“Blue Whirls” ไฟหมุนสีน้ำเงินแท้จริงแล้วเกิดจากเปลวไฟสามชนิดมารวมกัน

เป็นเวลานับหมื่นปีมาแล้วที่มนุษย์มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดและคุ้นเคยกับ “ไฟ” เราได้เรียนรู้ถึงอันตรายที่มากมายและประโยชน์ที่หลากหลายของมันเป็นอย่างดี แต่ไฟก็ยังมีเรื่องน่าทึ่งที่เราไม่เคยรู้มาก่อนอย่าง “Blue Whirls” ที่นักวิทยาศาสตร์เพิ่งค้นพบว่าแท้จริงแล้วเกิดจากเปลวไฟสามชนิดมารวมกัน

การเผาไหม้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการผลิตพลังงานและกระบวนการทางอุตสาหกรรมจำนวนมาก แต่ข้อเสียของมันคือการปล่อยเขม่าและมลพิษออกมาซึ่งมีส่วนในการก่อให้เกิดวิกฤตสภาพภูมิอากาศที่โลกกำลังประสบอยู่ การผุดขึ้นของ Blue Whirls หรือไฟหมุนสีน้ำเงินที่ถูกค้นพบโดยบังเอิญเมื่อสี่ปีก่อนได้จุดประกายความคิดที่จะนำจุดเด่นของไฟหมุนสีน้ำเงินมาใช้ประโยชน์ แต่ก่อนอื่นจะต้องเข้าใจโครงสร้างของมันให้ดีเสีียก่อน

blue-whirl-flame-2

“คำถามพื้นฐานสำหรับทฤษฎีการเผาไหม้ที่เกิดในไฟหมุนสีน้ำเงินก็คือคำถามที่ว่าโครงสร้างเปลวไฟของไฟหมุนสีน้ำเงินคืออะไร” ทีมวิจัยกล่าว “ถ้าเราเข้าใจโครงสร้างของมันเราก็สามารถควบคุมให้มันเชื่องได้ สามารถปรับขนาดและสร้างมันขึ้นได้ตามต้องการ”

เสาเพลิงหมุน (Fire Whirls) หรือทอร์นาโดไฟ (Fire Tornado) เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่น่ากลัวที่สุดอย่างหนึ่งส่วนใหญ่เกิดขึ้นเมื่อลมพายุพัดมาเจอกับไฟป่าแล้วเกิดการหมุนวนยกตัวหอบเอาไฟขึ้นไปกลายเป็นเสาเพลิงที่หมุนวนคล้ายกับพายุทอร์นาโดดังรูปด้านล่าง ในการศึกษาเสาเพลิงหมุนเหนือพื้นน้ำที่เกิดจากการเผาน้ำมันที่รั่วไหลลงทะเลครั้งหนึ่งนักวิทยาศาสตร์สังเกตพบไฟหมุนสีน้ำเงินเกิดขึ้นในเสาเพลิงหมุน พวกเขาพบว่าการเผาไหม้ของไฟหมุนสีน้ำเงินนี้เป็นการเผาไหม้ที่สมบูรณ์แบบจนแทบไม่มีการปล่อยเขม่าและมลพิษออกมาเลยซึ่งหากสามารถทำความเข้าใจและควบคุมมันได้ก็อาจนำมาใช้ประโยชน์ได้

blue-whirl-flame-3

จากการศึกษาวิจัยนักวิทยาศาสตร์สามารถทำแผนที่อุณหภูมิของมันและทำให้ไฟหมุนสีน้ำเงินมีความเสถียรได้แต่พวกเขาก็ยังไม่เข้าใจโครงสร้างของมันอยู่ดี พวกเขาเลยสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์สามมิติสร้างไฟหมุนสีน้ำเงินขึ้นจากไฟหมุนสีเหลือง หลังผ่านการปรับค่าเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์หลายครั้งจนในที่สุดพวกเขาก็สามารถสร้างไฟหมุนสีน้ำเงินที่ใกล้เคียงของจริงได้สำเร็จ

ทีมวิจัยพบว่าไฟหมุนสีน้ำเงินที่น่าอัศจรรย์นี้ประกอบด้วยเปลวไฟ 3 ชนิดที่แตกต่างกันซึ่งรวมกันเป็นชนิดที่ 4 ซึ่งก็คือไฟหมุนสีน้ำเงินนั่นเอง เปลวไฟส่วนที่อยู่ใต้วงแหวนสีน้ำเงินเป็นเปลวไฟชนิด Rich Premixed Flame ซึ่งเกิดจากเชื้อเพลิงผสมกับออกซิเจนก่อนการเผาไหม้โดยที่ส่วนผสมมีสัดส่วนของเชื้อเพลิงมากเกินไป ส่วนเปลวไฟที่อยู่ด้านบนของวงแหวนสีน้ำเงินเป็นเปลวไฟชนิด Diffuse Flame ซึ่งเชื้อเพลิงแยกส่วนกับออกซิเจนมาผสมกันตอนเกิดการเผาไหม้ และเปลวไฟอีกส่วนหนึ่งอยู่ที่ด้านนอกของเปลวไฟ Diffuse Flame เป็นเปลวไฟชนิด Lean Premixed Flame ซึ่งเชื้อเพลิงผสมกับออกซิเจนก่อนการเผาไหม้แต่มีสัดส่วนของออกซิเจนมากเกินไป

blue-whirl-flame-4

เปลวไฟชนิดที่ 4 คือเปลววงแหวนสีน้ำเงินซึ่งเป็นบริเวณที่เปลวไฟทั้งสามชนิดแรกมารวมกันกลายเป็นเปลวไฟที่เชื้อเพลิงกับออกซิเจนผสมกันในสัดส่วนที่พอดีซึ่งทำให้เกิดการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ที่เรียกว่า Stoichiometric Premixed Flame ดูลักษณะของเปลวไฟทั้ง 4 ชนิดได้จากรูปข้างล่าง

การค้นพบความจริงเกี่ยวกับโครงสร้างเปลวไฟของไฟหมุนสีน้ำเงินนี้คงไม่สามารถเปลี่ยนให้ไฟหมุนสีน้ำเงินกลายเป็นไฟที่มีประโยชน์ในชั่วข้ามคืน แต่มันเป็นการสร้างรากฐานปูทางไปสู่จุดนั้นได้ซึ่งจะเป็นเรื่องสำคัญมากทีเดียว การเผาเชื้อเพลิงฟอสซิลก่อให้เกิดมลพิษจำนวนมากซึ่งหลายประเทศกำลังพยายามเปลี่ยนจากการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลไปใช้พลังงานที่สะอาดกว่า หากเราสามารถควบคุมไฟหมุนสีน้ำเงินและนำมาใช้กับพลังงานจากการเผาไหม้ได้ก็จะทำให้ทุกอย่างง่ายขึ้น แต่แน่นอนว่ายังปัญหาอีกมายมายที่ต้องขบคิดแก้ไขและงานวิจัยนี้ยังเป็นเพียงแค่ก้าวแรกเท่านั้น

 

ข้อมูลและภาพจาก sciencealert, sciencemag.org



Leave a Reply

Your email address will not be published.