ผลงานวิจัยใหม่เปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นไฟฟ้าและเชื้อเพลิงไฮโดรเจน

หากเราต้องการไปให้ถึงเป้าหมายในการรักษาอุณหภูมิเฉลี่ยของโลกให้เพิ่มขึ้นไม่เกิน 1.5 °C ภายในศตวรรษนี้ แค่เพียงลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ออกสู่บรรยากาศยังไม่เพียงพอ เราจำเป็นต้องกำจัดมันออกไปจากชั้นบรรยากาศอีกด้วย แต่จะทำให้สำเร็จด้วยวิธีไหนล่ะ? นี่คือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามค้นคว้ากันอยู่ ผลงานวิจัยล่าสุดน่าสนใจอย่างยิ่งเพราะนักวิจัยได้สร้างอุปกรณ์ที่สามารถนำเอา CO2 มาผลิตไฟฟ้าและเชื้อเพลิงไฮโดรเจนได้ด้วยประสิทธิภาพสูงถึง 50%

เป็นเวลาหลายปีมาแล้วที่นักวิทยาศาสตร์รู้ว่า CO2 ที่ถูกปล่อยออกไปจากการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิลนั้นไม่ได้ไปอยู่ในชั้นบรรยากาศทั้งหมด แต่มหาสมุทรจะทำหน้าที่เสมือนเป็นฟองน้ำดูดซับเอา CO2 เข้าไปในน้ำทะเลมากถึง 40% สิ่งนี้ได้สร้างแรงบันดาลใจให้นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัย Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) ประเทศเกาหลีใต้และมหาวิทยาลัย Georgia Tech ประเทศสหรัฐอเมริกา คิดค้นพัฒนาอุปกรณ์ใหม่เพื่อใช้กำจัด CO2 พร้อมๆกับผลิตไฟฟ้าและเชื้อเพลิงไฮโดรเจน

อุปกรณ์ใหม่นี้เรียกว่า Hybrid Na-CO2 System มีลักษณะคล้ายกับแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ ประกอบด้วยขั้วแอโนดทำจากโลหะโซเดียมแช่อยู่ในอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์ (organic electrolyte) ส่วนขั้วแคโทดบรรจุอยู่ในสารละลายในน้ำ (Aqueous solution)​ ของเหลวทั้งสองชนิดถูกแยกออกจากกันด้วยแผ่น NASICON (sodium Super Ionic Conductor)

เมื่อ CO2 ถูกฉีดพ่นเข้าไปในสารละลายในน้ำ มันจะทำปฏิกิริยากับแคโทดทำให้สารละลายมีความเป็นกรดมากขึ้นซึ่งทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าและไฮโดรเจนพร้อมกับกำจัด CO2 ในการทดสอบทีมวิจัยบอกว่ามันมีประสิทธิภาพในการกำจัด CO2 ได้ถึง 50% และระบบทำงานได้อย่างมั่นคงต่อเนื่องนาน 1,000 ชั่วโมงโดยที่ขั้วไฟฟ้าทั้งสองไม่เกิดความเสียหายใดๆ และไม่มีการปล่อย CO2 ออกมาขณะทำงาน CO2 ที่เหลืออยู่ 50% นั้นจะถูกนำกลับออกมาจากสารละลายในรูปของโซเดียมไบคาร์บอเนตหรือเบกกิ้งโซดา

“เทคโนโลยีการดักจับ, การประยุกต์ใช้งาน และการจัดเก็บคาร์บอนเป็นสิ่งสำคัญในการจัดการกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของโลก” Guntae Kim หัวหน้าทีมวิจัยกล่าว “กุญแจสำคัญในเทคโนโลยีเหล่านั้นคือการเปลี่ยนโมเลกุล CO2 ที่มีความเสถียรทางเคมีให้เป็นวัสดุอื่น อุปกรณ์ใหม่ของเราได้แก้ปัญหานี้ด้วยกลไกการละลายของ CO2”

อุปกรณ์ Hybrid Na-CO2 System นี้แตกต่างอย่างมากกับอุปกรณ์ดักจับคาร์บอนอย่างเดียว แต่ยังพอมองเห็นว่ามันอาจทำงานได้ผลดีพอในระดับใหญ่ที่ทำให้มีผลกระทบเกิดการเปลี่ยนแปลงได้ เครื่องดักจับคาร์บอนโดยตรง Climeworks เป็นหนึ่งในแนวโน้มที่ดีที่สุดในขณะนี้ แต่มันกำจัด CO2 ได้เพียง 150 ตันต่อปีเท่านั้น เมื่อเทียบกับ 40 พันล้านตันที่ปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศเป็นประจำทุกปี จึงให้ความรู้สึกเหมือนวิดน้ำออกจากเรือใหญ่ที่กำลังจมด้วยถ้วยพลาสติกใบเล็ก

แต่ทีมวิจัยบอกว่ายังมีช่องว่างสำหรับการปรับปรุงให้ดีขึ้นในทุกองค์ประกอบของอุปกรณ์ใหม่นี้ สิ่งที่โดดเด่นที่สุดของอุปกรณ์นี้คือการที่มันสามารถเปลี่ยนมลพิษเป็นพลังงาน มันสามารถผลิตได้ทั้งไฟฟ้าและไฮโดรเจนซึ่งเป็นเชื้อเพลิงสะอาดของรถยนต์ในเวลาเดียวกัน และผลงานวิจัยชิ้นนี้จะนำไปสู่การวิจัยสืบเนื่องเพิ่มขึ้นอีกมากอันจะทำให้ประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าและไฮโดรเจนสูงขึ้น

 

ข้อมูลและภาพจาก phys.org, newatlas