นักวิทย์ใช้ "พลาสมาความร้อนต่ำ" จำลองสภาวะสายฟ้าในขวดแก้ว เพื่อเปลี่ยนก๊าซมีเทนให้กลายเป็น "เมทานอล" เชื้อเพลิงเหลว ซึ่งวิธีการนี้จะช่วยลดการสิ้นเปลืองพลังงานและค่าใช้จ่ายในการผลิตได้
นักวิทยาศาสตร์ค้นพบวิธีเปลี่ยน “ก๊าซมีเทน” ตัวการทำโลกร้อน ให้กลายเป็น “เมทานอล” พลังงานเชื้อเพลิงเหลวด้วยเทคโนโลยี “พลาสมาความร้อนต่ำ” ภายในเครื่องปฏิกรณ์ขนาดจิ๋วที่ทำงานได้ในอุณหภูมิห้อง นวัตกรรมนี้เปรียบเสมือนการจับสายฟ้ามาขังในขวดเพื่อเปลี่ยนก๊าซเรือนกระจกให้เป็นพลังงานสะอาดที่มีประโยชน์กับโลก
เปลี่ยนก๊าซเรือนกระจกด้วยพลาสมาความร้อนต่ำ
นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยนอร์ทเวสเทิร์น (Northwestern University) ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้นำเสนอแนวคิดการจัดการก๊าซมีเทนที่ทรงประสิทธิภาพ โดยระบุว่าปกติแล้วการเปลี่ยนก๊าซมีเทนให้เป็นเชื้อเพลิงเหลวต้องใช้ความร้อนและแรงดันสูง ซึ่งสิ้นเปลืองพลังงานและมีค่าใช้จ่ายสูง
โดยนักวิจัยได้ใช้เทคโนโลยี "พลาสมาความร้อนต่ำ" (Cold Plasma) มาเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีแทน วิธีการนี้เปรียบเสมือนการสร้างพายุไฟฟ้าจิ๋วหรือ "สายฟ้าในขวดแก้ว" เพื่อเข้าไปทำลายพันธะเคมีของก๊าซมีเทนในสภาวะอุณหภูมิปกติ ทำให้กระบวนการนี้ช่วยประหยัดพลังงานได้มากกว่าวิธีเดิมหลายเท่าตัว และเป็นกุญแจสำคัญในการเปลี่ยนก๊าซที่เป็นอันตรายต่อชั้นบรรยากาศให้กลายเป็นทรัพยากรที่มีค่า
Bubble Reactor เครื่องปฏิกรณ์จิ๋วในขวดแก้ว
เทคโนโลยีนี้ใช้การออกแบบเครื่องปฏิกรณ์แบบฟองอากาศ (Bubble Reactor) ซึ่งมีลักษณะเป็นขวดแก้วบรรจุน้ำและตัวเร่งปฏิกิริยา โดยทีมวิจัยจะทำการป้อนก๊าซมีเทนเข้าไปในลักษณะของฟองอากาศขนาดจิ๋ว เมื่อฟองก๊าซเหล่านี้เคลื่อนที่ผ่านน้ำจะถูกกระตุ้นด้วยพลังงานพลาสมาที่ปล่อยออกมา พลังงานไฟฟ้าจะเข้าไปแยกโมเลกุลของก๊าซมีเทนและน้ำให้เกิดการรวมตัวกันใหม่กลายเป็นเมทานอลทันที ซึ่งกระบวนการนี้สามารถควบคุมปฏิกิริยาให้เกิดขึ้นในขั้นตอนเดียว (Single-step conversion) โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการที่ซับซ้อนหลายขั้นตอนเหมือนในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีแบบดั้งเดิม เทคโนโลยีนี้จึงเป็นเหมือนการย่อส่วนจากโรงงานขนาดใหญ่ให้กลายเป็นเครื่องมือขนาดกะทัดรัดที่สามารถทำงานได้ไม่ต่างกัน
ทางออกของการเผาก๊าซในอุตสาหกรรมพลังงาน
