แบตเตอรี่จากทราย ก้าวแรกสู่การแก้ปัญหาพลังงานหมุนเวียน

ปัจจุบันทั่วโลกอยู่ในยุคเปลี่ยนผ่านไปสู่พลังงานทดแทนคือเรื่องที่เราทราบดี อุตสาหกรรมพลังงานจึงพากันมองหาทางเลือกใหม่ในการผลิต ตั้งแต่การสร้างเชื้อเพลิงชนิดใหม่ หรือการย้อนกลับไปมองหาพลังงานนิวเคลียร์ เพื่อมุ่งสู่พลังงานสะอาดตามเป้าหมาย Net zero

 

          ในบรรดาตัวเลือกที่มีพลังงานหมุนเวียนนับว่าได้รับความสนใจสูงสุด โดยเฉพาะพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ แต่อย่างที่เราทราบกันว่าพลังงานเหล่านี้ขาดความเสถียร เมื่อสภาพอากาศไม่เป็นใจอาจทำให้การผลิตพลังงานหยุดชะงักนำไปสู่ปัญหาในที่สุด

 

          แต่ทุกอย่างอาจเปลี่ยนไปเมื่อเราสามารถกักเก็บพลังงานที่เกิดขึ้นจากพลังงานหมุนเวียนเอาไว้ใช้ในภายหลังได้

ข้อจำกัดของพลังงานหมุนเวียนในปัจจุบัน

 

          การใช้พลังงานหมุนเวียนโดยเฉพาะพลังงานลมและแสงอาทิตย์ล้วนมีข้อดี ด้วยเราสามารถจัดหาทั้งสองสิ่งนี้ได้ง่ายโดยไม่มีค่าใช้จ่าย ช่วยให้เราสามารถเข้าถึงการผลิตพลังงานได้ง่ายและสะดวก สำหรับประเทศที่มีทรัพยากรพร้อมสรรพอาจช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานลงมากทีเดียว

 

          ข้อจำกัดของพลังงานชนิดนี้คือไม่สามารถทำงานได้ตลอดเวลา ด้วยธรรมชาติคือตัวแปรอยู่นอกการควบคุม หลายครั้งเราไม่สามารถคาดเดาได้ว่าแดดจะออกหรือลมจะพัดมาตอนไหน ตรงข้ามกับอุตสาหกรรมพลังงานที่ผูกโยงชีวิตผู้คนไว้มากมาย ในกรณีที่ไม่สามารถผลิตพลังงานได้ตามเป้าอาจส่งผลร้ายต่อชีวิตผู้คนจำนวนมาก

 

          นั่นทำให้ในปัจจุบันพลังงานหมุนเวียนในปัจจุบันยังคงเป็นพลังงานทางเลือกมากกว่า บางประเทศอาจมองหาตัวเลือกเพิ่มเติมจากน้ำมันหรือก๊าซธรรมชาติมาช่วยเสริม แต่ก็ไม่ราบรื่นนักจากราคาพลังงานที่พุ่งสูงและการเข้าถึงก๊าซธรรมชาติของหลายประเทศเริ่มติดขัด

 

          นั่นทำให้หลายชาติเริ่มพัฒนาศักยภาพการใช้พลังงานหมุนเวียนให้มากขึ้นเพื่อให้ไม่ต้องพึ่งพาพลังงานจากแหล่งอื่น

ตัวเลือกใหม่ในการสร้างแบตเตอรี่ แผนการรับมือสำหรับปัจจุบันและอนาคต

 

          ปัญหาสำคัญทำให้พลังงานหมุนเวียนไม่สามารถใช้งานได้เต็มรูปแบบคือความเสถียรในการผลิตพลังงาน แต่หากนับเฉพาะในแง่ปริมาณการผลิตอย่างเดียวนั้นพอเป็นไปได้ โดยเฉพาะในประเทศที่ผลักดันพลังงานหมุนเวียน เช่น สวิตเซอร์แลนด์, ฟินแลนด์ หรือสวีเดน จนเริ่มมีแนวคิดในการกักเก็บไฟฟ้าส่วนเกินสำหรับการนำมาใช้ในภายหลังขึ้นมา

 

          แต่เราทราบกันดีว่าปัจจุบันแบตเตอรี่กักเก็บพลังงานที่ใช้กันคือแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แน่นอนว่ามันมีประสิทธิภาพในการกักเก็บประจุและความเสถียรสูง แต่มีข้อจำกัดเรื่องต้นทุนรวมถึงวัตถุดิบการผลิตจำเป็นต้องใช้โลหะหายากอย่างลิเธียมและโคบอลต์ รวมถึงอายุการใช้งานจำกัดจึงไม่เหมาะสมในการใช้งานระยะยาว

 

