Green hydrogen: Artificial leaf becomes better under pressure
ในยุคที่การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศกลายเป็นเรื่องเร่งด่วน การแสวงหาแหล่งพลังงานสะอาดและยั่งยืนจึงกลายเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง หนึ่งในความหวังที่นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกกำลังให้ความสนใจ คือ “ไฮโดรเจนสีเขียว” (Green hydrogen) ซึ่งเป็นพลังงานสะอาดที่สามารถผลิตได้จากน้ำ โดยใช้พลังงานหมุนเวียน และที่น่าสนใจคือ เทคโนโลยี “ใบไม้เทียม” (Artificial leaf) กำลังเป็นกุญแจสำคัญที่อาจไขความลับสู่การผลิตไฮโดรเจนสีเขียวอย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น
ใบไม้เทียม: เลียนแบบธรรมชาติ สร้างสรรค์พลังงาน
ใบไม้เทียม คือ อุปกรณ์ที่ถูกออกแบบมาเพื่อเลียนแบบกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช โดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในการแยกน้ำ (H₂O) ออกเป็นไฮโดรเจน (H₂) และออกซิเจน (O₂) ซึ่งไฮโดรเจนที่ได้นี้เองที่เป็นเชื้อเพลิงสะอาด ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์
งานวิจัยล่าสุดจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดพบว่า การเพิ่มแรงดันให้กับใบไม้เทียมขณะทำงาน สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไฮโดรเจนได้อย่างมีนัยสำคัญ ทีมนักวิจัยได้ออกแบบอุปกรณ์ที่มีลักษณะคล้ายกับ “เซลล์เชื้อเพลิงแบบย้อนกลับ” (Reverse fuel cell) โดยมีการใช้แผ่นเยื่อบางๆ คั่นกลางระหว่างขั้วไฟฟ้าสองขั้ว เมื่อน้ำถูกป้อนเข้าสู่ระบบและได้รับพลังงานแสงอาทิตย์ โมเลกุลของน้ำจะแตกตัวออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน โดยไฮโดรเจนจะถูกดึงไปยังขั้วไฟฟ้าอีกด้านหนึ่งผ่านแผ่นเยื่อ และสิ่งที่น่าสนใจคือ เมื่อทีมวิจัยเพิ่มแรงดันให้กับระบบ ปรากฏว่าประสิทธิภาพในการแยกน้ำและผลิตไฮโดรเจนเพิ่มขึ้นอย่างมาก
แรงดัน: กุญแจสำคัญสู่ประสิทธิภาพ
การเพิ่มแรงดันให้กับใบไม้เทียม ส่งผลดีต่อกระบวนการผลิตไฮโดรเจนในหลายด้าน ดังนี้
- ลดการรวมตัวกลับของไฮโดรเจนและออกซิเจน: ภายใต้สภาวะปกติ ไฮโดรเจนและออกซิเจนที่แยกตัวออกมา มักจะรวมตัวกันกลับเป็นน้ำได้ง่าย แต่การเพิ่มแรงดันจะช่วยป้องกันไม่ให้โมเลกุลทั้งสองกลับมารวมตัวกันอีก
- เพิ่มอัตราการแพร่ของไฮโดรเจน: แรงดันที่เพิ่มขึ้น ช่วยให้ไฮโดรเจนที่ถูกผลิตขึ้น เคลื่อนที่ผ่านแผ่นเยื่อได้เร็วขึ้น ส่งผลให้อัตราการผลิตไฮโดรเจนโดยรวมเพิ่มสูงขึ้น
- ลดต้นทุนในการรวบรวมและจัดเก็บ: ไฮโดรเจนที่ถูกผลิตขึ้นภายใต้แรงดัน สามารถรวบรวมและจัดเก็บได้ง่ายกว่า และยังช่วยลดต้นทุนในการบีบอัดไฮโดรเจนก่อนนำไปใช้งาน
อนาคตของใบไม้เทียมและไฮโดรเจนสีเขียว
แม้ว่าเทคโนโลยีใบไม้เทียมจะยังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา แต่ผลการวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพอันมหาศาลในการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวอย่างยั่งยืน ในอนาคต เราอาจเห็นการนำใบไม้เทียมไปใช้งานอย่างแพร่หลาย เช่น
- สถานีผลิตไฮโดรเจนแบบกระจายศูนย์: ใบไม้เทียมสามารถติดตั้งได้ทุกที่ที่มีแสงแดด ช่วยลดการพึ่งพาสถานีผลิตไฮโดรเจนขนาดใหญ่
- แหล่งพลังงานสำหรับบ้านเรือน: บ้านเรือนในอนาคต อาจมีใบไม้เทียมติดตั้งบนหลังคา เพื่อผลิตไฮโดรเจนสำหรับใช้ในครัวเรือน
- เชื้อเพลิงสำหรับยานพาหนะ: ไฮโดรเจนสีเขียว เป็นเชื้อเพลิงที่สะอาด ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ เหมาะสำหรับใช้กับรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจน
การพัฒนาเทคโนโลยีใบไม้เทียมและการผลิตไฮโดรเจนสีเขียว เป็นก้าวสำคัญของมวลมนุษยชาติในการก้าวสู่ยุคแห่งพลังงานสะอาด และเป็นความหวังในการลดผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ
#พลังงานสะอาด #ไฮโดรเจนสีเขียว
บทความ
