สิ่งประดิษฐ์ใหม่จากสวิตเซอร์แลนด์ ต้นไม้เทียม หน้าตาเหมือนจานดาวเทียม แปลงแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฮโดรเจน ออกซิเจน และความร้อนนำกลับมาใช้ใหม่เป็นพลังงานไฟฟ้าได้
ต้นไม้อะไรหน้าตาเหมือนจานดาวเทียม? ใช่ อ่านไม่ผิด จานดาวเทียมนี้มีคุณสมบัติเหมือนต้นไม้จริง ๆ แม้รูปร่างหน้าตาจะเหมือนจานดาวเทียมก็ตาม นี่คือจานพาราโบลา เป็นผลงานของนักวิจัยด้านวิศวกรรมพลังงานทดแทนจากวิทยาเขต EPFL (École Polytechnique fédérale de Lausanne) ในประเทศสวิตเซอร์แลนด์
ทีมวิจัยได้ช่วยกันสร้าง “ต้นไม้เทียม” หรือ “จานพาราโบลา” ขึ้น ใช้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์มาก่อให้เกิดเป็นพลังงานหมุนเวียนใหม่ โดยใน 1 ชั่วโมง แสงอาทิตย์จะเดินทางมายังโลกซึ่งมันสามารถกลายร่างเป็นพลังงานไฟฟ้าให้กับมนุษย์กักเก็บไว้ใช้ได้ตลอดเกือบทั้งปี
การทดลองนี้ได้ต่อยอดมาจากเครื่องจำลองพลังงานแสงอาทิตย์แบบฟลักซ์สูงของ LRESE ซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Nature Energy ในปี 2019 โดยจานพาราโบลานี้จะสามารถผลิตไฮโดรเจนจากน้ำโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์เข้าช่วย ที่เราเรียกว่า การสังเคราะห์ด้วยแสงเทียม หลังดวงอาทิตย์ให้รังสีเข้มข้นถึง 1,000 เท่า
แต่ระบบ LRESE เจ๋งกว่านั้น คือสามารถผลิตความร้อนและออกซิเจนออกมาได้ด้วย โดยหลังจากที่จานพาราโบลาได้รวมแสงจากดวงอาทิตย์แล้ว น้ำจะถูกสูบเข้าไปในจุดโฟกัส ซึ่งเป็นที่ตั้งเครื่องปฏิกรณ์โฟโตอิเล็กโทรเคมี หลังจากนั้นก็แยกโมเลกุลของน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน ซึ่งในกระบวนการนี้มีความร้อนถูกสร้างขึ้นด้วย แต่แทนที่จะปล่อยออกไปเลย เราจึงเปลี่ยนเป็นการส่งความร้อนกลับไปทำงานเป็นพลังงานความร้อนให้กับเครื่องอีกทีหนึ่ง
ออกซิเจนในที่นี้ถูกมองว่าเป็นของเสีย แต่ในกรณีนี้มันเป็นประโยชน์สำหรับทางการแพทย์ได้ และสำหรับการผลิตไฟฟ้า แน่นอนว่า เราสามารถผลิตไฟฟ้าได้จากพลังงานแสงอาทิตย์ แต่สิ่งที่เราอยากพัฒนาคือ เราจะสามารถกักเก็บพลังงานไว้ในไหนดีเมื่อดวงอาทิตย์ไม่ส่องแสง
เรารู้ว่า เราสามารถกักเก็บไฟฟ้าไว้ในแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ได้ แต่มันยังคงเป็นเทคโนโลยีที่กินพื้นที่ ใช้ส่วนประกอบหายากในการผลิตและมีราคาแพง ดังนั้น แบตเตอรี่อาจไม่ใช่วิธีเดียวในการเก็บพลังงาน
สิ่งนี้นำไปสู่การค้นพบว่า ไฮโดรเจนก็สามารถกักเก็บพลังงานได้ แถมมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนด้วย ซึ่งหมายความว่า รถยนต์ที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนจะมีน้ำหนักน้อยกว่ารถที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียม และไฮโดรเจนเป็นพลังงานสะอาด หมายความว่า จะไม่มีการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาเมื่อใช้มันเป็นเชื้อเพลิง และให้ความหนาแน่นของพลังงานมากกว่าน้ำมันเบนซินถึง 3 เท่า แต่มันจะทำอย่างนี้ก็ต่อเมื่อจานพาราโบลาสามารถรับรังสีดวงอาทิตย์ได้คร่าว ๆ 900-1,000 เท่าตามที่กล่าวไปข้างต้น
ผลลัพธ์ที่ได้จากการทดลองนี้คือ มันสามารถผลิตไฮโดรเจนได้ประมาณ 93 กิโลกรัมต่อปีในสวิตเซอร์แลนด์ และสร้างความร้อนได้ 18,330 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี สิ่งนี้สามารถส่งพลังงานความร้อนได้ครึ่งหนึ่งของครัวเรือนขนาด 4 คนในสวิตเซอร์แลนด์ ซึ่งหมายความว่า แต่ละบ้านสามารถผลิตไฟฟ้าจากจานพาราโบลาเหล่านี้ได้ รวมไปถึงใช้ความร้อนที่ได้รับทำให้น้ำอุ่นขึ้นได้ด้วย โดยในท้ายที่สุดเราสามารถทำให้น้ำในบ้านของเราอุ่นขึ้นได้โดยไม่ต้องพึ่งไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานอื่น ๆ เลยแถมยังเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมด้วย
แหล่งข้อมูล