แบตฯ ลิเทียมไอออนจาก “แกลบ – ขยะโซลาร์เซลล์” ปฏิวัติวงการพลังงาน

กระแสการใช้ยานยนต์ไฟฟ้าที่กำลังได้รับความนิยมไปทั่วโลก หนุนให้ความต้องการการใช้แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนเพิ่มขึ้นเกือบร้อยละ 80 และการที่หลายประเทศออกนโยบายด้านสิ่งแวดล้อม ได้สร้างแรงกระเพื่อมให้วงการอุตสาหกรรมแบตเตอรี่มีการปรับตัวตาม เห็นได้ชัดจากการที่ประเทศมหาอำนาจด้านยานยนต์และชิ้นส่วนต่างแข่งขันกันผลิตเพื่อใช้ในประเทศและส่งออก พร้อมนำเสนอคุณสมบัติความล้ำในการใช้งาน

 

รายงานของ Wood Mackenzie บริษัทที่ปรึกษาด้านพลังงานและอื่น ๆ คาดการณ์ว่าแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนทั่วโลกจะมีกำลังการผลิตอยู่ที่ 5,500 gigawatt-hour (GWh) ในปี 2030 ซึ่งเพิ่มขึ้นจากปี2021 มากถึง 5 เท่า และมีโรงงานผลิตแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนมากกว่า 300 แห่งทั่วโลก 

 

 

สำหรับประเทศไทย มีสตาร์ทอัพและธุรกิจที่หันมาผลิตแบตเตอรี่เพื่อใช้ในยานยนต์ไฟฟ้าเพิ่มอย่างต่อเนื่อง รวมทั้งมีการคิดค้นแนวทางการผลิตใหม่ ๆ ซึ่งหนึ่งในกระบวนการที่น่าสนใจคือ การนำของเหลือใช้ที่มีจำนวนมหาศาลในไทยอย่าง “แกลบและขยะโซลาร์เซลล์” มาใช้เป็นวัสดุสำหรับผลิตแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน ช่วยสร้างมูลค่าให้วัสดุของไทยในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ แถมยังสร้างสิ่งแวดล้อมที่ดีให้กับโลก โดยได้รับรางวัลชนะเลิศ ด้านสังคมและสิ่งแวดล้อม ประเภทหน่วยงานภาครัฐ จากรางวัลนวัตกรรมแห่งชาติ ประจำปี 2566 จากสํานักงานนวัตกรรมแห่งชาติ (องค์การมหาชน) หรือ NIA กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.) หนึ่งในหน่วยงานผู้กำหนดทิศทางนวัตกรรมไทย ซึ่งจะพาไปอินไซด์แนวคิดและมุมมองการเปลี่ยนสิ่งแวดล้อมให้ดีขึ้นจากผู้พัฒนาและคิดค้น เรียกได้ว่าเป็นการเปิดโลกที่นำ “แกลบ” และ “ขยะโซลาร์เซลล์” เข้าไปยืนในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่คาดการณ์ว่าจะมีมูลค่าสูงถึง 1.8 แสนล้านดอลลาร์สหรัฐในอีกไม่ถึง 10 ปีนี้

 

 

