นักวิทยาศาสตร์ญี่ปุ่นคิดค้นวิธีใหม่ในการผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม โดยใช้เพียงแสงอาทิตย์และน้ำ ผ่านตัวเร่งปฏิกิริยาแสงชนิดพิเศษ วิธีนี้มีศักยภาพที่จะทำให้การผลิตไฮโดรเจนมีต้นทุนต่ำลงและยั่งยืนมากขึ้น
ปัจจุบัน เราผลิตไฮโดรเจนส่วนใหญ่จากก๊าซธรรมชาติ ซึ่งไม่ใช่วิธีที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม การค้นพบนี้จึงอาจเป็นก้าวสำคัญสู่การผลิตพลังงานสะอาดในอนาคต
เปลี่ยนแสงอาทิตย์และน้ำให้เป็นพลังงานสะอาด
ทั้งนี้ ทีมนักวิทยาศาสตร์ญี่ปุ่นจากมหาวิทยาลัยชินชู นำโดยศาสตราจารย์คาซุนาริ โดเมน และ ดร.ทาคาชิ ฮิซาโทมิ ได้สร้างความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจนจากแสงอาทิตย์และน้ำ ผ่านการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแสงชนิดพิเศษ งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Frontiers in Science
สำหรับเทคโนโลยีนี้ คือการทำให้น้ำที่ประกอบด้วย ไฮโดรเจน 2 อะตอม และออกซิเจน 1 อะตอม แยกออกจากกัน โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแสงที่ตอบสนองต่อรังสีอัลตราไวโอเลต แม้จะฟังดูง่าย แต่ปฏิกิริยาดังกล่าวนี้ต้องใช้พลังงานมาก ซึ่งแนวคิดนี้ไม่ใช่แนวคิดใหม่ มีนักวิจัยที่พยายามพัฒนาแนวคิดนี้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งทีมวิจัยได้ทดสอบแนวคิดนี้ในเครื่องปฏิกรณ์ขนาด 100 ตารางเมตรเป็นเวลา 3 ปี และพบว่าให้ผลดีกว่าการทดลองในห้องปฏิบัติการ โดยมีประสิทธิภาพสูงกว่าประมาณ 1.5 เท่าภายใต้แสงแดดธรรมชาติ
ทั้งนี้ ในปฏิกิริยานี้ดังกล่าว จำเป็นต้องมีตัวเร่งปฏิกิริยา เมื่อได้รับแสง จะทำให้น้ำสลายออกมาเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน โดยการศึกษาก่อนหน้า มีนักวิจัยที่พัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาแบบขั้นตอนเดียว (One-Step) แต่มีประสิทธิภาพไม่เพียงพอในการแปลงแสงอาทิตย์เป็นพลังงาน และยังเคยมีการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาอีกแบบหนึ่ง ก็คือตัวเร่งปฏิกิริยาแบบ 2 ขั้นตอน (Two-Step) ที่ทำงานซับซ้อนขึ้น ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา 2 ชนิดทำงานร่วมกัน โดยชนิดแรกจะแยกน้ำออกมาเป็นไฮโดรเจน ในขณะที่ชนิดที่ 2 จะเป็นการแยกน้ำเป็นออกซิเจน
แม้ว่าปัจจุบันประสิทธิภาพของระบบจะอยู่ที่เพียง 1% ภายใต้แสงจำลอง และยังไม่สามารถบรรลุเป้าหมาย 5% ในสภาพแสงธรรมชาติ แต่นวัตกรรมนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เพราะเป็นทางเลือกที่ยั่งยืนกว่าการผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติแบบดั้งเดิม
ข้อดีสำคัญของเทคโนโลยีนี้คือ แม้จะไม่สามารถผลิตพลังงานได้ในเวลากลางคืนหรือในสภาพอากาศไม่เอื้ออำนวย แต่สามารถกักเก็บพลังงานในรูปของเชื้อเพลิงไฮโดรเจนไว้ใช้ได้ทุกที่ทุกเวลา ทีมวิจัยกำลังมุ่งพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาแสงให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น และวางแผนขยายขนาดเครื่องปฏิกรณ์เพื่อการใช้งานในระดับอุตสาหกรรมต่อไป
ความเป็นไปได้ในการใช้งานจริง ในอนาคต
อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ยังต้องการการพัฒนาอีกมาก เนื่องจากปัจจุบันมีประสิทธิภาพเพียง 1% ภายใต้แสงจำลอง และยังไม่สามารถทำงานได้ดีพอภายใต้แสงแดดธรรมชาติ นักวิจัยกำลังมองหาวิธีพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น และวางแผนสร้างเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่เพื่อทดสอบในสภาพการใช้งานจริง
“ยังมีความท้าทายอีกมาก หากต้องพัฒนาเพื่อให้วิธีการนี้ใช้งานได้จริง นักวิจัยทั่วไปควรต้องทำการศึกษาอย่างจริงจัง ทั้งตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ทั้งกระบวนการแยกก๊าซ และการก่อสร้างโรงงานขนาดใหญ่ ซึ่งมันจะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความคิดผู้คน รวมไปถึงนโยบายต่าง ๆ” ศาสตราจารย์ คาซูนาริ โดเมน ผู้เขียนอาวุโสของงานวิจัยนี้ กล่าว
อ้างอิง
https://hydrogen-central.com/japan-scientists-develop-new-tech-to-sunlight-water-into-hydrogen-fuel/
https://www.tnnthailand.com/tech/183028/#google_vignette
เรื่องอื่นที่น่าสนใจ