นอกจากนี้ เทคโนโลยีดังกล่าวยังถูกออกแบบมาเพื่อแก้ปัญหา "การเผาก๊าซทิ้งส่วนเกิน" (Gas Flaring) ซึ่งมักเกิดขึ้นบริเวณแท่นขุดเจาะน้ำมันหรือโรงงานอุตสาหกรรม เนื่องจากก๊าซมีเทนที่เกิดขึ้นมีปริมาณไม่มากพอที่จะวางท่อขนส่ง จึงต้องมีการปล่อยทิ้งหรือเผาทำลายซึ่งส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรง เนื่องจากก๊าซมีเทนมีคุณสมบัติกักเก็บความร้อนในชั้นบรรยากาศสูงกว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หลายเท่าตัว นวัตกรรมนี้จึงเข้ามาช่วยทำให้ก๊าซเสียเหล่านี้กลายเป็นของเหลว เมื่อก๊าซกลายเป็นเมทานอลแล้วจะสามารถจัดเก็บใส่ถังและขนส่งทางรถยนต์หรือเรือได้ง่ายขึ้น ช่วยเปลี่ยนความสูญเสียทางเศรษฐกิจให้กลายเป็นผลกำไร และลดการปล่อยมลพิษเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลกได้อย่างมหาศาล
ประโยชน์ต่อภาคเกษตรกรรมและความยั่งยืน
นอกเหนือจากอุตสาหกรรมพลังงานแล้ว เทคโนโลยี "พลังงานในขวดแก้ว" ยังมีประโยชน์ต่อภาคการเกษตร โดยเฉพาะในฟาร์มปศุสัตว์ขนาดใหญ่ที่เป็นแหล่งผลิตก๊าซมีเทนจากมูลสัตว์ในปริมาณมาก เครื่องปฏิกรณ์พลาสมาขนาดพกพานี้สามารถนำไปติดตั้งเพื่อแปรรูปก๊าซชีวภาพจากมูลสัตว์ให้กลายเป็นเมทานอลสะอาด เพื่อนำกลับมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องจักรกลทางการเกษตรหรือผลิตกระแสไฟฟ้าใช้ภายในฟาร์มได้เอง วิธีการนี้ไม่เพียงแต่ช่วยลดต้นทุนด้านพลังงานให้กับเกษตรกร แต่ยังช่วยจัดการปัญหากลิ่นไม่พึงประสงค์และลด Carbon Footprint ของอุตสาหกรรมอาหาร ซึ่งสอดคล้องกับเป้าหมายการการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิเป็นศูนย์ หรือ Net Zero อีกด้วย
การเป็นเชื้อเพลิงสะอาดแห่งอนาคต
เมทานอล ที่ผลิตได้นี้ถือว่าเป็นเชื้อเพลิงเอนกประสงค์ที่สามารถนำไปใช้งานได้หลากหลายรูปแบบ ตั้งแต่การเป็นเชื้อเพลิงในเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cells) เพื่อผลิตไฟฟ้าโดยไม่มีการเผาไหม้ที่เป็นพิษ ไปจนถึงการใช้เป็นวัตถุดิบต้นน้ำในอุตสาหกรรมเคมีภัณฑ์ นักวิจัยชี้ให้เห็นว่าการเปลี่ยนมีเทนเป็นเมทานอลด้วยพลาสมาเป็นทางเลือกในการเก็บกักพลังงานหมุนเวียน เพราะเราสามารถใช้ไฟฟ้าส่วนเกินจากแผงโซลาร์เซลล์หรือกังหันลมมาขับเคลื่อนเครื่องปฏิกรณ์นี้เพื่อ "สะสม" พลังงานไว้ในรูปแบบของของเหลว ซึ่งง่ายต่อการเก็บรักษาเป็นเวลานานและพร้อมใช้งานเมื่อมีความต้องการพลังงานสูงขึ้น
นวัตกรรม "พลังงานในขวดแก้ว" ด้วยเทคโนโลยีพลาสมาความร้อนต่ำถือเป็นจุดเปลี่ยนที่ช่วยเพิ่มโอกาสทางพลังงาน เพราะการเปลี่ยนก๊าซมีเทนให้เป็นเมทานอลในเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กที่อุณหภูมิปกติ ไม่เพียงแต่ช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกอย่างมีประสิทธิภาพ แต่ยังช่วยให้เกิดการผลิตเชื้อเพลิงสะอาดที่เข้าถึงง่ายและคุ้มค่าสำหรับการใช้งานในอนาคต
เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร
ที่มาข้อมูล: northwestern, newatlas, interestingengineering, thedebrief
ที่มาภาพ: northwestern
อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