จุดเริ่มต้นไอเดียแปลง แกลบ – ขยะโซลาร์เซลล์ สู่แบตเตอรี่ลิเทียมไอออน

ผลงานแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนจากแกลบ – ขยะโซลาร์เซลล์ ที่โรงงานแบตเตอรี่และพลังงานยุคใหม่ มหาวิทยาลัยขอนแก่น คิดค้นและพัฒนาขึ้น ได้รับแรงสนับสนุนมาจากความต้องการที่จะเปลี่ยนของเหลือใช้อย่างแกลบ และขยะโซลาร์เซลล์ให้เป็นวัสดุขั้วไฟฟ้าที่มีชื่อว่า “นาโนซิลิกอน” เพื่อใช้ในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน ซึ่งประเทศไทยมีแกลบเป็นของเหลือทิ้งทางการเกษตรปริมาณมหาศาล แต่ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมมูลค่าไม่สูงมากและมูลค่าเหล่านั้นไม่ได้กลับไปสู่เกษตรกรหรือผู้ผลิตโดยตรง รวมถึงมีขยะโซล่าร์เซลล์ที่หมดอายุการใช้งานราว 4,000 ตัน ในปี 2565 และคาดการณ์ว่าอีก 20 ปีข้างหน้าขยะโซลาร์เซลล์จะมีปริมาณเพิ่มขึ้นถึงหลักล้านตัน มารีไซเคิลเป็นขั้วไฟฟ้าในแบตเตอรี่จากส่วนประกอบสำคัญอย่าง “ซิลิกอน” เนื่องจากประเทศไทยไม่มีกระบวนการนำโซลาร์เซลล์ที่พังมารีไซเคิลเป็นแผงโซลาร์เซลล์ใหม่ หรือผลิตเป็นอย่างอื่น เพราะมองว่าต้นทุนสูง ไม่คุ้มที่จะลงทุน ที่ผ่านมาจึงกำจัดด้วยการทิ้งในหลุมฝังกลบเกือบร้อยเปอร์เซ็นต์ เมื่อฝนตก น้ำท่วม สารเคมีที่อยู่ในนั้นก็อาจจะส่งผลต่อสิ่งแวดล้อมได้ อุตสาหกรรมการรีไซเคิลโซลาร์เซลล์ จึงไม่ใช่เศรษฐกิจหมุนเวียนที่ยั่งยืนของประเทศ

 

 

เนรมิต “แกลบ – ขยะโซลาร์เซลล์” สู่แหล่งพลังงานแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนด้วยนวัตกรรม

แบตเตอรี่จะจุได้เยอะ วิ่งได้ไกล ชาร์จไฟได้มากแค่ไหน? ขึ้นอยู่กับหัวใจหลักสำคัญอย่างวัสดุที่ใช้ทำขั้วไฟฟ้า มหาวิทยาลัยขอนแก่นในฐานะผู้เชี่ยวชาญด้านวิจัยและพัฒนาวัสดุที่เกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่จึงได้จัดตั้งโรงงานแบตเตอรี่และพลังงานยุคใหม่ เพื่อทำหน้าที่ผลิตและจำหน่ายแบตเตอรี่ให้กับประเทศ ดังนั้น เมื่อมีการทำวิจัยเกี่ยวกับวัสดุที่จะนำมาใช้ผลิตเป็นแบตเตอรี่ “รศ. ดร.นงลักษณ์ มีทอง อาจารย์สาขาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ ในฐานะผู้อำนวยการโรงงานแบตเตอรี่และพลังงานยุคใหม่ มหาวิทยาลัยขอนแก่น” จึงคำนึงถึงประโยชน์ที่คนในประเทศจะได้รับจากการที่ประเทศไทยมีทรัพยากรที่สามารถนำมาผลิตเป็นแบตเตอรี่ เพื่อสร้างประโยชน์ให้กับประเทศมากกว่าที่จะเป็นเพียงแค่การซื้อมาขายไปเหมือนเช่นในอดีตที่ผ่านมา

 

