
สิ่งละอันพันละน้อย 2556 > ผลิตไฟฟ้าจากพลังออสโมซิส
ผลิตไฟฟ้าจากพลังออสโมซิส
จากหนังสือสิ่งละอันพันละน้อย 2556โดย รองศาสตราจารย์ ดร. วรากรณ์ สามโกเศศมหาวิทยาลัยธุรกิจบัณฑิตย์
เราคุ้นกับการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากน้ำ น้ำมัน ก๊าซ ถ่านหิน ลม แสงแดด สารกัมมันตรังสี น้ำร้อนใต้ดิน ฯลฯ อย่างไรก็ดียังมีวิธีการผลิตไฟฟ้าที่น่าแปลกใจคือผลิตจากความแตกต่างระหว่างความเค็มของน้ำเค็มและน้ำจืด ปัจจุบันมีความเป็นไปได้สูงขึ้นทุกทีในการผลิตไฟฟ้าด้วยวิธีนี้อย่างเป็นกอบเป็นกำญี่ปุ่นกับนอร์เวย์กำลังร่วมมือกันผลิตไฟฟ้าจากน้ำเค็มและน้ำจืด การผลิตไฟฟ้าเช่นนี้มีชื่อเรียกว่า Osmotic Power หรือ Salinity Gradient Power เป็นการผลิตที่ไม่ใช้วัตถุดิบที่หมดไปจากโลก เช่น ถ่านหิน ก๊าซ น้ำมัน ฯลฯ หากใช้น้ำเค็มจากทะเลและน้ำจืดจากห้วย หนอง คลองบึง หรือแม่น้ำ ซึ่งเป็นวัตถุดิบที่หามาทดแทนได้เสมอศาสตราจารย์ Akihiko Tanioka แห่ง Tokyo Institute of Technology เป็นหัวหน้าโครงการพัฒนาไฟฟ้าชนิดนี้ร่วมกับนอร์เวย์ โดยจะตั้งโรงงานตัวอย่างที่ Fukuokaหลักการของมันก็มีง่าย ๆ ดังนี้ เมื่อน้ำจืดกับน้ำทะเลที่มีความเค็มสูงมาอยู่ในถังเดียวกัน แต่ถูกกั้นแบ่งจากกันด้วยเยื่อบาง ๆ ที่โมเลกุลของน้ำซึมผ่านไปได้แต่โมเลกุลเกลือผ่านไม่ได้ เมื่อทั้งสองฝั่งมีความเข้มข้นของเกลือไม่เท่ากัน ของเหลวจากฝั่งเข้มข้นน้อยกว่าก็จะซึมผ่านไปยังฝั่งเข้มข้นกว่า ดังที่เรารู้จักกันในนามของกระบวน osmosis การเคลื่อนไหวของโมเลกุลของน้ำจากฝั่งน้ำจืดก่อให้เกิดพลังงานที่มีโมเมนตัมสามารถหมุนใบพัดให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นได้ (โลหะที่เคลื่อนตัวตัดผ่านสนามแม่เหล็กจะก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้า)ในการตั้งโรงงานผลิตไฟฟ้า น้ำจืดจะถูกสูบจากบ่อน้ำที่บำบัดแล้วจากน้ำเสีย (น้ำจืดปกติก็ได้ แต่จะใช้น้ำบำบัดแล้วนี้เพื่อให้เห็นประโยชน์ยิ่งขึ้น) และสูบน้ำเค็มมาจากน้ำทะเลดัดแปลงให้เค็มยิ่งขึ้น น้ำทั้งสองชนิดจะถูกสูบลงไปไว้ในถังเดียวกัน โดยทั้นแยกจากกันด้วยเยื่อพิเศษเพื่อให้เกิดกระบวนการ osmosis ดังกล่าวสิ่งที่ต้องระวังก็คืออย่าให้น้ำทั้งสองชนิดปนเปกันจนความแตกต่างของความเค็มหายไปได้ (คล้ายกับที่ต้องแยกคนชนิดที่ทะเลเรียกว่าพี่ออกไปจากคนปกติ) น้ำผลิตไฟฟ้าได้ด้วยความแตกต่างของความสูงระหว่างระดับน้ำที่ไหลลงมากับตัวใบพัดหมุนฉันใด ในวิธีนี้ความแตกต่างระหว่างความเข้มข้นของความเค็มก็ฉันนั้นในโรงงานตัวอย่างนี้ใช้ท่อสูบน้ำถึง 8 ท่อด้วยกัน โดยแต่ละท่อมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 30 เซนติเมตร และยาว 1.4 เมตร เมื่อผ่านกระบวนการ osmosis แล้ว น้ำในฝั่งเค็มจัดไหลเร็วขึ้นถึงร้อยละ 50-80ในหนึ่งท่อระบบน้ำจะทำให้เกิดพลังน้ำเทียบเท่าพลังน้ำที่เกิดจากการไหลตกลงมาจากความสูง 300 เมตร อย่างไรก็ดีในการสูบน้ำขึ้นมาจำเป็นต้องใช้พลังงานไฟฟ้าช่วย แต่ก็สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้มากกว่าที่ใช้ไป ดังนั้นมันจึงเป็นเครื่องผลิตกระแสไฟฟ้าซึ่งสามารถผลิตได้ 1-2 