อังกฤษเปลี่ยนมลพิษและขยะ ให้เป็นพลังงานและกรดไกลโคลิกด้วยแสงแดด

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคมบริดจ์ (University of Cambridge) สร้างอุปกรณ์ที่สามารถแปลงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (Carbondioxide: CO₂) ในอากาศให้กลายเป็นก๊าซไฮโดรเจน (Hydrogen: H₂) สำหรับสร้างพลังงาน และยังสามารถนำมาเป็นส่วนหนึ่งของปฏิกิริยาทางเคมีกับขยะพลาสติกเพื่อสร้างกรดไกลโคลิก (Glycolic acid) ที่นิยมใช้ทำเครื่องสำอางได้ ซึ่งทั้ง 2 ผลิตภัณฑ์นี้มีแหล่งพลังงานจากแสงแดดเท่านั้น

หลักการทำงานของเครื่องสร้างพลังงานและกรดไกลโคลิกจากอากาศและขยะด้วยแสงแดด

ในการทำงานของอุปกรณ์จะมีสารตั้งต้นคือก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และขยะพลาสติก โดยมีแสงแดดเป็นแหล่งพลังงานของตัวอุปกรณ์ โดยตัวเครื่องจะใช้กระบวนการสร้างปฏิกิริยารีดอกซ์ (Redox reaction) หรือการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอน (Electron) หรือประจุของสารเคมีอินทรีย์ (Organic compound) ซึ่งมีกระบวนการผลิตดังนี้

1. 1. ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกดักจับจากอากาศสู่เครื่อง โดยแยกไปยังขั้วไฟฟ้า (Electrode) ภายในอุปกรณ์
2. 2. ที่ขั้วบวกหรือขั้วแคโทด (Cathode) ของตัวเครื่อง ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะได้รับพลังงานจากแสงแดด และถูกเร่งปฏิกิริยาให้เกิดก๊าซผสมระหว่างก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) กับก๊าซไฮโดรเจน (H₂) หรือเรียกว่าซินแก๊ส (Syngas) 
3. 3. ที่ขั้วลบหรือขั้วแอโนด (Anode) ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) จะจับอิเล็กตรอนจากสารเอทิลีน ไกลคอล (Ethylene glycol) ที่มาจากขยะพลาสติกแบบ PET (Polyethylene Terephthalate) หรือขวดพลาสติกที่พบตามผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ให้กลายเป็นกรดไกลโคลิกโดยใช้พลังงานจากแสงแดดเช่นกัน

ทั้ง 3 ขั้นตอนนั้นกล่าวสรุปได้ว่า ตัวเครื่องจะแยกโมเลกุลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) และเปลี่ยนสภาพของขยะพลาสติกด้วยกระบวนการทางเคมีที่เรียกว่าปฏิกิริยารีดอกซ์โดยใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ เพื่อทำให้ได้ก๊าซไฮโดรเจน (H₂) และกรดไกลโคลิกออกมา

ศักยภาพของเครื่องสร้างพลังงานและกรดไกลโคลิกจากอากาศและขยะด้วยแสงแดด

ข้อดีที่สำคัญที่สุดของอุปกรณ์คือสามารถสร้างปฏิกิริยาได้ในสภาพทั่วไป (Ambient Condition) โดยไม่ต้องสร้างในห้องทดลองที่กำหนดเงื่อนไขสภาพห้องให้วุ่นวาย อีกทั้งยังไม่ต้องใช้พลังงานสูงในการสร้างสารทั้ง 2 ขึ้นมา เพียงใช้แค่แสงแดดซึ่งเป็นพลังงานที่ต้นทุนต่ำที่สุดประเภทหนึ่งบนโลก

นอกจากนี้ ตัวเครื่องยังสามารถประยุกต์ใช้ได้อย่างหลากหลาย นอกจากดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศแล้ว ยังสามารถดักจับแก๊สไอเสีย (Flue gas) ที่พบตามโรงงานอุตสาหกรรมต่าง ๆ ได้ หากมีปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ร้อยละ 15 - 20 ของแก๊สทั้งหมด และตัวซินแก๊สที่ได้ยังสามารถสร้างเชื้อเพลิงจากพลังงานไฮโดรเจนหรือเชื้อเพลิงสังเคราะห์อื่น ๆ ได้

ในขณะเดียวกัน กรดไกลโคลิกที่ผลิตได้จากตัวอุปกรณ์ก็พบเป็นส่วนผสมในอุตสาหกรรมสิ่งทอ และนิยมนำไปทำเครื่องสำอางโดยใช้เป็นส่วนผสมเพื่อช่วยผลัดเซลล์ผิวให้ดูกระจ่างใสหรือช่วยฟื้นฟูสภาพผิวจุดด่างดำและรอยสิว ที่มักพบในเซรั่ม (Serum) หรือครีมบำรุงต่าง ๆ อีกด้วย

ประสิทธิภาพของเครื่องสร้างพลังงานและกรดไกลโคลิกจากอากาศและขยะด้วยแสงแดด

เออร์วิน เรส์เนอร์ (Erwin Reisner) หัวหน้าทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคมบริดจ์กล่าว่า "สิ่งนี้คือการสาธิตการเชื่อมโยงการดักจับอากาศเพื่อเอาก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มาใช้ประโยชน์โดยตรง จากเครื่องมือเพียงตัวเดียวด้วยพลังงานแสงอาทิตย์เป็นครั้งแรกของโลก"

อย่างไรก็ตาม ในทางเทคนิคแล้ว ก๊าซไฮโดรเจนและกรดไกลโคลิกที่ผลิตได้จากตัวอุปกรณ์มีค่าในระดับไมโครโมลาร์ริตีต่อตารางเซนติเมตร (µM/cm²: โมลาร์ริตี - Molarity: M คือค่าความเข้มข้นของสารที่ถูกละลายในปริมาณสารละลาย 1 ลิตร)  หรือกล่าวโดยย่อว่า ประสิทธิภาพการสร้างก๊าซไฮโดรเจนและกรดไกลโคลิกนั้นอยู่ในระดับที่เจือจางมาก 

ดังนั้นการพัฒนาที่สำคัญต่อจากนี้คือการทำให้เครื่องดังกล่าวสามารถสร้างผลิตภัณฑ์ในระดับอุตสาหกรรม ที่สารตั้งต้นสำคัญอย่างก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เองก็ถูกปล่อยจากโรงงานต่าง ๆ เป็นจำนวนมาก เช่นโรงไฟฟ้านั้นปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ไม่ต่ำกว่าชั่วโมงละ 500 ตัน โดยทีมวิจัยจะเร่งพัฒนาและแก้ข้อจำกัดทั้งหมดให้ตัวเครื่องนี้เกิดขึ้นและผลิตสารได้จริงภายในปี 2050 

ที่มาข้อมูล Chemistry World, University of Cambridge

ที่มารูปภาพ Unsplash, Pexels