รศ. ดร.นงลักษณ์ มีทอง ผู้อำนวยการโรงงานแบตเตอรี่และพลังงานยุคใหม่ มหาวิทยาลัยขอนแก่น อธิบายว่า แบตเตอรี่มีส่วนประกอบสำคัญและมีมูลค่าสูงอยู่ 2 ส่วน คือ ขั้วไฟฟ้าฝั่งขั้วบวก หรือ แคโทด (Cathode) ซึ่งมีองค์ประกอบเป็นสารประเภทลิเทียม ขั้วไฟฟ้าฝั่งขั้วลบ หรือ แอโนด (Anode) มีองค์ประกอบเป็นสารประเภทกราไฟท์และซิลิกอน ปัจจุบันผู้ผลิตแบตเตอรี่รายใหญ่ของประเทศไทยยังนำเข้าวัสดุเคมีภัณฑ์ทั้งขั้วบวกและขั้วลบจากต่างประเทศร้อยเปอร์เซ็นต์ เพราะไทยไม่มีเหมืองแร่อย่างเช่นประเทศออสเตรเลียและอเมริกาใต้ ซึ่งขั้นตอนกว่าจะได้วัสดุเคมีภัณฑ์ประเภทซิลิกอนมานั้น ต้องดูดทรายจากทะเลมาเผาด้วยอุณหภูมิ 2,000 กว่าองศาเซลเซียส หรือขุดภูเขาหาแร่ควอตซ์ การทำเหมืองจึงจัดเป็นอุตสาหกรรมที่ใช้พลังงานสูง หากประเทศไทยมีวัสดุที่จะช่วยให้การผลิตแบตเตอรี่เกิดขึ้นได้โดยไม่ทำลายสิ่งแวดล้อม แถมยังช่วยลดการเกิดขยะให้กับโลก ก็ถือเป็นตัวเลือกที่ควรได้รับการพัฒนา

 

“ถ้าถามว่าประเทศไทยสามารถหาซิลิกอนจากแหล่งใดได้บ้าง จะเห็นว่าไทยเป็นเมืองเกษตรกรรม และมีการใช้โซลาร์เซลล์ในหลายพื้นที่ ซึ่งโซลาร์เซลล์ 1 แผงจะมีซิลิกอนประมาณ 1 กิโลกรัม ส่วนแกลบก็เป็นพืชที่มีส่วนผสมของซิลิกอนสูงที่สุดในบรรดาพืชทั้งหมดที่เรามี ดังนั้น เทคโนโลยีและนวัตกรรมที่มหาวิทยาลัยขอนแก่นพัฒนาขึ้น จะเป็นการสกัดวัสดุที่ชื่อว่า “นาโนซิลิกอน” จากแกลบและแผงโซลาร์เซลล์ เพื่อใช้ผลิตเป็นขั้วลบในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน ซึ่งการเอาแกลบมาทำเป็นนาโนซิลิกอนจะใช้อุณหภูมิในการเผาต่ำกว่า 600 – 700 องศาเซลเซียส ถือว่าน้อยกว่าการใช้พลังงานในอุตสาหกรรมการผลิตแร่รูปแบบเหมืองหลายเท่าตัว เพราะการทำเหมืองมันคือการขุด เผา ล้าง และทำลาย จึงส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมสูง ต่างจากนาโนซิลิกอนที่ได้จากแกลบและขยะโซลาร์เซลล์ ซึ่งนอกจากจะมีประสิทธิภาพมากกว่าวัสดุนาโนซิลิกอนรูปแบบเดิมแล้วยังช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม อีกทั้งมีกระบวนการสังเคราะห์ที่ง่ายกว่า คนผลิตได้รับความเสี่ยงจากอันตรายที่ต่ำกว่า จึงช่วยลดต้นทุนการผลิตให้กับประเทศไปได้หลายเท่า”

 

 

ส่องต้นแบบผลิตภัณฑ์ใช้นาโนซิลิกอนจากแกลบ – ขยะโซลาร์เซลล์” สู่พลังงานในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน

สำหรับ “นาโนซิลิกอน” จากแกลบและแผงโซลาร์เซลล์ ที่มหาวิทยาลัยขอนแก่นพัฒนาขึ้น ปัจจุบันถูกใช้เป็นวัสดุขั้วลบในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่สามารถรองรับการทำงานได้หลากหลาย ทั้งกลุ่มอุปกรณ์พกพา (Portable) กลุ่มการเดินทางและขนส่ง (Mobility) และกลุ่มกักเก็บพลังงาน (Energy Storage) ซึ่งแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่มีซิลิกอนเข้าไปเป็นส่วนประกอบหลักในการผลิตจะมีจุดเด่นตรงที่น้ำหนักเบา เก็บพลังงานความจุไฟฟ้าได้เพิ่มขึ้นอย่างน้อยร้อยละ 15 ทำให้ยานยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่ชนิดนี้ มีระยะการขับเคลื่อนได้ไกลกว่าเดิม ลดโอกาสการระเบิด ปลอดภัยกว่าวัสดุที่ใช้ในท้องตลาดทั่วไป และรองรับการชาร์จเร็วกว่าเดิม 4 เท่า

