สหรัฐฯ สร้างเชื้อเพลิงไฮโดรเจนจากน้ำทะเล เคลมเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

น้ำทะเล เป็นหนึ่งในทรัพยากรธรรมชาติที่อยู่มากถึงร้อยละ 97 ของน้ำทั้งหมดบนโลก และเป็นร้อยละ 70 ของสารประกอบทั้งหมดในโลกใบนี้ โดยทฤษฎีแล้วเราสามารถนำน้ำทะเลมาใช้เป็นวัตถุดิบสร้างก๊าซไฮโดรเจน แหล่งพลังงานสะอาดที่มีประสิทธิภาพสูงได้ อย่างไรก็ตาม ปัญหาสำคัญที่เกิดขึ้นก็คือการผลิตจะได้ของแถม (Byproduct) เป็นสารพิษอย่างคลอรีนและสารฟอกขาว (ชื่อทางเคมี: โซเดียม ไฮโปคลอไรต์ - sodium hypochlorite) ที่อันตรายกับสิ่งแวดล้อม แต่ว่าปัญหาทั้งหมดนี้ทีมนักวิจัยจากสหรัฐอเมริกาได้พัฒนากระบวนการผลิตที่ยั่งยืนและมีประสิทธิภาพ โดยไม่ก่อให้เกิดสารพิษเหล่านี้ได้แล้ว

การพัฒนากระบวนการผลิตก๊าซไฮโดรเจนจากน้ำทะเล

กระบวนการผลิตก๊าซไฮโดรเจนจากน้ำทะเลนั้นเรียกว่ากระบวนการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า (Electrolysis) ซึ่งในกระบวนการดังกล่าวโดยพื้นฐานจะมีส่วนประกอบคือขั้วไฟฟ้า (Electrode) วัตถุดิบอย่างน้ำทะเล และเนื้อเยื่อ (Membrane) ที่ใช้เป็นชั้น (Layer) เพื่อให้เกิดการแยกตัวของน้ำเป็นก๊าซไฮโดรเจน

อย่างไรก็ดี กระบวนการดังกล่าวจะใช้เนื้อเยื่อเพียงชั้นเดียว (Mono-membrane) เท่านั้น ซึ่งทำให้เกิดปัญหาการสร้างสารพิษอย่างสารฟอกขาวและคลอรีนที่มาจากเกลือในน้ำทะเล (เกลือมีธาตุโซเดียมและคลอไรด์เป็นส่วนประกอบ - NaCl) ซึ่งในงานวิจัยจากสหรัฐอเมริกาได้เปลี่ยนให้เนื้อเยื้อนั้นกลายเป็นแบบ 2 ชั้น (Double Membrane) ต่างจากระบบการผลิตก่อนหน้าที่ใช้แบบชั้นเดียว

ดังนั้น กระบวนการผลิตก๊าซแบบใหม่จะทำให้เกิดก๊าซไฮโดรเจนที่ขั้วแคโทด (Cathode - ขั้วรับอิเล็กตรอน) หรือขั้วบวก และได้คลอไรด์ในรูปแบบประจุซึ่งไม่มีพิษออกมา เพราะมีเนื้อเยื่อคอยดักจับประจุขั้วลบไม่ให้ผ่าน และในทำนองเดียวกัน ที่ฝั่งขั้วแอโนดหรือขั้วลบในระบบการผลิตจะมีก๊าซออกซิเจนบริสุทธิ์เพราะมีเนื้อเยื่ออีกชั้นที่ทำหน้าที่กรองประจุของโซเดียมแยกโดยเฉพาะ ซึ่งต่างจากแบบเดิมที่คลอไรด์จะไปอยู่ในฝั่งขั้วแอโนด ก่อให้เกิดสารคลอรีนที่เป็นพิษ รวมถึงไม่เกิดสารฟอกขาวที่ฝั่งขั้วแคโทดด้วยเช่นกัน

เป้าหมายการผลิตก๊าซไฮโดรเจนจากน้ำทะเล

กระบวนการผลิตก๊าซไฮโดรเจนจากน้ำทะเลแบบใหม่นั้นพัฒนาโดยทีมวิจัยจาก สถาบันวิจัยแห่งชาติของกระทรวงพลังงาน (Department of Energy’s SLAC National Accelerator Laboratory), มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด (Stanford University), และมหาวิทยาลัยชั้นนำในสหรัฐอเมริกา โดยนอกจากการผลิตก๊าซไฮโดรเจนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมแล้ว ยังสามารถต่อยอดสู่การผลิตก๊าซออกซิเจนระดับอุตสาหกรรมได้ด้วยเช่นกัน โดยผลงานนี้ถูกตีพิมพ์ลงในวารสารวิชาการจูล (Joule) ที่มีชื่อเสียงด้านการวิจัยพลังงานเป็นพิเศษแล้ว

ก๊าซไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานที่มีศักยภาพสูงในอนาคตหากสามารถผลิตให้คุ้มทุนได้จริง เช่น เป็นเชื้อเพลิงของรถยนต์ และเป็นรูปแบบพลังงานที่สามารถกักเก็บไว้ได้ยาวนานสูงสุดหลายเดือน  โดยก่อนหน้านี้มีการพัฒนากระบวนการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าจากฝั่งออสเตรเลียด้วยเช่นกัน แต่เป็นการปรับเปลี่ยนขั้วไฟฟ้า (Electrode) เป็นสารชนิดอื่นที่ทนทานต่อกระบวนการผลิตก๊าซไฮโดรเจนด้วยน้ำทะเลในระยะยาว แต่ทั้ง 2 งานวิจัย ต่างมีเป้าหมายสำคัญเป็นการยกระดับการผลิตก๊าซไฮโดรเจนจากน้ำทะเลให้เป็นรูปธรรมและเบิกทางสู่การผลิตเชิงพาณิชย์ในอนาคต

ที่มาข้อมูล SciTech Daily

ที่มารูปภาพ SLAC National Accelerator Laboratory, Unsplash