          อีกทั้งปัจจุบันปัญหาเรื่องพลังงานเริ่มกลับมาเป็นภาระรัดตัวหลายประเทศ ผลจากสงครามยูเครน-รัสเซียรวมถึงการคว่ำบาตรนำไปสู่การตัดก๊าซธรรมชาติของรัสเซีย ราคาพลังงานพุ่งสูงจากราคาน้ำมันในตลาดโลก หลายประเทศในยุโรปถึงขั้นต้องหันไปพึ่งพาโรงไฟฟ้าถ่านหินอีกครั้ง หลังปิดทำการตามแนวทางการรักษาสิ่งแวดล้อม

 

          นั่นทำให้หลายชาติพากันเร่งพัฒนาทุ่มงบประมาณเพื่อมองหาตัวเลือกทดแทน และหนึ่งในข้อเสนอที่หยิบยกมาคือการพัฒนาแบตเตอรี่กักเก็บพลังงานที่ได้จากพลังงานหมุนเวียน นำมาสู่การเกิดขึ้นของแบตเตอรี่ชนิดใหม่ที่มีวัตถุดิบอย่าง ทราย

 

          แบตเตอรี่ทราย ทางเลือกใหม่สำหรับพลังงานทดแทน

 

          ความสำเร็จนี้เกิดจากทีมวิจัยในเมือง Kankaanpää ประเทศฟินแลนด์ กับการมองหาวิธีกักเก็บพลังงานสีเขียวรูปแบบใหม่ ให้สอดคล้องกับการใช้งานและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เพื่อให้พลังงานมีมากพอในการนำไปหล่อเลี้ยงคนในประเทศโดยไม่ต้องพึ่งพาต่างชาติอีกต่อไป

 

          องค์ประกอบสำคัญของกรรมวิธีนี้คือทราย มีการจัดสร้างหอคอขนาดยักษ์อัดแน่นไปด้วยทรายน้ำหนักกว่า 100 ตัน นี่เป็นสิ่งที่ใช้เก็บพลังงานส่วนเกินจากระบบพลังงานหมุนเวียนในรูปแบบพลังงานความร้อน จากคุณสมบัติที่มีจุดหลอมเหลวสูงของทรายจะช่วยให้สามารถเก็บพลังงานความร้อนมหาศาลเอาไว้ได้

 

          ขั้นตอนการทำงานของระบบนี้คือ เมื่อมีการผลิตพลังงานจากกังหันลมหรือโซลาร์เซลล์ พลังงานที่เกิดขึ้นหลังจากนำไปหล่อเลี้ยงจะเกิดพลังงานส่วนเกินขึ้น จะนำเอาพลังงานนั้นมาแปลงเป็นความร้อนแล้วไปเก็บไว้ในหอคอย จากนั้นเมื่อถึงเวลาต้องใช้งานก็จะจ่ายพลังงานความร้อนมาต้มน้ำ แล้วนำมาจ่ายตามบ้านเรือนเพื่อให้ประเทศผ่านพ้นฤดูหนาวไปได้

 

          ข้อดีของระบบนี้คือการกักเก็บพลังงานด้วยทรายมีต้นทุนต่ำกว่าการใช้แบตเตอรี่ทั่วไปมาก วัสดุที่ใช้เป็นโครงหลักคือทรายซึ่งสามารถใช้งานตามท้องตลาดทั่วไป ลดการพึ่งพาพลังงานโดยเฉพาะก๊าซธรรมชาติจากรัสเซีย รวมถึงยังเป็นระบบกักเก็บพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

 

          ข้อจำกัดในปัจจุบันคือการกักเก็บอยู่ในรูปแบบพลังงานความร้อน ขั้นตอนการแปลงกลับมาเป็นไฟฟ้าก็ไม่ใช่เรื่องง่ายจึงอาจไม่เป็นประโยชน์นักต่อระบบโดยรวม แต่สำหรับการผ่านพ้นช่วงเวลายากลำบากและรับมือกับวิกฤติพลังงาน แบตเตอรี่ทรายก็ดูเป็นตัวเลือกน่าสนใจที่สามารถลดผลกระทบต่อผู้คนเป็นจำนวนมากได้เช่นกัน

 

 

 

          จริงอยู่ในปัจจุบันแบตเตอรี่ชนิดนี้สามารถเก็บกักได้เพียงพลังงานความร้อน การนำมาใช้งานก็เป็นไปอย่างจำกัด แต่นี่เป็นหนทางช่วยแก้ปัญหาความเสถียรของพลังงานหมุนเวียน นอกจากนี้พลังงานความร้อนเองก็เป็นองค์ประกอบสำคัญของอุตสาหกรรมมากมาย เช่น การผลิตอาหาร, เครื่องดื่ม, สิ่งทอ, ยา ฯลฯ และนำไปใช้งานได้อีกมากมาย

 

          คงต้องรอดูต่อไปว่าเทคโนโลยีนี้จะจบเพียงนำมาใช้แก้ขัดก๊าซธรรมชาติหรือกลายเป็นเทคโนโลยีแห่งอนาคตกันแน่?

 

 

 

 

          ที่มา

 

          https://interestingengineering.com/worlds-first-sand-battery

 

          https://www.bbc.com/news/science-environment-61996520