 

 

ผลิตภัณฑ์ที่ทางโรงงานแบตเตอรี่และพลังงานยุคใหม่ มหาวิทยาลัยขอนแก่น ผลิตและจำหน่ายในปัจจุบันจะมีทั้งแบตเตอรี่แพ็กสำหรับมอเตอร์ไซค์ไฟฟ้า รถกอล์ฟไฟฟ้า และระบบกักเก็บพลังงานสำหรับโซล่าร์เซลล์ ซึ่งสถาบันมีโครงการสนับสนุนให้นักศึกษาและบุคลากรใช้มอเตอร์ไซค์ไฟฟ้าที่นำแบตเตอรี่ที่มหาวิทยาลัยผลิตขึ้นมาวิ่งใช้งานในบริเวณมหาวิทยาลัย นอกจากนี้ ยังมีกลุ่มอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ที่นิยมใช้นาโนซิลิกอนเป็นส่วนประกอบ เช่น พาวเวอร์แบงค์ สิ่งที่เราขับเคลื่อนเป็นเทคโนโลยีที่อยู่ในห่วงโซ่มูลค่าของการผลิตวัสดุแบตเตอรี่ โดยการประยุกต์เอาวัสดุนาโนซิลิกอนไปใช้งานในอุปกรณ์และแบตเตอรี่ที่มีอยู่ตามท้องตลาดให้เกิดมูลค่ามากขึ้น

 

ยกระดับวงการอุตฯ แบตเตอรี่ไทย สร้าง “แกลบ – ขยะโซลาร์เซลล์” สู่วัสดุมูลค่าสูงในห่วงโซ่คุณค่าโลก

รศ. ดร.นงลักษณ์ มองว่า อุตสาหกรรมการผลิตวัสดุสำหรับแบตเตอรี่เป็นห่วงโซ่อุปทานโลก (Global Supply Chain) กลุ่มเป้าหมายของไทยจึงไม่ใช่แค่ผู้ผลิตแบตเตอรี่ในประเทศเท่านั้น การทำให้นักลงทุนต่างชาติที่ต้องการมาลงทุนด้านการผลิตวัสดุภายในประเทศไทยมองเห็นถึงโอกาสในการขยายตลาดให้ใหญ่ขึ้นจึงเป็นสิ่งที่ท้าทาย เพราะโอกาสของประเทศไทย คือจะทำอย่างไรให้วัสดุนาโนซิลิกอนที่เกิดจากทรัพยากรของไทยอย่างแกลบและขยะโซลาร์เซลล์ สามารถเข้าไปอยู่ในห่วงโซ่คุณค่าอุตสาหกรรมการผลิตแบตเตอรี่ระดับโลกได้ ดังนั้น การสร้างความเชื่อมั่นในเทคโนโลยีและวัสดุที่ไทยสร้างขึ้นเป็นสิ่งที่มหาวิทยาลัยขอนแก่นพยายามสร้างและขับเคลื่อน เพื่อให้ภาคอุตสาหกรรมการผลิตแบตเตอรี่ทั้งในประเทศไทยและระดับโลกเห็นว่าไทยสามารถนำของที่มีมูลค่าต่ำอย่างแกลบและขยะโซลาร์เซลล์มาทำให้มีมูลค่าสูงขึ้นได้ และยังสร้างประโยชน์และสร้างรายได้เพิ่มให้กับคนในประเทศจากการเป็นผู้ผลิตวัตถุดิบให้กับอุตสาหกรรมแบตเตอรี่

