น ไม่จำเป็นต้องเกิดจากการเผาไหม้เสมอไป แค่มันทำปฏิกิริยาทางเคมีกัน ก็ได้พลังงานออกมาแล้ว นั่นคือการเกิดพลังงานไฟฟ้าของ fuel cell นั่นเอง

และผู้ที่เอาจริงเอาจังอย่างมากกับรถไฮโดรเจน ก็คือ โตโยต้า ที่ออกรถไฮโดรเจนออกมาลองตลาดเป็นเจ้าแรกๆ คือ Toyota Mirai

สิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นปัญหาใหญ่ คือ การใส่ไฮโดรเจนเข้าไปในรถยนต์ เพราะมันเป็นก๊าซ ต้องอัดเข้าไปในถังเป็นหมื่นปอนด์ต่อตารางนิ้ว ดูเหมือนว่า ผู้คนส่วนมากจะยอมแลกกับการเสียเวลาชาร์จแบตมากกว่า

โตโยต้า อาจจะฝันเฟื่องว่า ถ้าเก็บไฮโดรเจนได้โดยไม่ต้องใช้ถังความดัน เป็นแค่วัสดุชองแข็งธรรมดาๆ คงจะดี จะได้เก็บง่าย ไม่ต้องใช้ถังความดัน

ไม่แน่นะ ฝันอาจกลายเป็นจริงก็ได้ เพราะฝรั่งคนหนึ่ง ถูกถามเล่นๆว่า ถ้าให้เป็น CEO หรือ เบอร์หนึ่งของผู้บริหารโตโยต้าเพียงหนึ่งวัน จะทำอะไร

เขาตอบว่า จะติดต่อบริษัท Plasma Kinetics !

เพราะบริษัทนี้ ปิ๊งไอเดียการเก็บไฮโดรเจนในรูปของ ของแข็ง (solid state hydrogen storage)

ไม่ใช่ว่าทำให้ไฮโดรเจนเป็นของแข็งนะครับ นั่นยากสุดๆเลย

คงรู้กันแล้วว่า การเก็บไฮโดรเจนมีหลายอย่าง …

ถ้าจะเก็บไฮโดรเจนในรูปของก๊าซ ก็ต้องอัดเข้าไปในถังที่ทนแรงดันสูงๆ เป็นหมื่นปอนด์ต่อตารางนิ้ว

ถ้าจะเก็บในรูปของเหลว ที่ความดันบรรยากาศปกติ ก็ต้องทำให้เย็นเจี๊ยบ -252.8 องศาเซลเซียส

แล้วในรูปของ ของแข็งล่ะ มีทางเก็บไฮโดรเจนได้ไหม

ได้ครับ มีอยู่ 2 วิธี แต่ไม่ใช่ให้ไฮโดรเจนแข็ง แต่เป็นของแข็งสารอื่นแล้วเก็บอะตอมของไฮโดรเจนไว้

วิธีที่หนึ่ง เก็บไฮโดรเจนที่ผิวของของแข็ง (adsorption)

วิธีที่สอง เก็บไฮโดรเจนภายในของแข็ง (absorption)

และของแข็งที่เป็นคู่หูคู่แฝดกับไฮโดรเจนมาเนิ่นนาน ก็คือ คาร์บอน ที่เราได้ยินจนคุ้นหูคือสารไฮโดรคาร์บอนนั่นเอง

คาร์บอน มีหลายรูปแบบ ที่รู้จักกันแพร่หลาย เห็นมาตั้งแต่เด็ก ก็คือ ดินสอดำ ที่ไส้เป็นแท่งกราไฟต์

แต่บางรูปแบบ ไม่ได้เป็นแท่งสามมิติอย่าง กราไฟต์ แต่เป็นแผ่นสองมิติ บางเฉียบ เพราะบางเพียงอะตอมเดียว เรียกว่าแผ่น กราฟีน (graphene)

เจ้าแผ่นกราฟีนนี้แหละ ที่นักวิจัย รวมทั้งบริษัท Plasma Kinetics ด้วย สนใจที่จะเอามันมาเก็บไฮโดรเจน

และเพิ่งรู้ว่า แผ่นกราฟีนที่เก็บไฮโดรเจนเต็มจะมีชื่อเรียกใหม่ว่า กราเฟน (graphane)

ตามไปค้นเรื่องราว ว่าเขาทำกันอย่างไร ใน Science Direct เมื่อวันที่ 27 มกราคม ปีนี้เอง ที่ได้ลงเรื่องราวของการเก็บไฮโดรเจนในแผ่นกราฟีน (International Journal of Hydrogen Energy vol.46 Issue 7, Page 5485-5494)

ใครที่เคยดูโครงสร้างของกราฟีน จะพบว่า มันต่อกันเป็นรูปหกเหลี่ยม เหมือนรังผึ้ง มันจึงแข็งแรงทนทานมาก ผมสังเกตว่า ตาข่ายประตูฟุตบอลก็ถักทอเป็นหกเหลี่ยมนี้เหมือนกัน

ถ้าปล่อยอย่างนี้ คงเก็บไฮโดรเจนไม่ได้ เพราะไม่รู้จะให้มันไปแปะติดอยู่ตรงไหน

เขาทำให้ตาข่ายกราฟีนมันทะลุขาดโหว่ พรุนไปหมด คือทำให้เหมือนกับว่ามันเป็นแผ่นกราฟีนที่ชำรุด (defective graphene) เพื่อให้อะตอมไฮโดรเจนมันไปเกาะอยู่ตรงรูโหว่นั้นได้ครับ

แล้วใช้อะไรเจาะ ?

