ความหวังใหม่ ! เปลี่ยน CO2 ในอากาศเป็นสารสารพัดประโยชน์ด้วยแบตเตอรี่ใช้แล้ว
12 มีนาคม 2567 ( 11:32 )
56
แน่นอนว่าปัจจุบันปัญหาภาวะโลกร้อนจากก๊าซเรือนกระจกอย่างคาร์บอนไดออกไซด์ยังคงเป็นปัญหาที่แก้ไม่ตก แต่นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหัวจง (Huazhong University of Science and Technology: HUST) เมืองอู่ฮั่น ประเทศจีน ประสบความสำเร็จในการนำเสนอทางเลือกใหม่ที่จะเปลี่ยนก๊าซตัวปัญหาดังกล่าวในบรรยากาศให้กลายเป็นสารเคมีสารพัดประโยชน์ที่มีประสิทธิภาพถึง 93% ทั้งยังใช้งานได้ยาวนานกว่าเทคโนโลยีก่อนหน้า โดยทีมงานกล่าวว่านี่ถือเป็นก้าวที่สำคัญอย่างมากในการแก้ปัญหาความท้าทายทางสภาพแวดล้อมของโลก
ในขณะที่ผู้คนบนโลกพยายามกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศ ก็ได้มีการทดสอบวิธีการที่จะเปลี่ยนก๊าซเรือนกระจกดังกล่าวให้เป็นสสารที่มีประโยชน์อย่างอื่น ๆ เช่น เมทานอล (methanol) เอทานอล (ethanol) หรืออัลเคน (alkanes) สารประกอบคาร์บอนที่เป็นส่วนผสมหลักในการผลิตเชื้อเพลิง อย่างไรก็ตาม แนวทางก่อนหน้านี้ยังคงมีข้อจำกัดในเรื่องของประสิทธิภาพ เนื่องจากกระบวนการมักสามารถทํางานต่อเนื่องได้เพียงหลักร้อยชั่วโมงเท่านั้น ทําให้ไม่เหมาะสําหรับการดําเนินงานขนาดใหญ่
ข้อจำกัดเรื่องระยะเวลาการทำงานข้างต้นเกิดจากวิธีการในการแปรสภาพก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งต้องใช้วิธีการทางเคมีไฟฟ้า หรือการใช้ประจุไฟฟ้าเพื่อเปลี่ยนคุณสมบัติของสารเคมีของสสาร เช่น มันสามารถทําลายพันธะเคมีระหว่างโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์และเพิ่มธาตุอื่น ๆ อาทิ ไฮโดรเจนเพื่อผลิตสารประกอบไฮโดรคาร์บอน เช่น เอทานอลหรือกรดฟอร์มิก โดยกระบวนการนี้จะใช้สิ่งที่เรียกว่า “อิเล็กโทรไลต์” (electrolyte) สารที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนอิสระเมื่อละลายน้ำจึงสามารถนำไฟฟ้าได้ มีทั้งที่อยู่ในรูปของกรด เบส หรือเกลือ ซึ่งตามปกติมักจะใช้แบบที่มีค่าเป็นด่าง อย่างไรก็ดี กระบวนการนี้ผลิตสสารที่ไม่ต้องประสงค์ขึ้นมาเช่นกัน เช่น คาร์บอเนต (carbonate) หรือเกลือจากกรดคาร์บอน ที่เข้าไปเป็นตะกอนที่เครื่องมือในการแปรสภาพคาร์บอนไดออกไซด์ ทําให้ประสิทธิภาพลดลงและจํากัดอายุการใช้งานของอุปกรณ์เหลือเพึยงไม่กี่ร้อยชั่วโมง
นักวิจัยที่ HUST ร่วมกับคณะจากมหาวิทยาลัยโอ๊กแลนด์ ประเทศนิวซีแลนด์ ได้ใช้เวลา 5 ปีที่ผ่านมาเพื่อหาทางออกให้กับปัญหานี้ โดยพวกเขาค้นพบอิเล็กโทรไลต์ที่เหมาะสมและสามารถใช้งานในการแปรสภาพคาร์บอนไดออกไซด์ได้นานอย่างน้อย 5,000 ชั่วโมง มากกว่าวิธีการใด ๆ ที่รู้จักจนถึงตอนนี้ ประสิทธิภาพของระบบอยู่ที่ 93% นี่จึงถือว่าเป็นก้าวสําคัญในการแก้ปัญหาความท้าทายทางสภาพแวดล้อมของโลก
จุดที่น่าสนใจคือ อิเล็กโทรไลต์ดังกล่าวมาจากแบตเตอรี่กรดตะกั่ว (lead acid battery) ที่ผ่านการใช้งานแล้วและกําลังรอที่จะถูกกําจัดอย่างปลอดภัย แบตเตอรี่ดังกล่าวถูกใช้อย่างกว้างขวางในภาคยานยนต์ พลังงาน และการทหาร อย่างไรก็ตาม กลับประสบปัญหาในการจัดการกับขยะประเภทนี้
ในการสร้างอิเล็กโทรไลต์จากแบตเตอรี่กรดตะกั่วที่ใช้แล้ว ต้องนำแบตเตอรี่นี้ไปเผาก่อนจึงจะสามารถสกัดไอออนของตะกั่วได้ แม้ว่าตะกั่วจะเป็นโลหะหนักที่เป็นพิษ แต่กลับมีประสิทธิภาพมากในการแปรสภาพก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ แม้ว่าในช่วงดังกล่าวทีมงานจะพบปัญหาต่าง ๆ อาทิ ความไม่เสถียรระหว่างกระบวนการเคมีทางไฟฟ้าของแบตเตอรี่ แต่ท้ายที่สุดก็สามารถแก้ปัญหาและพัฒนาระบบที่ช่วยให้ใช้งานแบตเตอรี่กรดตะกั่วใช้แล้วอย่างมีประสิทธิผลมากขึ้น
ในการสาธิต ทีมวิจัยได้ผลิตกรดฟอร์มิกจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งกรดฟอร์มิกคือสารเคมีที่ใช้อย่างแพร่หลายในภาคเกษตรกรรม และยังสามารถใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงได้ในอนาคต ขณะที่ทีมงานมั่นใจว่าจะสามารถผลิตสารเคมีที่มีประโยชน์อื่น ๆ ได้อีก เช่น เอทิลีน สารเคมีที่ขึ่นชื่อว่าสําคัญที่สุดของโลก เนื่องจากมีการใช้งานในอุตสาหกรรมสิ่งทอ รถยนต์ และการพิมพ์ ซึ่งหากเป็นเช่นนั้นจริง คงจะเป็นเรื่องดีต่อการแก้ไขปัญหาโลกร้อน สภาพแวดล้อมของโลกและมนุษยชาติไม่น้อย
ที่มาข้อมูล interestingengineering
ที่มาของรูปภาพ Ralph จาก Pixabay