 

 

“ห่วงโซ่คุณค่าของการผลิตแบตเตอรี่ ต้นน้ำคือคนทำเหมือง กลางน้ำคือคนทำวัสดุที่เกี่ยวข้อง สร้างขั้วบวก ขั้วลบ และปลายน้ำคือคนทำผลิตภัณฑ์ที่ใช้แบตเตอรี่ ซึ่งคนที่อยู่ส่วนกลางน้ำเป็นจุดที่มีค่าแตกต่างระหว่างราคาทุนกับราคาขาย (Margin) ต่ำมาก ดังนั้น หากเราสามารถทำให้อุตสาหกรรมหรือภาคการผลิตภายในประเทศเห็นภาพว่าเราไม่จำเป็นต้องอยู่ในทุกขั้นของห่วงโซ่อุปทาน แต่เราเลือกจะอยู่ในขั้นที่มีจุดเด่น หรือเรามีวัสดุที่จะทำให้อยู่ในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ได้ก็อาจเพียงพอแล้ว แม้การสร้างมูลค่าจากห่วงโซ่คุณค่าในอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าจะมีมากก็จริง แต่ประโยชน์จะอยู่ในวงจรปิด ประโยชน์ถึงท้องถิ่นและประชาชนน้อยมาก ปัจจุบันประชาชนและองค์กรให้ความสำคัญเรื่อง ESG และ sustainability หากเราสามารถเป็นแหล่งขยายเทคโนโลยีเรื่องการรีไซเคิลวัสดุประเภทแกลบและแผงโซลาร์เซลล์ให้ไปอยู่ในวัสดุที่มีมูลค่าสูงในอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าและแบตเตอรี่ได้จะช่วยสร้างมูลค่าทางเศรษฐกิจให้กับประเทศได้อย่างยั่งยืน สิ่งที่เราวางไว้จะเกิดขึ้นได้หากทุกภาคส่วนมองเห็นภาพตรงกันและช่วยกับผลักดัน"

 

นายยุทธนากร คณะพันธ์ นักศึกษาปริญญาเอก สาขาวิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น หนึ่งในทีมผู้ร่วมวิจัย อธิบายเพิ่มเติมว่า เทคโนโลยีที่สร้างขึ้นนี้ จะเปลี่ยนบริบทให้คนรับซื้อของเก่าในห่วงโซ่มูลค่าของการรีไซเคิลขยะโซลาร์เซลล์และชาวนาเป็นผู้จัดหาวัสดุ คล้ายกับคนทำเหมืองแร่ในต่างประเทศด้วยการสร้างรายได้เพิ่ม เช่น แผงโซลาร์เซลล์ 1 แผง จะมีน้ำหนักประมาณ 20 กิโลกรัม โดยปกติถ้านำไปรีไซเคิล แยกชิ้นส่วนกรอบอลูมิเนียมและกระจกแผงโซลาร์เซลล์ไปขาย จะมีมูลค่าเพียง 100-200 บาทเท่านั้น เช่นเดียวกับแกลบที่เมื่อนำไปเผาเป็นไบโอแมสออกมาเป็นขี้เถ้าจะไม่สามารถสร้างมูลค่าได้ แต่หากนำมาสังเคราะห์เป็นนาโนซิลิกอนไปขายให้กับภาคธุรกิจที่ทำแบตเตอรี่จะสามารถเพิ่มมูลค่าให้กับนาโนซิลิกอนได้ประมาณ 1,000 บาทต่อกิโลกรัม อีกทั้งยังช่วยลดผลกระทบต่อชุมชนและสิ่งแวดล้อม ซึ่งนำไปสู่การรีไซเคิลขยะโซลาร์เซลล์ที่เหมาะสม และสามารถใช้พลังงานสะอาดได้อย่างยั่งยืน