นักวิจัยค้นพบวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่ สามารถแยกน้ำทะเลเพื่อกรองเป็น “น้ำดื่มสะอาด” ควบคู่กับการเร่งผลิต "ไฮโดรเจน" ได้ประสิทธิภาพสูงขึ้นกว่า 50% และดึงพลังงานไฟฟ้าไปใช้ได้คุ้มค่าถึง 88%
ทีมวิชาการและนักวิจัยค้นพบวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยารูปแบบใหม่ที่ช่วยทลายข้อจำกัดเดิมของการผลิตเชื้อเพลิงสะอาด วัสดุดังกล่าวช่วยเร่งปฏิกิริยาแยกโมเลกุลน้ำเพื่อผลิตก๊าซไฮโดรเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพ และใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลเพื่อผลิตน้ำดื่มบริสุทธิ์ได้ในระบบเดียว
นอกจากจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไฮโดรเจนให้สูงขึ้นกว่า 50% แล้ว ยังใช้ต้นทุนที่ต่ำลง ซึ่งเป็นก้าวสำคัญในการผลักดันพลังงานทางเลือกและแก้ปัญหาวิกฤตทรัพยากรน้ำสะอาดได้ในเวลาเดียวกัน
เชื้อเพลิงสะอาดและน้ำดื่มจากทะเล
การสร้างพลังงานสะอาดอย่างก๊าซไฮโดรเจนและการผลิตน้ำดื่มบริสุทธิ์จากน้ำทะเล มักเป็นกระบวนการที่แยกออกจากกันและใช้พลังงานมหาศาล แต่นวัตกรรมใหม่นี้ถูกออกแบบมาให้ทำได้พร้อมกันในระบบเดียว ด้านหนึ่งช่วยเร่งปฏิกิริยาเคมีทางไฟฟ้าเพื่อดึงก๊าซไฮโดรเจนออกจากน้ำ ขณะเดียวกันโครงสร้างของวัสดุยังทำหน้าที่เป็นแผ่นระเหยน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ (Janus Evaporator) ที่ลอยอยู่เหนือน้ำทะเล โดยจะดูดซับความร้อนจากแสงอาทิตย์เพื่อต้มเฉพาะน้ำบริเวณพื้นผิว ทำให้เกิดการระเหยกลายเป็นไอน้ำบริสุทธิ์โดยไม่ทิ้งคราบเกลืออุดตัน
การทำงานด้วยวัสดุระดับนาโน
นักวิทยาศาสตร์จาก สถาบันเทคโนโลยีแห่งอินเดีย คูวาฮาติ (Indian Institute of Technology Guwahati) ซึ่งนำโดย ศาสตราจารย์ Uttam Manna และ ศาสตราจารย์ Mohammad Qureshi ได้พัฒนาโครงสร้างวัสดุผสมที่ช่วยแก้ไขปัญหาก๊าซสะสมบริเวณหน้าสัมผัส ขณะเดียวกัน คณะวิจัยของ ศาสตราจารย์ PK Giri และ รองศาสตราจารย์ Prof. Akshai Kumar ได้ร่วมต่อยอดการปรับแต่งโครงสร้างวัสดุสองมิติ "แมกซีน" (MXenes) และนิกเกิลระดับนาโน เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสและเร่งการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน
ประสิทธิภาพสูงขึ้น แต่ต้นทุนต่ำลง
หนึ่งในอุปสรรคสำคัญของการผลิตก๊าซไฮโดรเจนในอดีต คือความจำเป็นต้องพึ่งพาตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำจากโลหะมีค่าราคาสูงอย่างแพลทินัม (Platinum) ทำให้มีต้นทุนการผลิตแพงเกินกว่าจะนำมาใช้ในระดับอุตสาหกรรม การพัฒนาวัสดุผสมชนิดใหม่นี้ช่วยลดการพึ่งพาโลหะราคาแพงได้อย่างมหาศาล โดยสามารถดึงพลังงานไฟฟ้าที่ป้อนเข้าสู่ระบบไปใช้ในการแยกน้ำได้สูงถึง 88% เพิ่มปริมาณการผลิตไฮโดรเจนได้มากกว่าเดิมถึง 51% และสร้างอัตราการระเหยน้ำทะเลเป็นน้ำดื่มได้ราว 3.2 กิโลกรัมต่อพื้นที่หนึ่งตารางเมตรในหนึ่งชั่วโมง โดยที่ระบบยังคงมีความคงทนสูงและไม่เสื่อมสภาพแม้จะใช้งานต่อเนื่องนานหลายวัน
สู่การแก้ปัญหาการขาดแคลนน้ำ
ความสำเร็จของเทคโนโลยีนี้อาจส่งผลกระทบในมิติของพลังงานทั้งในระดับอุตสาหกรรมและระดับชุมชน โดยนวัตกรรมนี้จะเข้ามาช่วยลดต้นทุนการผลิตไฮโดรเจน เพื่อนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงในยานพาหนะแห่งอนาคต การผลิตปุ๋ยในภาคการเกษตร และการเก็บสำรองพลังงานไฟฟ้า นอกจากนี้ชุมชนชายฝั่งหรือพื้นที่ห่างไกลที่ขาดแคลนน้ำสะอาดก็จะมีอุปกรณ์ที่เข้ามาช่วยผลิตน้ำดื่มบริสุทธิ์จากน้ำทะเลโดยอาศัยเพียงแสงแดดตามธรรมชาติ โดยไม่ต้องพึ่งพาระบบกรองน้ำขนาดใหญ่ที่กินไฟสูง
การเปลี่ยนน้ำทะเลให้กลายเป็นทั้งพลังงานและน้ำดื่มถือเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญในการรับมือกับวิกฤตการณ์เปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ นวัตกรรมตัวเร่งปฏิกิริยาต้นทุนต่ำนี้ไม่เพียงแต่ช่วยปลดล็อกข้อจำกัดด้านต้นทุนในการผลิตไฮโดรเจนท่านั้น แต่ยังมอบแนวทางการแก้ปัญหาน้ำดื่มขาดแคลนได้อย่างยั่งยืน การต่อยอดเทคโนโลยีนี้ไปสู่ระดับอุตสาหกรรมจะช่วยเร่งให้โลกเข้าสู่สังคมคาร์บอนต่ำได้อย่างรวดเร็วและเป็นรูปธรรมยิ่งขึ้น
เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร
ที่มาข้อมูล: iitg, wionews, ddnews
ที่มาภาพ: iitg
อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
