การใช้ไฮโดรเจนเพื่อขับเคลื่อนรถยนต์ถือเป็นทางเลือกที่น่าสนใจแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล เนื่องจากน้ำเป็นสิ่งเดียวที่ไม่ปล่อยมลพิษออกมา แต่ปัญหาสำคัญของแนวทางนี้คือการขาดแหล่งเชื้อเพลิงราคาถูกที่หมุนเวียนได้ และนี่เป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์พยายามค้นคว้า
ปัสสาวะเป็นของเสียที่เกิดจากการเผาผลาญอาหารในร่างกายมนุษย์และสัตว์ โดยมีสารประกอบหลักคือ ยูเรีย (urea) ซึ่งสามารถนำมาแปรรูปเป็นไฮโดรเจนได้ การใช้ปัสสาวะในการผลิตพลังงานนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากเป็นแหล่งพลังงานที่สามารถเข้าถึงได้ง่ายและมีต้นทุนต่ำ นอกจากนี้ การใช้ปัสสาวะยังช่วยลดปริมาณขยะ ซึ่งเป็นปัญหาที่หลายประเทศกำลังเผชิญอยู่
กระบวนการผลิตไฮโดรเจนจากปัสสาวะ
แม้ว่าไฮโดรเจนจะเป็นธาตุที่พบมากที่สุดในจักรวาล แต่บนโลก ไฮโดรเจนมักจะถูกกักเก็บอยู่ในโมเลกุล เช่น น้ำ (H 2 O) เพื่อปลดปล่อยก๊าซไฮโดรเจน (H 2 ) จากน้ำ จำเป็นต้องทำลายพันธะไฮโดรเจน-ออกซิเจนที่แข็งแรง ซึ่งสามารถทำได้โดยส่งกระแสไฟฟ้าผ่านน้ำ (อิเล็กโทรไลต์) ในกระบวนการที่เรียกว่าอิเล็กโทรไลซิส อย่างไรก็ตาม พลังงานที่จำเป็นสำหรับกระบวนการนี้ทำให้เป็นวิธีที่มีราคาแพงเกินไปในการผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจน
มีการวิจัยใหม่ที่น่าสนใจคือการนำปัสสาวะ ซึ่งเป็นของเสียทั้งจากคนและสัตว์มาทำการผลิตเป็นไฮโดรเจน การผลิตไฮโดรเจนจากปัสสาวะมีหลายวิธี แต่หนึ่งในวิธีที่ได้รับความสนใจมากที่สุดคือการใช้การรีฟอร์มมิ่ง (reforming) ยูเรีย โดยทั่วไปแล้ว กระบวนการนี้จะใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา (catalyst) ในการแปลงยูเรียไปเป็นไฮโดรเจน กระบวนการนี้ไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพสูง แต่ยังสามารถทำได้ในอุณหภูมิที่ต่ำ ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานในกระบวนการผลิต
ตามรายงานจาก Royal Society of Chemistry นักวิจัยได้พัฒนากระบวนการทางเคมีที่สามารถแปรรูปยูเรียในปัสสาวะให้กลายเป็นไฮโดรเจน โดยใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่า “การปฏิรูปตัวเร่งปฏิกิริยา” (catalytic reforming) ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตไฮโดรเจนจากปัสสาวะในระดับที่น่าพอใจ
ทีมงานจากรัฐโอไฮโอ ซึ่งนำโดยดร. เจอราดิน บอตเต้ ได้แสดงให้เห็นว่าอิเล็กโทรไลซิสสามารถใช้ในการผลิตก๊าซไฮโดรเจนจากปัสสาวะของมนุษย์ได้ โดยมีต้นทุนเพียงเศษเสี้ยวของการผลิตไฮโดรเจนจากน้ำโดยใช้วิธีเดียวกัน
นวัตกรรมผงนาโนในการผลิตไฮโดรเจน
ในบทความจาก Economic Times ยังมีการพูดถึงการใช้ผงนาโน (nano powder) ที่ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อลดต้นทุนและเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตไฮโดรเจนจากปัสสาวะ
นักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพบกสหรัฐ (ARL) ได้ประกาศว่าผงนาโนอะลูมิเนียมกัลวานิกของพวกเขาสามารถผลิตไฮโดรเจนบริสุทธิ์ได้เมื่อสัมผัสกับน้ำ นักวิจัยพบปฏิกิริยาที่คล้ายกันเมื่อเติมผงลงในของเหลวที่มีน้ำ พวกเขายังพบอีกว่าการเติมผงลงในปัสสาวะจะปล่อยไฮโดรเจนออกมาในอัตราที่สูงกว่าน้ำธรรมดามาก
คริสโตเฟอร์ ดาร์ลิ่ง นักวิจัยของ ARL กล่าวว่า สิ่งที่เราทำในฐานะนักวิทยาศาสตร์ของกองทัพคือการพัฒนาวัสดุและเทคโนโลยีที่จะเป็นประโยชน์โดยตรงต่อทหารและเพิ่มขีดความสามารถของพวกเขา
“เราได้พัฒนาเทคนิคการประมวลผลใหม่เพื่อสังเคราะห์วัสดุที่แยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนโดยอัตโนมัติ” เขากล่าว
การใช้ผงนาโนนี้สามารถช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสของวัสดุที่ใช้ในการผลิต ทำให้กระบวนการแยกไฮโดรเจนมีประสิทธิภาพมากขึ้น การวิจัยชี้ให้เห็นว่าการใช้ผงนาโนนี้จะช่วยให้การผลิตไฮโดรเจนจากปัสสาวะมีต้นทุนที่ต่ำลงและมีศักยภาพในการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมพลังงานในอนาคต
ผลงานทดลองที่สามารถใช้ได้จริง
ชายหนุ่มนายหนึ่งที่นำเสนอในเพจเฟซบุ๊กชื่อ Engineering & Science สามารถผลิตไฮโดรเจนจากปัสสาวะได้เพียงพอในหนึ่งปีเพื่อขับเคลื่อนรถยนต์ได้ 2,698 กิโลเมตร โดยอาศัยกระบวนการที่เรียกว่าอิเล็กโทรไลซิส ซึ่งเกี่ยวข้องกับการแยกไฮโดรเจนออกจากยูเรียที่มีอยู่ในปัสสาวะโดยส่งกระแสไฟฟ้าผ่านปัสสาวะ กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสจะแยกโมเลกุลยูเรียออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน และไฮโดรเจนที่ผลิตได้นั้นสามารถนำมาใช้เป็นแหล่งเชื้อเพลิงที่สะอาดได้
วิธีการนี้ถือเป็นวิธีที่ไม่เหมือนใครและยั่งยืนในการผลิตไฮโดรเจน ซึ่งโดยทั่วไปมักใช้กับเซลล์เชื้อเพลิงในยานพาหนะ แม้ว่าจะฟังดูเหมือนเป็นแนวคิดที่ล้ำสมัย แต่ก็แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการใช้ประโยชน์จากวัสดุเหลือใช้ เช่น ปัสสาวะ เพื่อผลิตพลังงานหมุนเวียน นอกจากนี้ยังเน้นย้ำถึงการวิจัยอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับแหล่งพลังงานทางเลือกเพื่อลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล
ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและสังคม
การผลิตไฮโดรเจนจากปัสสาวะมีผลดีต่อสิ่งแวดล้อมในหลายด้าน การใช้ของเสียในการผลิตพลังงานช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและลดการพึ่งพาแหล่งพลังงานฟอสซิล นอกจากนี้ยังช่วยลดปริมาณขยะในระบบนิเวศ ซึ่งเป็นปัญหาที่หลายประเทศต้องเผชิญ
นอกจากนี้ การพัฒนานวัตกรรมนี้สามารถสร้างโอกาสทางเศรษฐกิจใหม่ ๆ โดยเฉพาะในภูมิภาคที่มีการเกษตรกรรมสูง ซึ่งสามารถนำปัสสาวะจากกิจกรรมการเกษตรมาใช้ในการผลิตพลังงานได้ การพัฒนานี้จะช่วยส่งเสริมการสร้างอาชีพในชุมชนและเพิ่มคุณภาพชีวิตของประชาชน
การนำไปใช้ในอุตสาหกรรม
การผลิตไฮโดรเจนจากปัสสาวะยังสามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ได้อย่างหลากหลาย ตั้งแต่การผลิตพลังงานไฟฟ้าไปจนถึงการใช้งานในเซลล์เชื้อเพลิง (fuel cells) ที่ใช้ในรถ
ประโยชน์และโอกาสในการนำไปใช้ในอนาคต
การผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจนจากปัสสาวะไม่เพียงแต่เป็นนวัตกรรมที่น่าตื่นเต้นในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แต่ยังมีประโยชน์และโอกาสที่หลากหลายในการนำไปใช้ในอนาคต ดังนี้
- การลดขยะและการจัดการทรัพยากร การนำปัสสาวะมาใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับผลิตไฮโดรเจน ช่วยลดปริมาณขยะจากการปล่อยปัสสาวะในชีวิตประจำวัน และยังสร้างการจัดการทรัพยากรที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ทำให้เกิดการรีไซเคิลทรัพยากรธรรมชาติ
- พลังงานทดแทนที่ยั่งยืน ไฮโดรเจนที่ผลิตจากปัสสาวะสามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานทดแทนในรูปแบบต่างๆ เช่น เชื้อเพลิงสำหรับยานพาหนะหรือการผลิตไฟฟ้า ซึ่งช่วยลดการพึ่งพาพลังงานฟอสซิลและลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก
- ความมั่นคงทางพลังงาน การผลิตไฮโดรเจนจากปัสสาวะสามารถทำได้ในระดับชุมชน โดยไม่ต้องพึ่งพาแหล่งพลังงานจากภายนอก ทำให้ชุมชนมีความมั่นคงทางพลังงานและลดความเสี่ยงจากการขาดแคลนพลังงาน
- โอกาสทางเศรษฐกิจ การพัฒนาเทคโนโลยีนี้สามารถสร้างงานใหม่ในภาคการผลิตและการวิจัย รวมถึงการพัฒนาธุรกิจที่เกี่ยวข้องกับการจัดการและแปรรูปปัสสาวะ ซึ่งช่วยกระตุ้นเศรษฐกิจในระดับท้องถิ่น
- การพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ การวิจัยและพัฒนาในด้านการผลิตไฮโดรเจนจากปัสสาวะจะนำไปสู่นวัตกรรมใหม่ๆ ที่สามารถใช้ในอุตสาหกรรมอื่น เช่น การเกษตร หรือการผลิตอาหาร โดยการใช้พลังงานสะอาดในการผลิต
วิทยาการนวัตกรรมการผลิตไฮโดรเจนจากปัสสาวะ ยังต้องใช้องค์ความรู้ เทคโนโลยีใหม่ ๆ ในการพัฒนาเพื่อขยายขนาดของการผลิต ในราคาที่สัมผัสได้ ให้สามารถรองรับปริมาณความต้องการที่มากในอนาคตได้.
อ้างอิง: edu.rsc.org , m.economictimes.com
https://www.facebook.com/share/1943HX47QE/?mibextid=WC7FNe
