ใช้พืชคายน้ำเพื่อผลิตไฟฟ้า ต้นไม้ทั่วโลกอาจเป็นขุมพลังงานใหญ่ แนวทางยั่งยืนแบบใหม่จากจีน

นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนได้คิดค้นอีกหนึ่งทางเลือกด้านพลังงานสะอาด โดยการพัฒนาเครื่องกำเนิดพลังงานที่ใช้ประโยชน์จากการคายน้ำของพืชเพื่อนำมาผลิตไฟฟ้า และอาจจะทำให้ใบไม้ทั่วโลกกลายเป็นอีกหนึ่งขุมพลังงานของโลกได้

การผลิตไฟฟ้าจากพลังน้ำ (Hydrovoltaic) จะเกิดขึ้นจากการที่น้ำเคลื่อนที่บนพื้นผิวแข็ง นับว่าไม่ใช่กระบวนการใหม่ในการผลิตไฟฟ้า แต่ในปัจจุบันอุปกรณ์ที่จะผลิตไฟฟ้าจากพลังงานน้ำนั้น ต้องอาศัยความต่อเนื่องของแหล่งน้ำ ทำให้สามารถผลิตไฟได้เฉพาะในบริเวณใกล้แม่น้ำหรือเขื่อนเท่านั้น

ทั้งนี้ในกระบวนการคายน้ำตามธรรมชาติของพืช ซึ่งเกี่ยวข้องจากการที่น้ำเคลื่อนตัวจากรากไปยังใบ ก่อนที่จะระเหยออกไป ระหว่างกระบวนการนี้มีพลังงานแฝงอยู่จำนวนมาก แต่ยังไม่มีการนำมาผลิตไฟฟ้า แต่อุปกรณ์ใหม่จากทีมวิจัยมหาวิทยาลัยเกษตรและป่าไม้ฝูเจี้ยน (Fujian Agriculture and Forestry University) อาจจะกำลังเข้ามาเปลี่ยนแปลงวิธีการ โดยได้พัฒนาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้ใบบัวในการผลิตพลังงานไฟฟ้า เพื่อจ่ายให้กับอุปกรณ์ขนาดเล็ก

ทีมงานได้พัฒนาอุปกรณ์ เรียกว่า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าด้วยการคายน้ำจากใบไม้ (Leaf Transpiration Generator หรือ LTG) โดยวางอิเล็กโทรด (ตัวที่พาไฟฟ้าเข้าหรือออกจากวัตถุหรือสสาร) ลักษณะเป็นตาข่ายทำมาจากไททาเนียมไว้บนพื้นผิวด้านบนของใบบัวเพื่อเป็นแคโทด (ขั้วบวก) และสอดอิเล็กโทรดเข็มไททาเนียมเข้าไปในก้านใบเพื่อเป็นแอโนด (ขั้วลบ)

ในระหว่างการคายน้ำ จะเกิดการไล่ระดับศักย์น้ำระหว่างปากใบ (Stomata) บนใบและรากของพืช อธิบายเพิ่มเติมคือ น้ำจะเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีปริมาณน้ำมากคือจากราก ไปยังบริเวณที่มีน้ำน้อยคือ ใบ ซึ่งการเคลื่อนที่ของน้ำดังกล่าวนี้ทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดทั้ง 2 ขั้ว ช่วยให้สามารถผลิตไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่อง 

ทั้งนี้ LTG จะทำงานได้ดีขึ้นด้วยปัจจัยหลายอย่าง เช่น เส้นผ่านศูนย์กลางลำต้นที่หนาขึ้น จะช่วยเพิ่มการลำเลียงน้ำส่งผลให้ผลิตพลังงานได้มากขึ้น หรือ อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะเพิ่มผลผลิต แต่หากความชื้นสูงขึ้นจะลดประสิทธิภาพของ LTG ลง

นักวิจัยเน้นย้ำว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้การคายน้ำจากพืชนี้ มีข้อได้เปรียบเหนือระบบการผลิตไฟฟ้าจากพลังน้ำแบบดั้งเดิม เช่น อุปกรณ์ทำงานเรียบง่ายกว่า ต้นทุนต่ำกว่า และไม่ต้องใช้แหล่งพลังงานขนาดใหญ่ นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นโซลูชันพลังงานสำหรับพื้นที่ห่างไกล เช่น พื้นที่เกษตรกรรม โดยไม่ต้องใช้โครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่

ทีมวิจัยอ้างว่าด้วยการวิจัยเพิ่มเติมและความก้าวหน้าทางเทคนิค วิธีนี้มีศักยภาพที่จะกลายเป็นแหล่งพลังงานที่ทำกำไรได้ในเชิงพาณิชย์และใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยประเมินว่าการเก็บเกี่ยวพลังงานจากการคายน้ำจากพืชทั่วโลกสามารถผลิตไฟฟ้าได้ 67.5 เทระวัตต์-ชั่วโมงต่อปี

แม้ว่าจะยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นการพัฒนา แต่ทีมงานกำลังปรับปรุงการเชื่อมต่อระหว่างพืชและอิเล็กโทรด ทำความเข้าใจบทบาทของการคายน้ำของพืชในการผลิตไฟฟ้า รวมถึงพยายามบูรณาการ LTG เข้ากับแหล่งพลังงานหมุนเวียนอื่น ๆ เช่น ลมและแสงอาทิตย์ 

ในขณะที่สำนักข่าวสัญชาติจีนอย่าง South China Morning Post (SCMP) ให้มุมมองว่า งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่า การเชื่อมต่อพืชและใบหลาย ๆ ใบเข้าด้วยกันจะทำให้เกิดเครือข่ายพลังงานแบบกระจายตัว ซึ่งจะช่วยเพิ่มผลผลิตพลังงานโดยรวมได้ เทคโนโลยีนี้มีข้อดี เช่น ความยั่งยืน เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และต้นทุนต่ำ ทำให้เป็นทางเลือกที่มีแนวโน้มดีในการผลิตไฟฟ้าโดยไม่ต้องพึ่งพาแหล่งน้ำขนาดใหญ่ มีศักยภาพที่จะนำไปใช้งานในอินเทอร์เน็ตพลังงาน (แนวคิดการจัดการพลังงานผ่านระบบดิจิทัล) กริดไฟฟ้าอัจฉริยะ อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) และเครือข่ายเซ็นเซอร์ได้

งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 16 กันยายน 2024 

ที่มาข้อมูล InterestingEngineering, Nature

ที่มารูปภาพ Pexels, Reuters