นักวิทย์ไทยจากเคมบริดจ์ ร่วมวิจัยอุปกรณ์เปลี่ยนน้ำสกปรกเป็นน้ำสะอาดและเชื้อเพลิงไฮโดรเจน

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ได้คิดค้นอุปกรณ์ลอยน้ำที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งสามารถแปลงน้ำสกปรกหรือน้ำทะเลให้เป็นเชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่สะอาด หรือเปลี่ยนเป็นน้ำสะอาดได้ อุปกรณ์นี้ทีมวิจัยได้แรงบันดาลใจมาจากการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช อุปกรณ์นี้สามารถใช้งานได้กับแหล่งน้ำแบบเปิดและไม่จำเป็นต้องใช้ไฟฟ้า และสามารถใช้ได้กับแหล่งน้ำที่มีความหลากหลาย

ที่มารูปภาพ Chanon Pornrungroj/Ariffin Mohamad Annuar

ดร. ชานนท์ พรรุ่งโรจน์ จากภาควิชาเคมีของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ นักวิทยาศาสตร์คนไทย ซึ่งเป็นหนึ่งในทีมวิจัยนี้ กล่าวว่า เป็นเรื่องยากที่จะรวมการผลิตเชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์และการทำน้ำให้บริสุทธิ์ไว้ในอุปกรณ์เครื่องเดียวกัน เพราะการแยกโมเลกุลน้ำออกเป็นอะตอมไฮโดรเจนและอะตอมออกซิเจนด้วยการใช้พลังงานแสงอาทิตย์นั้น ต้องเริ่มต้นจากการใช้น้ำสะอาด เพราะหากมีการปนเปื้อนใด ๆ ในน้ำ อาจส่งผลเสียต่อตัวเร่งปฏิกิริยา และทำให้เกิดปฏิกิริยาข้างเคียงทางเคมีที่ไม่พึงประสงค์ได้

แต่ในนวัตกรรมนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาเทคนิคใหม่ที่ต้องวางโฟโตคาตาลิสต์ (Photocatalyst หรือตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง เป็นตัวช่วยให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีโดยการดูดซับแสงอาทิตย์) บนตาข่ายคาร์บอนที่มีโครงสร้างนาโน ซึ่งตาข่ายนี้มีความสามารถในการดูดซับทั้งแสงและความร้อนได้เป็นอย่างดี โดยความร้อนจะทำให้เกิดการสร้างไอน้ำ และไอน้ำก็จะทำให้โฟโตคาตาลิสต์ทำงานเพื่อผลิตไฮโดรเจน

ส่วนตาข่ายคาร์บอนซึ่งมีรูพรุนนี้จะเคลือบตัวต้านทานน้ำไว้ ทำให้โฟโตคาตาลิสต์ลอยตัวอยู่ได้ในขณะที่ไม่สัมผัสกับน้ำสกปรกด้านล่าง เป็นการป้องกันไม่ให้สารปนเปื้อนจากน้ำสกปรกเข้ามาทำให้เกิดปฏิกิริยาข้างเคียงต่าง ๆ

นวัตกรรมนี้ยังทำให้ใช้ประโยชน์จากดวงอาทิตย์ได้มากขึ้นด้วย โมฮัมหมัด อันนูอาร์ นักวิจัยด้านพลังงานแสงอาทิตย์ บอกว่า “กระบวนการผลิตเชื้อเพลิงจากแสงอาทิตย์มักใช้สเปกตรัมพลังงานแสงอาทิตย์เพียงส่วนเล็ก ๆ เท่านั้น มีสเปกตรัมอีกจำนวนมากที่ไม่ได้ใช้” แต่ในงานวิจัยนี้นักวิทยาศาสตร์ได้วางสารเคลือบพิเศษที่ดูดซับรังสียูวีไว้ด้านบนของอุปกรณ์เพื่อผลิตไฮโดรเจนจากการแยกโมเลกุลน้ำด้วยแสง ส่วนสเปกตรัมที่เหลือ (ที่ไม่ถูกสารเคลือบพิเศษดูดซับไว้) จะถูกส่งไปยังด้านล่างของอุปกรณ์เพื่อทำให้น้ำระเหยกลายเป็นไอ ซึ่งไอน้ำนี้ก็จะไปช่วยในการสังเคราะห์ไฮโดรเจน นั่นแปลว่าพวกเขาจะสามารถใช้ประโยชน์จากแสงได้มากขึ้น ซึ่งนี่ถือเป็นการเลียนแบบการทำงานของใบไม้จริง ๆ ได้เหมือนมากขึ้น

ที่มารูปภาพ Nature

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์วันที่ 13 พฤศจิกายน ในวารสารเนเจอร์ วอเตอร์ (Nature Water) ถือเป็นอีกหนึ่งความก้าวหน้าที่น่าสนใจ เพราะมันจะเข้ามาแก้ปัญหาที่หลายคนอาจมองข้าม รวมถึงข้อมูลจากองค์กรอนามัยโลก (WHO) บอกว่ามีผู้คนเสียชีวิตประมาณ 3 ล้านคนต่อปี จากการปรุงอาหารด้วยเชื้อเพลิงสกปรกจนก่อมลพิษในอาคาร ส่วนอีกข้อมูลคือมีผู้คนประมาณ 1,800 ล้านคนทั่วโลกที่ยังไม่สามารถเข้าถึงน้ำสะอาดได้ ดังนั้นอุปกรณ์ที่สามารถสร้างพลังงานสะอาดและสร้างน้ำสะอาดได้ จึงอาจสามารถเข้ามาแก้ปัญหาเหล่านี้ ซึ่งทีมงานก็กล่าวเพิ่มเติมว่าอุปกรณ์นี้มีการออกแบบที่เรียบง่าย สามารถตั้งค่าการใช้งานได้เพียงไม่กี่ขั้นตอน และสามารถใช้งานได้ดีกับแหล่งน้ำต่าง ๆ มากมาย 

ที่มาข้อมูล Interestingengineering, Nature

ที่มารูปภาพ Chanon Pornrungroj/Ariffin Mohamad Annuar