ญี่ปุ่นพัฒนา ตัวเร่งปฏิกิริยาแสงแบบใหม่ เปลี่ยนน้ำเป็นเชื้อเพลิงไฮโดรเจน
นักวิจัยญี่ปุ่นพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาแสงแบบใหม่ สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการเปลี่ยนน้ำเป็นพลังงานไฮโดรเจน อีกทั้งการศึกษานี้ยังนำไปทดลองในสภาวะแสงแดดธรรมชาติ
นักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นได้พัฒนาวิธีการใหม่ในการแยกน้ำเป็นเชื้อเพลิงไฮโดรเจน โดยใช้แสงแดดและตัวเร่งปฏิกิริยาแสงชนิดใหม่ที่ทีมวิจัยพัฒนาขึ้น เทคโนโลยีใหม่นี้อาจช่วยให้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนราคาถูกลง และยั่งยืนมากขึ้น
ปัจจุบันไฮโดรเจนส่วนใหญ่มาจากวัตถุดิบก๊าซธรรมชาติ หรือก็คือการเปลี่ยนเชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นพลังงานสะอาด จึงอาจเรียกได้ว่าไม่ได้เป็นพลังงานสะอาดแบบสมบูรณ์ ดังนั้นหากสามารถแปลงน้ำเป็นพลังงานไฮโดรเจนได้ ก็จะเป็นทางเลือกไปสู่ความยั่งยืนมากขึ้น
หลักการพื้นฐานของกระบวนการใหม่นี้ ก็คือการทำให้น้ำที่ประกอบด้วย ไฮโดรเจน 2 อะตอม และออกซิเจน 1 อะตอม แยกออกจากกัน แม้จะฟังดูง่าย แต่ปฏิกิริยาดังกล่าวนี้ต้องใช้พลังงานมาก ซึ่งแนวคิดนี้ไม่ใช่แนวคิดใหม่ มีนักวิจัยที่พยายามพัฒนาแนวคิดนี้อย่างต่อเนื่อง
ทั้งนี้ในปฏิกิริยานี้ดังกล่าว จำเป็นต้องมีตัวเร่งปฏิกิริยา เมื่อได้รับแสง มันจะทำให้น้ำสลายออกมาเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน โดยการศึกษาก่อนหน้า มีนักวิจัยที่พัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาแบบขั้นตอนเดียว (One-Step) แต่มีประสิทธิภาพไม่เพียงพอในการแปลงแสงอาทิตย์เป็นพลังงาน และยังเคยมีการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาอีกแบบหนึ่ง ก็คือตัวเร่งปฏิกิริยาแบบ 2 ขั้นตอน (Two-Step) ที่ทำงานซับซ้อนขึ้น ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา 2 ชนิดทำงานร่วมกัน โดยชนิดแรกจะแยกน้ำออกมาเป็นไฮโดรเจน ในขณะที่ชนิดที่ 2 จะเป็นการแยกน้ำเป็นออกซิเจน
ในความก้าวหน้าครั้งนี้ เกิดขึ้นเนื่องจากทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยชินชู ประเทศญี่ปุ่น ได้พัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาแบบ 2 ขั้นตอนแบบใหม่ขึ้นมา
ทีมวิจัยได้พิสูจน์นวัตกรรมที่พัฒนาขึ้นนี้โดยการนำไปทดสอบในสภาวะแสงแดดธรรมชาติ ทำงานกับเครื่องปฏิกรณ์ขนาด 100 ตารางเมตร เป็นเวลานานกว่า 3 ปี พบว่าภายใต้แสงแดดธรรมชาติ ตัวเร่งปฏิกิริยาแสงใหม่นี้ สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงานได้ประมาณ 1.5 เท่าเมื่อเทียบกับแสงจำลองในห้องปฏิบัติการ
แต่อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวนี้ สามารถแปลงพลังงานได้ที่สูงสุดร้อยละ 1 และจะไม่ถึงร้อยละ 5 ถือว่ายังน้อยอยู่มาก แต่นับว่าเป็นอีกหนึ่งความก้าวหน้าที่อาจปูทางไปสู่แนวทางพลังงานสะอาดอีกหนึ่งรูปแบบ
ศาสตราจารย์ คาซูนาริ โดเมน (Kazunari Domen) ผู้เขียนอาวุโสของงานวิจัยนี้กล่าวว่า “ยังมีความท้าทายอีกมาก หากต้องพัฒนาเพื่อให้วิธีการนี้ใช้งานได้จริง นักวิจัยทั่วไปควรต้องทำการศึกษาอย่างจริงจัง ทั้งตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ทั้งกระบวนการแยกก๊าซ และการก่อสร้างโรงงานขนาดใหญ่ ซึ่งมันจะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความคิดผู้คน รวมไปถึงนโยบายต่าง ๆ”
การศึกษานี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Frontiers in Science ฉบับวันที่ 3 ธันวาคม 2024
ที่มาข้อมูล Frontiersin, InterestingEngineering
ที่มารูปภาพ Toyota (Wikimedia Commons)
ข่าวแนะนำ
