10 แหล่งพลังงานทดแทน เพื่อการผลิตไฟฟ้าแห่งอนาคต


เราทราบกันดีว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นทรัพยากรที่มีอยู่อย่างจำกัด และคาดว่าในไม่ช้า เชื้อเพลิงชนิดนี้จะหมดไป เมื่อถึงตอนนั้นเราจะใช้เชื้อเพลิงจากที่ไหนเพื่อเป็นแหล่งพลังงาน…. คำตอบก็คือ “พลังงานทดแทน” ซึ่งจะกลายเป็นแหล่งพลังงานหลักต่อไป แต่เมื่อกล่าวถึง “พลังงานทดแทน” คนส่วนใหญ่อาจจะนึกไปถึงพลังงานอย่าง พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม และพลังงานน้ำ ซึ่งเป็นพลังงานทางเลือกที่เป็นพลังงานทดแทนที่ใช้กันมานานแล้ว แต่นอกจากพลังงานเหล่านี้ ยังมีคนอีกจำนวนหนึ่งที่พยายามค้นคว้า วิจัย และศึกษาหาความเป็นไปได้ที่จะนำพลังงานทางเลือกรูปแบบอื่น ๆ ที่เป็นพลังงานสะอาดและมีประสิทธิภาพสูงกว่าที่มีใช้อยู่ในปัจจุบันมาเป็นพลังงานทดแทนของเรา ซึ่ง 10 แหล่งพลังงานทดแทน ที่คาดว่าในอีก 50 ปีข้างหน้า อาจกลายเป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานทางเลือกที่มนุษย์จะสามารถนำมาใช้ได้ ประกอบด้วย

1. พลังงานเซลล์แสงอาทิตย์จากห้วงอวกาศ (Space-Based Solar Power)

จากข้อเท็จจริงที่ว่า พลังงานแสงอาทิตย์กว่า 55-60% นั้น ไม่สามารถผ่านชั้นบรรยากาศของโลกมาได้ ดังนั้น การผลิตไฟฟ้าจากโซลาร์เซลล์ที่อยู่บนพื้นโลกจึงใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ได้ไม่เต็มที่ นอกจากนี้ การผลิตไฟฟ้าบนพื้นโลกยังมีข้อจำกัด เพราะผลิตได้เฉพาะในช่วงกลางวัน พื้นที่ตั้งก็ต้องเป็นพื้นที่เปิดโล่ง สภาพภูมิอากาศก็ต้องเหมาะสม ทำให้บางประเทศไม่สามารถผลิตพลังงานจากแสงอาทิตย์ได้ ด้วยข้อจำกัดนี้ จึงมีผู้คิดค้นว่าหากสามารถติดตั้งโซลาร์เซลล์นอกโลก เช่นเดียวกับการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์ของดาวเทียมแล้ว ข้อจำกัดเหล่านี้จะหมดไป อีกทั้งยังสามารถผลิตไฟฟ้าได้อย่างมหาศาลอีกด้วย

ปัจจุบันนักวิจัยจึงมีความพยายามที่จะทดลอง วิจัยหาความเป็นไปได้ ที่จะติดตั้งโซลาร์เซลล์ในอวกาศ เพื่อผลิตไฟฟ้าและส่งพลังงานที่ผลิตได้กลับมายังสถานีพลังงานบนพื้นโลกในรูปแบบของคลื่นไมโครเวฟ โดยให้แน่ใจว่าการส่งพลังงานดังกล่าวจะไม่เกิดการสูญเสียพลังงาน และไม่ส่งผลกระทบใด ๆ ต่อโลก

ซึ่งก็มีความคืบหน้าเกี่ยวกับการทดลองวิจัยในเรื่องนี้ โดยเมื่อเดือนมีนาคม ปี 2015 สำนักงานสำรวจอวกาศญี่ปุ่น (JAXA) เปิดเผยว่าพวกเขาประสบความสำเร็จในการแปลงกระแสไฟฟ้าขนาด 1.8 กิโลวัตต์ให้เป็นไมโครเวฟ หลังจากที่พวกเขาส่งพลังงานแบบไร้สายเป็นระยะทาง 50 เมตรได้แล้ว

