นักวิจัย สกว. ใช้นาโนเทคโนโลยีในการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับกระบวนการผลิตไฮโดรเจน เป็นเชื้อเพลิงทางเลือกใหม่ที่มีคุณสมบัติเหมือนน้ำมัน ลดปัญหาการนำเข้า เป็นพลังงานทดแทน ทางเลือกการใช้พลังงานที่ถูกกล่าวถึงในทั่วทุกมุมโลก
|
นักวิจัย สกว. ใช้นาโนเทคโนโลยีในการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับกระบวนการผลิตไฮโดรเจน ด้วยการลดขนาดตัวเร่งปฏิกิริยาให้อยู่ในระดับนาโน หวังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของตัวเร่งฯ ลดการใช้พลังงานภายในระบบ และแก้ไขปัญหาตัวเร่งปฏิกิริยาเสื่อมสภาพเร็ว พร้อมออกแบบระบบผลิตไฮโดรเจนที่เหมาะกับสารตั้งต้นชนิดต่าง ๆ เช่น ก๊าซธรรมชาติ ก๊าซหุงต้ม ชีวมวล เอทานอล เมทานอล และขยายระบบผลิตให้เพียงพอสำหรับการผลิตไฟฟ้าในโรงงานอุตสาหกรรม โรงพยาบาล และอาคารพาณิชย์ หวังต่อยอดโครงการเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกใหม่ที่มีคุณสมบัติเหมือนน้ำมัน ลดปัญหาการนำเข้า พลังงานทดแทน (Renewable Energy) เป็นทางเลือกการใช้พลังงานที่ถูกกล่าวถึงในทั่วทุกมุมโลก เพื่อช่วยแก้ปัญหาน้ำมันแพง และรองรับสถานการณ์น้ำมันหมดโลกที่จะมาถึงในอนาคต |
| . |
|
เทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิง หรือ Fuel cell เป็นอีกหนึ่งทางเลือกที่นักวิทยาศาสตร์กำลังเดินหน้าทำการศึกษา เพื่อพัฒนาให้สามารถใช้ทดแทนน้ำมันได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด ซึ่งปัจจุบันมีการพัฒนาให้เซลล์เชื้อเพลิงสามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานได้หลายรูปแบบ เช่น การขับเคลื่อนรถยนต์ การใช้เป็นแบตเตอรี่คอมพิวเตอร์โน๊ตบุ๊ค รวมไปถึงการผลิตกระแสไฟฟ้าสำหรับใช้ในอาคารบ้านเรือน อาคารพาณิชย์ โรงงานอุตสาหกรรม และโรงพยาบาล การให้พลังงานของเซลล์เชื้อเพลิงจะต้องใช้ก๊าซไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานตั้งต้น |
| . |
|
โดยการได้มาซึ่งเชื้อเพลิงไฮโดรเจนนั้น จะต้องอาศัยการแยกโมเลกุลไฮโดรเจนออกจากสารตั้งต้นจำพวกสารไฮโดรคาร์บอน ผ่านกระบวนการทางเคมีที่เรียกว่า กระบวนการรีฟอร์มมิ่ง ซึ่ง พลังงานความร้อน และตัวเร่งปฏิกิริยา มีส่วนสำคัญมากในการแยกไฮโดรเจน แต่ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันยังมีปัญหาอยู่มาก ทั้งเรื่องของการเสื่อมสภาพเร็วกว่าปรกติ ทำให้สิ้นเปลืองต้นทุนค่าตัวเร่งปฏิกิริยา และมีประสิทธิภาพการทำงานต่ำ ด้วยเหตุนี้ ผศ.ดร.นวดล เหล่าศิริพจน์ จากบัณฑิตวิทยาลัยร่วมด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม (JGSEE) คณะพลังงานและวัสดุ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี จึงได้ทำการวิจัย การออกแบบระบบผลิตไฮโดรเจน ซึ่งใช้วัตถุดิบที่สามารถหาได้ในประเทศไทยเป็นสารตั้งต้นได้อย่างมีประสิทธิ เพื่อใช้ประโยชน์ในเซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์แข็งโดยได้รับการสนับสนุนจากสำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย (สกว.) ซึ่งในขั้นแรกของงานวิจัยได้เน้นไปที่การสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่ เพื่อแก้ปัญหาการเสื่อมสภาพเร็ว และเพิ่มประสิทธิภาพให้สามารถผลิตไฮโดรเจนได้ดีขึ้น |
| . |
|