เขาแสงอาร์กอน (Argon: Ar) ยิงใส่ครับ

แล้วเวลาจะเอาไฮโดรเจนที่เก็บไว้ออกมา ทำยังไงครับ ?

เขี่ยมันออกด้วยแสงเลเซอร์ครับ

ฟังดูง่ายดี แต่ทำจริงไม่รู้ว่าง่ายอย่างนี้หรือเปล่า

ความที่ไฮโดรเจนถูกเขี่ยออกมาได้ด้วยแสงเลเซอร์ เหมือนกับเครื่องเล่นแผ่นซีดี (compact disc) คุณ Paul Smith ผู้ก่อตั้งบริษัท Plasma Kinetics นี้ จึงเทียบว่า แผ่นซีดีถูกแสงเลเซอร์แล้วปล่อยเสียงเพลง แต่แผ่นของเขาถูกแสงเลเซอร์แล้วปล่อยไฮโดรเจน

คุณ Smith ชึ่งมีประสบการณ์ด้านการผลิตชิปของคอมพิวเตอร์มาก่อน ได้อธิบายว่า แผ่นวัสดุก่อนใช้เก็บไฮโดรเจน จะมีประจุลบ ซึ่งจะดูดซับไฮโดรเจน เมื่อผ่านแสงเลเซอร์เข้าไป มันจะเปลี่ยนประจุเป็นบวก และปล่อยไฮโดรเจนออกมา ขบวนการเก็บไฮโดรเจนแบบนี้ ดีกว่าการอัดไฮโดรเจนใส่ถังเป็นหมื่นปอนด์ต่อตารางนิ้วมากมาย เอาไปใช้กับ fuel cell ได้สบาย

การเก็บวิธีนี้ จะเก็บเป็นแผ่นเหมือนเครื่องเล่นซีดี ก็ได้ หรือจะเก็บเป็นสายฟิล์มยาวๆ เหมือนเครื่องเล่นเทปก็ได้

เพื่อเทียบให้เห็นภาพชัด คุณ Smith บอกว่า แผ่นฟิล์มบรรจุไฮโดรเจนขนาด 15 ปอนด์ สามารถขับเคลื่อนรถอีวีแบบ fuel cell (FCEV) ได้ 20 ไมล์ ดังนั้น รถบรรทุกใช้ถังฟิล์ม 370 ปอนด์ (168 กก.) ก็สามารถขับได้ไกลถึง 570 ไมล์ (917 กม.) แม้แต่บริษัทเครื่องบินก็เริ่มสนใจ เพราะถ้าให้พลังงานเท่ากับแบตเตอรี่ จะมีน้ำหนักเบากว่ามาก เพียงแค่หนึ่งในสามเท่านั้น

ตอนนี้ Plasma Kinetics กำลังทำระบบอัตโนมัติ ในการถ่ายเปลี่ยนสำหรับรถยนต์ให้สะดวกรวดเร็ว เหมือนกับการเปลี่ยนแบตเตอรี่ (swappable batteries) สำหรับรถอีวี Nio เพราะการเปลี่ยนแบต จะเร็วกว่าการชาร์จมาก

โรงงานแรกของ Plasma Kinetics จะอยู่ที่ อริโซนา และอาจขยายฐานการผลิตไปที่เอเชียและยุโรป ตามที่ได้ติดต่อกันไว้แล้ว และถ้าสามารถทำชุดถอดเปลี่ยนสำหรับรถยนต์ได้ง่ายๆอาจจะบุกตลาดได้อย่างดุเดือดขึ้นก็เป็นได้

ไม่แน่ว่าจะเป็นแบบ มาทีหลัง แต่ดังกว่า หรือเปล่า เพราะเทคโนโลยีนี้ ถึงแม้จะคิดค้นกันมานานแล้ว แต่ถูกแบนมาเกือบสิบปี ด้วยเหตุผลทางด้านความมั่นคง โดยรัฐบาลสหรัฐห้ามเอกชนวิจัยและพัฒนาต่อ และเพิ่งจะลดข้อห้ามนี้ แต่ยังคงไว้ในเรื่องการห้ามพัฒนาไปใช้กับเชื้อเพลิงขีปนาวุธ (missile) …

บริษัทนี้จึงเพิ่งจะได้รับไฟเขียวเมื่อปี 2017 นี่เองครับ ๏๛

… @_@ …
วัชระ นูมหันต์
2021-12-19

Ref: https://www.autoevolution.com/news/plasma-kinetics-may-revolutionize-hydrogen-storage-for-evs-167256.html
All Rights Reserved ©