กิโลวัตต์ของพลังงานไฟฟ้าบริษัทเอกชนของนอร์เวย์ได้พัฒนาการผลิตไฟฟ้าด้วยวิธีนี้มานานพอควร แต่ปัญหาติดอยู่ที่การใช้เยื่อที่มีคุณภาพสูง ซึ่งปัจจุบันบริษัทญี่ปุ่นแห่งหนึ่งเป็นผู้ประดิษฐ์เยื่อวิเศษนี้ที่มีความหนาเพียง 0.1 มิลลิมิเตอร์ ดังนั้นทั้งสองฝ่ายจึงร่วมมือกันปัจจัยสำคัญก็คือการมีความแตกต่างของความเข้มข้นของความเค็มระหว่างสองน้ำที่มีเสถียรภาพ เยื่อที่ดีต้องป้องกันการไหลของน้ำจากฝั่งเค็มไปยังอีกฝั่งหนึ่ง ในขณะเดียวกันก็ต้องช่วยให้น้ำจืดไหลซึมผ่านไปยังฝั่งเค็มได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยความเชี่ยวชาญของบริษัทญี่ปุ่นแห่งนี้มาจากการเป็นผู้ผลิตเยื่อกรองที่มีคุณภาพสูงในการผลิตน้ำเค็มเป็นน้ำจืด (Desalination of Seawater) ซึ่งปัจจุบันมีการผลิตน้ำจืดด้วยวิธีนี้กัน หลายแห่ง โดยเฉพาะแถบประเทศอาหรับ แต่ต้นทุนยังสูงกว่าน้ำปกติหลายเท่าตัวจุดเด่นของการผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานออสโมซิสก็คือสามารถผลิตได้ใน ทุกสภาวะอากาศ เป็นพลังงานที่ใช้วัตถุดิบทดแทนซึ่งหาได้ในราคาถูกและมีอยู่แทบทุกหนแห่ง อีกทั้งมีประสิทธิภาพในการผลิตถึงร้อยละ 85 หรือมากกว่านั้น ซึ่งสูงกว่าประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าโดยใช้แสงอาทิตย์หรือพลังงานลมถึงกว่า 4 เท่าตัวนักพัฒนากลุ่มนี้ประเมินว่าต้นทุนของการผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยวิธีออสโมซิสตกอยู่ประมาณ 3.3-9.9 บาทต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง ซึ่งถูกกว่าพลังงานแสงอาทิตย์ (12 บาทต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง) แต่แพงกว่าพลังงานลม (4.2-7.2 บาทต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง)โรงงานผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยวิธีการ osmosis สมควรตั้งอยู่ริมทะเลตรงบริเวณที่มีปากแม่น้ำเพื่อสามารถสูบน้ำจืดและน้ำเค็มมาใช้ อย่างไรก็ดีน้ำเค็มที่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าจะถูกปล่อยลงทะเลอีกครั้งซึ่งอาจทำให้ความเค็มของทะเลในบริเวณนั้นเปลี่ยนแปลงไป โดยเฉพาะในกรณีที่นำน้ำเค็มจัดมาใช้ สิ่งแวดล้อมและสัตว์ทะเลในบริเวณนั้นอาจถูกกระทบได้ข้อวิจารณ์ของการผลิตไฟฟ้าออสโมซิสก็คือความคงทนของเยื่อกรอง และความเป็นไปได้ในการผลิตไฟฟ้าออกมาอย่างเป็นกอบเป็นกำเหมือนโรงไฟฟ้าปกติ การทดลองในปัจจุบันเป็นเพียงโรงงานที่มีขนาดการผลิตที่เล็ก อย่างไรก็ดีกลุ่มพัฒนานี้คาดว่าก่อนปี 2015 จะสามารถผลิตโรงไฟฟ้าขนาดการผลิต 2,000 กิโลวัตต์ได้สำเร็จมีการประเมินว่าถ้าทั้งประเทศญี่ปุ่นใช้น้ำจืดจากแม่น้ำลำคลองกันเต็มที่แล้ว ประกอบกับน้ำเค็มที่มีอยู่มากมายไม่มีวันหมด ก็จะสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ถึง 6 ล้านกิโลวัตต์ ซึ่งเท่ากับกระแสไฟฟ้าที่ผลิตโดยโรงงานไฟฟ้าปรมาณูถึง 5-6 โรงทุกอย่างมีทางออกเสมอ ตราบที่เรายอมรับความคิดใหม่ ๆ และยอมปรับเปลี่ยนพฤติกรรมกัน ไม่มีอะไรที่ไม่มีทางออกถ้าทุกคนช่วยกันครับ
--------------------------------------------
ข้อเขียนในสิ่งละอันพันละน้อย 2556