กระบวนการรีฟอร์มมิ่ง ที่ใช้ผลิตไฮโดรเจนออกจากสารไฮโดรคาร์บอนนั้น หากไม่มีการใส่ตัวเร่งปฏิกิริยาเข้าไปในระบบจะต้องมีการให้พลังงานความร้อนแก่ระบบจำนวนมาก และใช้ค่าใช้จ่ายสูง ตัวอย่างเช่น กระบวนการแยกไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติ ต้องใช้อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 องศาเซลเซียส จึงจะสามารถแยกไฮโดรเจนออกมาได้ แต่หากใส่ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นองค์ประกอบของโลหะหนักหลายชนิดเข้าไป จะช่วยลดอุณหภูมิภายในระบบลงเหลือเพียง 500-800 องศาเซลเซียส ตัวเร่งปฏิกิริยาจึงมีบทบาทสำคัญมากในกระบวนการ ทีมงานวิจัยจึงพยายามสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงออกมา นั้นคือ ตัวเร่งปฏิกิริยาจำพวกซีเรียมออกไซด์ (ซีเรีย) ซึ่งการศึกษาตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดดังกล่าวในปัจจุบันมุ่งประเด็นไปที่ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีขนาดอยู่ในระดับไมครอน (10-6 เมตร) เท่านั้น ทีมวิจัยจึงได้ทดลองนำเทคโนโลยีนาโนเข้ามาใช้ เพื่อช่วยลดขนาดของสารประกอบซีเรียให้เล็กลงอยู่ในระดับนาโน (10-9 เมตร) ซึ่งขนาดที่เล็กลงจะช่วยเพิ่มพื้นที่สัมผัสระหว่างสารตั้งต้นกับตัวเร่งปฏิกิริยาและทำให้มีการทำงานที่ดีขึ้น โดยเมื่อนำไปทดสอบในกระบวนการผลิตไฮโดรเจนจากสารไฮโดรคาร์บอนชนิดต่าง ๆ พบว่ามีศักยภาพในการผลิตสูงมากเมื่อเปรียบเทียบกับคัวเร่งปฏิกิริยาทั่วไปที่ใช้ในปัจจุบัน |
| . |
|
ผศ.ดร.นวดล กล่าวต่อว่า ไม่เพียงตัวเร่งปฏิกิริยาเท่านั้นที่มีความสำคัญกับกระบวนการ สภาวะการทำงานของระบบ เช่น ความดัน และอุณหภูมิ รวมถึงรูปแบบของระบบที่ใช้ก็มีความสำคัญเช่นกัน ซึ่งในการใช้สารตั้งต้นที่ต่างชนิดกัน จะต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา สภาวะการทำงานของระบบ และรูปแบบของระบบที่ต่างกัน จึงนำไปสู่งานวิจัยขั้นต่อมา คือ การออกแบบระบบการผลิตไฮโดรเจนที่เหมาะสมกับสารตั้งต้นชนิดต่าง ๆ ซึ่งทีมวิจัยได้ทำการออกแบบและสร้างระบบผลิตไฮโดรเจนขนาดเล็กสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าจากเซลล์เชื้อเพลิงขนาด 1 กิโลวัตต์จากวัตถุดิบชนิดต่างๆ (ก๊าซธรรมชาติ ก๊าซมีเทน ก๊าซหุงต้ม เอทานอล เมทานอล และก๊าซชีวภาพ) ได้สำเร็จแล้ว และกำลังดำเนินการขยายระบบผลิตให้มีขนาดใหญ่ขึ้น เพื่อรองรับเซลล์เชื้อเพลิงขนาดใหญ่ที่มีกำลังการผลิตกระแสไฟฟ้า 250 กิโลวัตต์ |
| . |
|
คาดว่าหากการวิจัยสำเร็จจะสามารถผลักดันให้เกิดการนำไปใช้ในภาคธุรกิจ โดยเริ่มจากธุรกิจที่มีความจำเป็นต้องใช้กระแสไฟฟ้าที่มีความเสถียร ไม่เกิดปัญหาไฟตก ไฟกระตุก เช่น โรงงานอุตสาหกรรม และโรงพยาบาล เนื่องจากเซลล์เชื้อเพลิงจะสามารถติดตั้งภายในอาคาร และผลิตกระแสไฟฟ้าสำหรับใช้ในอาคารได้เลย โดยไม่ต้องผ่านสายส่งไฟฟ้าที่มาจากโรงงานผลิตไฟฟ้า จากความสำเร็จในการวิจัยครั้งนี้ ทีมวิจัยยังมีแนวคิดในการเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกใหม่ ที่มีคุณสมบัติเหมือนกับน้ำมันเบนซิน และดีเซล เพื่อให้ผู้ใช้รถสามารถเปลี่ยนมาใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนแทนที่การใช้น้ำมันได้โดยไม่ต้องทำการดัดแปลงเครื่องยนต์ และหากงานวิจัยชิ้นนี้ประสบผลสำเร็จ จะช่วยให้ผู้ใช้รถมีทางเลือกในการใช้เชื้อเพลิงเพิ่มขึ้น และช่วยลดการนำเข้าน้ำมัน และลดการสูญเสียเงินตราออกนอกประเทศได้ในที่สุด |
Thailandindustrycom_official