นอกจากนี้ ในปีนี้ (2019) จีนก็เป็นอีกหนึ่งประเทศที่มีความพยายามที่จะทำการทดลองผลิตไฟฟ้าจากโซลาร์เซลล์จากห้วงอวกาศ โดยล่าสุดได้เริ่มทดลองตามแนวคิดนี้แล้วที่เมืองฉงชิ่ง ทางตะวันตกเฉียงใต้ของประเทศจีน บนพื้นที่กว่า 33 เอเคอร์ ด้วยทุนสนับสนุนเริ่มต้นที่ 15 ล้านเหรียญฯ เพื่อทำการทดสอบหาวิธีการที่ดีที่สุดในการส่งพลังงานจากวงโคจรในห้วงอวกาศรอบโลกมายังพื้นโลก

2. พลังงานจากร่างกายมนุษย์ (Human Power)

ผู้เชียวชาญหลายคนเชื่อว่าวิธีการที่ง่ายที่สุดในการสร้างพลังงานหมุนเวียน คือ ผ่านร่างกายของมนุษย์เอง โดยแนวคิดนี้มาจากแนวคิดที่ว่า ในปัจจุบันอุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ ใช้ไฟฟ้าที่น้อยกว่าในอดีตมาก ดังนั้น การผลิตไฟฟ้าขนาดเล็กก็เพียงพอที่จะจ่ายเป็นพลังงานให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิดขนาดเล็กจำนวนมากได้ โดยผลิตพลังงานผ่านการเคลื่อนไหวของร่างกายเราเอง เพียงแค่ใช้ระบบที่จะสามารถรวบรวมและแปลงพลังงานได้

ซึ่งนักวิจัยจากสหราชอาณาจักรได้พัฒนาอุปกรณ์พยุงหัวเข่า ที่สามารถรวบรวมอิเล็กตรอนในขณะเดินไว้ โดยทุกครั้งที่เดิน หัวเข่าโค้ง โลหะแบบใบพัดจากอุปกรณ์จะมีการสั้นสะเทือนเหมือนสายกีตาร์ และเกิดการผลิตกระแสไฟฟ้าขึ้น สามารถนำไปใช้กับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานไม่มาก

3. พลังงานคลื่น (Wave Power)

ความคิดที่จะนำพลังงานคลื่นมาใช้นั้นมีแนวคิดมานานแล้ว ซึ่งทางเทคนิคนั้นคลื่น คือรูปแบบที่เกิดขึ้นจากพลังงานลมที่พัดผ่านทะเล พลังงานคลื่นถูกวัดเป็นกิโลวัตต์ (KW) ต่อหนึ่งเมตรของแนวชายฝั่ง โดยชายฝังทะเลของสหรัฐฯ นั้น มีศักยภาพพลังงานคลื่นประมาณ 252 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี

ปัจจุบันมีกว่า 5 ประเทศ ที่พยายามดำเนินการสร้างฟาร์มผลิตไฟฟ้าจากพลังงานคลื่น หนึ่งในนั้นที่นำไปปฏิบัติ คือประเทศโปรตุเกส ที่ได้ตั้งฟาร์มผลิตไฟฟ้าจากพลังงานคลื่นในเชิงพาณิชย์เป็นแห่งแรกในโลก ตั้งแต่ปี 2008 มีกำลังผลิตติดตั้งรวม 2.25 เมกะวัตต์

4. พลังงานไฮโดรเจน (Hydrogen Power)

ไฮโดรเจนเป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และมีมากถึง 74% จากทั้งหมดในจักรวาล ในขณะที่บนโลกพบได้เฉพาะเมื่อรวมกับออกซิเจน คาร์บอน และไนโตรเจน โดยหากต้องการใช้ไฮโดรเจนจะต้องแยกออกมาจากองค์ประกอบอื่น ๆ ซึ่งก๊าซที่ได้จะให้พลังงานสูง แต่เป็นก๊าซที่ไม่มีมลพิษ

ดังนั้นจึงมีความพยายามที่จะพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงที่แปลงไฮโดรเจนให้เป็นพลังงานไฟฟ้า เพื่อนำมาใช้เป็นแหล่งงานสำหรับยานยนต์ไฟฟ้า เครื่องบิน ยานพาหนะอื่น ๆ รวมถึงเป็นพลังงานที่ใช้ในบ้านและอาคาร ปัจจุบันนี้ผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ ค่ายญี่ปุ่นอย่าง โตโยต้า ฮอนด้า และฮุนได ได้มีการลงทุนวิจัยในเทคโนโลยีที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นพลังงานอย่างต่อเนื่อง

