นักวิทย์ฯ เกาหลีใต้สร้าง ‘แบตเตอรี่ก๊าซ’ ดักจับมลพิษจากในอากาศ เปลี่ยนเป็นไฟฟ้าได้โดยตรงในเครื่องเดียว

ท่ามกลางความพยายามระดับโลกในการรับมือกับปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ เทคโนโลยีดักจับคาร์บอน (Carbon Capture) ที่ดูดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากชั้นบรรยากาศแล้วเก็บกักไว้ กลายเป็นแนวทางที่หลายฝ่ายจับตา แต่อุปสรรคสำคัญของระบบเหล่านี้คือการใช้พลังงานจำนวนมากในการเก็บและแปรรูปก๊าซ ทำให้เกิดคำถามว่าจะมีวิธีที่ยั่งยืนกว่านี้ได้หรือไม่

ล่าสุดทีมนักวิจัยจากกรุงโซล ประเทศเกาหลีใต้ เปิดตัวอุปกรณ์ต้นแบบชื่อ Gas Capture and Electricity Generator ที่พลิกโจทย์นี้ด้วยการใช้พลังงานที่เกิดขึ้นระหว่างการดูดซับก๊าซ (Gas Adsorption) มาเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าโดยตรง ไม่ใช่แค่ดักเก็บก๊าซเรือนกระจก แต่แปรรูปให้กลายเป็นพลังงานใช้งานได้ งานวิจัยนี้เพิ่งตีพิมพ์ในวารสาร Energy & Environmental Science

โครงสร้างอุปกรณ์ กระดาษหม่อนเคลือบคาร์บอนบวกไฮโดรเจล

ตัวอุปกรณ์ต้นแบบประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าแบบคาร์บอน (Carbon-Based Electrodes) ที่ทำจากกระดาษหม่อนเคลือบคาร์บอนแบล็ก (Carbon Black-Coated Mulberry Paper) จับคู่กับวัสดุไฮโดรเจล (Hydrogel) ชนิดโพลีอะคริลาไมด์ (Polyacrylamide) ด้วยกระบวนการ Dip-Coating โครงสร้างแบบนี้ช่วยให้สามารถเลือกดูดซับก๊าซได้อย่างจำเพาะและสร้างแรงดันไฟฟ้าไปพร้อมกัน

เมื่อก๊าซเรือนกระจกอย่างไนโตรเจนออกไซด์ (Nitrogen Oxides) หรือคาร์บอนไดออกไซด์ถูกดูดซับเข้าสู่อุปกรณ์ จะเกิดการเคลื่อนที่และกระจายตัวใหม่ของอนุภาคที่มีประจุภายใน ทำให้สามารถผลิตไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current) ได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องพึ่งแหล่งพลังงานภายนอกใด ๆ ทีมวิจัยระบุว่าอุปกรณ์นี้ใช้มลพิษในอากาศเป็น "เชื้อเพลิง" สำหรับการผลิตไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าขณะที่จ่ายพลังงาน มันก็กำลังฟอกอากาศไปในตัว

กำลังไฟที่ผลิตได้ เล็กแต่ขยายได้ถึงระดับขับเคลื่อนอุปกรณ์จริง

จากการทดสอบ เมื่อปล่อยก๊าซไนตรัสออกไซด์ (Nitrous Oxide) ที่ความเข้มข้น 50 ส่วนในล้านส่วน (ppm) เข้าสู่ระบบ อุปกรณ์สามารถผลิตไฟฟ้าได้ 0.8 โวลต์และกระแส 55 ไมโครแอมแปร์ แม้ตัวเลขนี้จะดูน้อย แต่หากนำหลายหน่วยมาต่อแบบอนุกรมและขนาน (Series and Parallel Integration) จะสามารถขยายขึ้นเป็น 3.8 โวลต์และ 140 ไมโครแอมแปร์ ซึ่งเพียงพอจะขับเคลื่อนอุปกรณ์สวมใส่ (Wearables) บางประเภทและเครื่องตรวจวัดสภาพแวดล้อม (Environmental Monitors) ได้

งานวิจัยระบุว่าการรวมการดักจับก๊าซและการผลิตไฟฟ้าไว้บนแพลตฟอร์มที่จ่ายพลังงานให้ตัวเองได้ (Self-Powered Platform) นี้ ถือเป็นเส้นทางที่ขยายขนาดได้และใช้พลังงานต่ำสำหรับจัดการก๊าซเรือนกระจกหลายชนิดพร้อมกัน

การใช้งานในอนาคต เซนเซอร์ IoT และโรงงานปล่อยก๊าซสูง

ทีมวิจัยคาดหวังว่าเทคโนโลยีนี้จะถูกพัฒนาต่อยอดไปใช้ในเซนเซอร์สิ่งแวดล้อมอัจฉริยะ อุปกรณ์ที่เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตแบบไม่ต้องใช้แบตเตอรี่ (Battery-Free IoT Devices) รวมถึงในโรงงานอุตสาหกรรมที่ปล่อยก๊าซจำนวนมาก ซึ่งในกรณีหลังนี้ อุปกรณ์จะสามารถเก็บเกี่ยวพลังงานและลดคาร์บอนได้พร้อมกัน และหากสามารถผนวกเข้ากับระบบพลังงานที่มีอยู่ได้ ก็อาจช่วยเร่งให้เป้าหมายความเป็นกลางทางคาร์บอน (Carbon Neutrality) มาถึงเร็วขึ้น

ศาสตราจารย์จีซู จาง (Ji Soo Jang) จากภาควิชานาโนวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยซองกยุนกวัน (Sungkyunkwan University) กล่าวว่า "งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าก๊าซเรือนกระจกไม่ได้เป็นเพียงมลพิษที่ต้องจัดการเท่านั้น แต่สามารถทำหน้าที่เป็นทรัพยากรพลังงานใหม่ได้" และเสริมว่าทีมตั้งเป้าพัฒนาเทคโนโลยีนี้ให้กลายเป็นแพลตฟอร์มด้านสิ่งแวดล้อมที่ทั้งบรรลุความเป็นกลางทางคาร์บอนและผลิตพลังงานได้ในเวลาเดียวกัน

ปัจจุบันอุปกรณ์ยังอยู่ในสถานะต้นแบบสำหรับการวิจัย ยังไม่ได้เข้าสู่การผลิตเชิงพาณิชย์ แต่การที่ผลงานตีพิมพ์ในวารสารวิชาการระดับโลกเป็นสัญญาณว่าหลักการทำงานผ่านการทบทวนแล้ว และเป็นก้าวสำคัญที่อาจเปลี่ยนมุมมองที่เรามีต่อมลพิษในอากาศได้อย่างสิ้นเชิง

ที่มา: The Independent