คุณเคยนึกบ้างไหมว่าสายฝนที่หล่นลงมาจากท้องฟ้าทุกครั้งจะสามารถกลายเป็นพลังงานสะอาดที่หมุนเวียนได้ไม่สิ้นสุด? เมื่อโลกของเรากำลังเผชิญกับวิกฤตพลังงานและสภาวะโลกร้อน ทำไมเราไม่ลองมองหาโอกาสจากสิ่งที่ธรรมชาติมอบให้อย่างฟรีๆ อย่างน้ำฝน?
นี่คือคำถามที่นักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งได้คิดค้นคำตอบ พวกเขาประสบความสำเร็จในการพัฒนาเทคโนโลยีที่สามารถเปลี่ยนน้ำฝนธรรมดาให้กลายเป็นแหล่งพลังงานสะอาด ด้วยวิธีการที่เรียกว่า “การไหลวนตามกัน” (Plug Flow) ซึ่งเป็นเทคนิคพิเศษที่ช่วยให้สามารถผลิตไฟฟ้าจากหยดน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ วันนี้ ESG UNIVERSE จะพาทุกคนมาดูว่าเขาทำได้อย่างไร และเทคโนโลยีนี้จะเปลี่ยนอนาคตพลังงานสะอาดของเราได้จริงหรือไม่?
เหตุใดพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำแบบดั้งเดิมจึงไม่เพียงพอ
พลังงานไฟฟ้าพลังน้ำแบบเดิมทำงานโดยการเคลื่อนย้ายน้ำปริมาณมากเพื่อหมุนกังหัน แต่วิธีนี้ใช้ได้เฉพาะในสถานที่ที่มีน้ำเพียงพอ เช่น แม่น้ำ สำหรับการไหลของน้ำที่ช้าและมีขนาดเล็ก นักวิจัยได้สำรวจทางเลือกอื่น การแยกประจุ กระบวนการนี้จะสร้างกระแสไฟฟ้าในขณะที่น้ำไหลผ่านช่องทางที่มีพื้นผิวตัวนำเรียงรายอยู่ อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ไม่มีประสิทธิภาพอย่างยิ่งเนื่องจากประจุจะสร้างขึ้นเฉพาะที่พื้นผิวที่น้ำสัมผัสเท่านั้น
เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามใช้ช่องทางในระดับไมโครและนาโนเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิว แต่ช่องทางเหล่านี้มีขนาดเล็กมากจนน้ำไม่สามารถไหลผ่านได้ง่าย และการสูบน้ำผ่านช่องทางเหล่านี้ใช้พลังงานมากกว่าที่ระบบผลิตได้
ประสิทธิภาพที่น่าทึ่ง
นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวิธีควบคุมไฟฟ้าจากหยดน้ำที่ตกลงมาโดยใช้การไหลของน้ำรูปแบบใหม่ เทคนิคการไหลของน้ำแบบปลั๊กซึ่งใช้หยดน้ำและช่องอากาศที่เคลื่อนที่ผ่านท่อแคบๆ จะสร้างพลังงานได้มากกว่าวิธีการก่อนหน้านี้มาก และสามารถใช้ได้แม้ในช่วงฝนตกปรอย ๆ
ด้วยการส่งหยดน้ำผ่านท่อแนวตั้งแคบ ๆ เพื่อสร้าง “กระแสปลั๊ก” พวกเขาสามารถแยกประจุไฟฟ้าและเก็บเกี่ยวพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพอย่างน่าประหลาดใจ การตั้งค่าที่เรียบง่ายนี้ไม่เพียงแต่เอาชนะความไม่มีประสิทธิภาพของวิธีการแยกประจุแบบเดิมเท่านั้น แต่ยังผลิตพลังงานได้เพียงพอที่จะจุดไฟ LED ได้ถึง 12 ดวง ด้วยการใช้งานที่เป็นไปได้บนหลังคาและในสภาพแวดล้อมในเมือง ระบบนวัตกรรมนี้อาจเป็นทางเลือกที่ยั่งยืนและมีต้นทุนต่ำแทนพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำ
ระบบ Plug Flow แปลงพลังงานของน้ำที่ตกลงมาตามท่อเป็นไฟฟ้าได้มากกว่า 10% และเมื่อเทียบกับน้ำที่ไหลเป็นสายน้ำต่อเนื่องแล้ว Plug Flow ผลิตไฟฟ้าได้มากกว่าถึง 5 เท่า เนื่องจากความเร็วของละอองน้ำที่ทดสอบนั้นช้ากว่าฝนมาก นักวิจัยจึงแนะนำว่าระบบนี้สามารถใช้เก็บพลังงานไฟฟ้าจากละอองฝนที่ตกลงมาได้
ในการทดลองอีกครั้ง นักวิจัยได้สังเกตเห็นว่าการเคลื่อนย้ายน้ำผ่านท่อ 2 ท่อ ไม่ว่าจะพร้อมกันหรือต่อเนื่องกัน จะสร้างพลังงานได้สองเท่า โดยใช้ข้อมูลนี้ นักวิจัยจึงเคลื่อนย้ายน้ำผ่านท่อ 4 ท่อ และตั้งค่าให้จ่ายไฟให้กับ LED 12 ดวงอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 20 วินาที นักวิจัยกล่าวว่าการติดตั้งและบำรุงรักษาพลังงานจากปลั๊กไฟนั้นง่ายกว่าโรงไฟฟ้าพลังน้ำ และยังสะดวกสำหรับพื้นที่ในเมือง เช่น หลังคาบ้านอีกด้วย
Cr. ภาพ : www.sciencenews.org
หลักการทำงาน ไฟฟ้าจากหยดน้ำ
ซิวหลิง โซห์ ผู้ช่วยศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ อธิบายว่าหลักการทำงานคล้ายกับไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นเมื่อวัสดุสองชนิดสัมผัสกัน
“น้ำที่ตกลงมาตามท่อแนวตั้งจะสร้างไฟฟ้าในปริมาณมากโดยใช้รูปแบบการไหลของน้ำที่เฉพาะเจาะจง ที่เรียกว่า Plug Flow ซึ่งจะช่วยให้สามารถเก็บพลังงานจากน้ำฝนเพื่อผลิตไฟฟ้าที่สะอาดและหมุนเวียนได้”
Cr. ภาพ : www.sciencealert.com
กลไกเทคโนโลยี
- น้ำไหลจากด้านล่างของหอคอยผ่านเข็มโลหะ
- ละอองน้ำขนาดเท่าน้ำฝนถูกปล่อยเข้าสู่ท่อโพลีเมอร์แนวตั้ง (สูง 32 ซม. กว้าง 2 มม.)
- เมื่อละอองน้ำกระทบด้านบน จะรวมตัวเป็นก้อนน้ำเล็กๆ คั่นด้วยช่องอากาศ
- รูปแบบการไหลนี้ช่วยเพิ่มการแยกประจุไฟฟ้าเมื่อน้ำเคลื่อนตัวลงมา
- ประจุไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นตามพื้นผิวด้านในที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าของท่อ
- น้ำถูกเก็บในถ้วยที่ปลายท่อ โดยสายไฟสองด้านทำหน้าที่เก็บกระแสไฟฟ้า
ข้อได้เปรียบเหนือเทคโนโลยีเดิม
นักวิจัยพบว่าระบบนี้มีข้อได้เปรียบหลายประการเมื่อเทียบกับวิธีดั้งเดิม
- ติดตั้งและบำรุงรักษาง่ายกว่าโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบดั้งเดิม
- เหมาะสำหรับพื้นที่ในเมือง เช่น การติดตั้งบนหลังคาบ้าน
- สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ง่าย – การทดสอบพบว่าการใช้ท่อสองท่อจะเพิ่มพลังงานเป็นสองเท่า
- ไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งน้ำขนาดใหญ่เหมือนเขื่อนหรือแม่น้ำ
นวัตกรรมนี้เป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาแหล่งพลังงานสะอาดหมุนเวียนที่สามารถนำมาใช้ได้ในพื้นที่เมืองและมีศักยภาพในการเป็นส่วนหนึ่งของโซลูชันพลังงานสีเขียวในอนาคต
อ้างอิง
https://scitechdaily.com/shocking-simplicity-scientists-turn-falling-rain-into-renewable-energy/
บทความอื่น ที่น่าสนใจ
โลกเขียวขึ้น! เมื่อทั่วโลกใช้ ‘พลังงานสะอาด’ ทะลุ 40% โซลาร์เซลล์มาแรงสุด จีนครองอันดับ 1