5. พลังงานความร้อนใต้พิภพ (Magma Power)

พลังงานจากความร้อนที่อยู่ลึกใต้พื้นพิภพ สามารถผลิตไอน้ำเพื่อใช้หมุนกังหันและผลิตกระแสไฟฟ้าได้ โดยพลังงานความร้อนใต้พิภพ 10,700 เมกะวัตต์ ถูกสร้างขึ้นทั่วโลกในปี 2010 โดยมีไอซ์แลนด์ ฟิลิปปินส์และเอลซัลวาดอร์ได้นำแนวคิดนี้ไปปฏิบัติแล้ว
แนวคิดพลังงานความร้อนใต้พิภพเริ่มได้รับความสนใจในปี 2008 จากการค้นพบด้วยความบังเอิญจากโครงการขุดเจาะ IDDP1 ของไอซ์แลนด์ และภายหลังได้รับการปรับปรุงเป็นระบบแรกที่ให้ความร้อนโดยตรงจากแมกมาหลอมเหลว สามารถสร้างพลังงานไฟฟ้าได้ 36 เมกะวัตต์

6. พลังงานจากกากนิวเคลียร์ (Nuclear Waste Power)

อะตอมยูเรเนียมเพียงห้าเปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่ถูกนำไปใช้ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน ส่วนที่เหลือจะถูกเก็บเพิ่มเข้าไปยังคลังขยะนิวเคลียร์ มีกากของเสียจากกัมมันตรังสีกว่า 77,000 ตัน ที่ถูกเก็บสะสมจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของอเมริกา ในขณะที่เครื่องปฏิกรณ์เร็ว ซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขั้นสูงที่ได้รับการพัฒนาขึ้นใหม่ มีประสิทธิภาพที่สูงขึ้นกว่าเครื่องปฏิกรณ์แบบเดิม และสามารถแก้ปัญหานี้ได้ในอนาคตข้างหน้า ซึ่งจะทำให้การใช้ยูเรเนียมที่มีอยู่เดิมมีประสิทธิภาพมากขึ้น สามารถใช้พลังงานจากแร่ยูเรเนียมได้ถึง 95% ของเชื้อเพลิงพลังงานนิวเคลียร์ที่ผลิตได้

จากแนวคิดที่ต้องการนำกากนิวเคลียร์ที่มีเก็บไว้ปริมาณมหาศาลมาใช้ผลิตพลังงานทางเลือก ทำให้ทาง ฮิตาชิ ได้ออกแบบเครื่องปฏิกรณ์เร็ว Gen-IV ที่เรียกว่า PRISM ซึ่งเป็นโมดูลเครื่องปฏิกรณ์นวัตกรรมพลังงานขนาดเล็ก ที่สามารถเปลี่ยนกากนิวเคลียร์ให้กลายเป็นพลังงานได้ และยังช่วยทำให้ Half Life ของกัมมันตภาพรังสี (ระยะเวลาที่สารสลายตัวไปจนเหลือเพียงครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิม) เหลือเพียง 30 ปีแทนที่จะเป็นพันปีด้วย

7. พลังงานแสงอาทิตย์ที่ติดตั้งได้ในทุกพื้นผิว (Embeddable Solar Power)

เทคโนโลยีที่สามารถฝังหรือเคลือบเซลล์แสงอาทิตย์ลงบนพื้นผิวของวัตถุต่างๆ ในลักษณะที่โปร่งแสงไม่สามารถมองเห็นได้ แต่สามารถรับแสงอาทิตย์และแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ แนวคิดนี้ ปัจจุบันถูกพัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยคาดว่าจะสามารถนำมาเคลือบบนพื้นผิวของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น หน้าจอคอมพิวเตอร์ สมาร์ทโฟน หรือพัฒนาเพิ่มเติมสำหรับการใช้งานในรูปแบบอื่น ๆ อาทิ เคลือบบนหน้าต่าง หรือกระจกของอาคาร เพื่อเป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าให้แก่อาคาร เป็นต้น

8. พลังงานชีวภาพจากสาหร่าย (Algae Power)

สาหร่ายถือเป็นแหล่งพลังงานที่น่าประหลาดใจมาก เพราะมันอุดมไปน้ำมัน ที่สามารถดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อผลิตเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพได้โดยตรง แม้น้ำเสียจะเป็นอุปสรรคต่อการเจริญเติบโตของพืช แต่มันกลับมีประสิทธิภาพสูงในการปลูกพืชชนิดนี้ โดยในพื้นที่ขนาดหนึ่งเอเคอร์ สามารถให้ผลผลิตได้สูงถึง 9,000 แกลลอน ดังนั้น เชื้อเพลิงจากสาหร่ายจึงถือเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพที่สามารถปลูกและสร้างขึ้นได้

Alabama สามารถสร้างระบบเชื้อเพลิงชีวภาพจากสาหร่ายได้เป็นแห่งแรกของโลก โดยใช้เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบลอยตัว โดยการปลูกสาหร่ายยังช่วยบำบัดน้ำเสียจากเทศบาล และหลังจากการเก็บเกี่ยวแล้ว น้ำสะอาดที่ได้จากการบำบัดจะถูกปล่อยลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติต่อไป

9. กังหันลมแบบลอยบนอากาศ (Flying Wind Power)

ฟาร์มกังหันลมตามแนวคิดนี้จะเป็นกังหันลมที่ติดตั้งลอยตัวอยู่สูงในระดับเดียวกับตึกระฟ้า หรืออยู่สูงเหนือระดับพื้นดินที่ 1,000 – 2,000 ฟุต เพื่อรับความแรงลมที่แรงกว่าห้าถึงแปดเท่าของระดับความแรงลมแบบติดตั้งแบบทาวเวอร์ และกังหันเหล่านี้จะผลิตพลังงานได้สองเท่าเมื่อเทียบกับกังหันลมขนาดใกล้เคียงกันที่ตั้งแบบทาวเวอร์

โดย Altaeros Energie ได้พัฒนากังหันลมแบบลอยบนอากาศในเชิงพาณิชย์เครื่องแรก ที่เรียกว่า Buoyant Air Turbine หรือ BAT ซึ่งเป็นเซลล์พองลมแบบกลมยาว 35 ฟุต ที่ทำจากผ้าที่มีความแข็งแรงสูง โดย BAT มีกำลังการผลิต 30 กิโลวัตต์

10. พลังงานฟิวชั่น (Fusion Power)

ฟิวชั่น เป็นกระบวนการเดียวกันกับการเกิดขึ้นของดวงอาทิตย์ และมีศักยภาพที่สามารถผลิตพลังงานได้แบบไม่มีที่สิ้นสุด อีกทั้งไม่ปล่อยมลพิษ หรือก๊าซเรือนกระจก และไม่มีการคุกคามจากการหลอมละลายแบบนิวเคลียร์ ซึ่งแตกต่างจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชั่นในปัจจุบัน ฟิวชั่นทำงานโดยการหลอมรวมไอโซโทปไฮโดรเจนสองอัน คือ ดิวทีเรียมและทริเทียมซึ่งมีอยู่มากมาย

ในปัจจุบัน ITER เครื่องปฏิกรณ์ทดลองความร้อนระหว่างประเทศ ได้ถูกสร้างขึ้นในประเทศฝรั่งเศสโดยได้รับทุนจาก7 ประเทศ คาดว่าจะแล้วเสร็จภายในปี 2027 และหวังว่าจะเป็นโรงไฟฟ้าพลังงานฟิวชั่นแห่งแรกของโลกในเชิงพาณิชย์

ข้อมูลที่คุณอาจสนใจ


Source: เรียบเรียงจากงานเสวนา เรื่อง โรงไฟฟ้าชุมชนนวัตกรรมพลังงานทดแทน และการรักษาสิ่งแวดล้อมอย่างยั่งยืน
โดย ดร.นุวงศ์ ชลคุป ในหัวข้อ นวัตกรรมพลังงานทดแทนแห่งอนาคต ภายในงานวิศวกรรมแห่งชาติ 2562