นาโนเทค ตัวช่วยเก็บพลังแดด

เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์เข้มข้น (Concentrated Solar Power: CSP) เป็นเทคโนโลยีการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ที่ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลาย โดยใช้หลักการรวมแสงลงบนบริเวณพื้นผิวจำกัด และเกิดความร้อนสะสมบริเวณพื้นผิวของตัวรับความร้อน เช่น ท่อโลหะ ที่บรรจุของเหลวแลกเปลี่ยนความร้อน โดยทั่วไปวัสดุเคลือบดูดซับความร้อนบนท่อโลหะนี้นิยมทำมาจากระบวนการเคลือบผิวด้วย physical vapor deposition, PVD ของสารผสมระหว่างโลหะและโลหะออกไซด์ ซึ่งมีต้นทุนทางวัสดุและเทคโนโลยีที่สูงมาก จึงมีการใช้กราฟีนแทนเพื่อลดต้นทุน

 

โจทย์จากเอกชนเพื่อพลังงานทางเลือก

            “การใช้กราฟีนจากการพ่นเคลือบเป็นวัสดุดูดซับความร้อนเป็นทางเลือกหนึ่งในการลดต้นทุนเทคโนโลยี CSP จากผลทดสอบพ่นเคลือบกราฟีนลงบนท่อแสตนเลสสามารถดูดซับความร้อนจากแสงอาทิตย์ได้ อย่างไรก็ตาม กราฟีนที่พ่นลงบนผิวของท่อโลหะมีปัญหาการหลุดลอก บริษัท เอทีอี จำกัด ที่เป็นผู้ประกอบการจึงมาหาเราพร้อมโจทย์ความต้องการที่จะให้กราฟีนยึดติดกับผิวท่อโลหะได้ดี” พิศิษฐ์ คำหน่อแก้ว นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการจัดเรียงโครงสร้างและอนุภาคระดับนาโน หน่วยวิจัยนาโนเทคโนโลยี ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ กล่าวในฐานะหัวหน้าโครงการวิจัย

            ความท้าทายเริ่มขึ้น เนื่องจากกราฟีนไม่สามารถยึดเกาะกับท่อโลหะได้ด้วยตัวเอง จากสภาพพื้นผิวของทั้งสองสิ่งที่ไม่เข้ากัน ทีมวิจัยจากนาโนเทคจึงทำการศึกษาการใช้วัสดุนาโนเพื่อเพิ่มการยึดเกาะของอนุภาคกราฟีน โดยได้พัฒนาสูตรสำหรับการเคลือบท่อที่ไม่หลุดลอก

            “เรามองหาอนุภาคสารผสมที่มีคุณสมบัติช่วยเพิ่มการยึดเกาะจนกระทั่งเจอสารนาโนซิลิกา และใช้เวลาในการพัฒนาสูตรการฟีนผสมสารเคลือบที่ยึดเกาะได้ดี ทนอุณหภูมิได้ถึง 500 องศาเซลเซียส และสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการดูดซับความร้อนได้ดีมากขึ้น” นักวิจัยอธิบาย

            สารดูดซับความร้อนสำหรับท่อดูดซับความร้อนในระบบผลิตพลังงานแบบรางพาราโบลา (Parabolic trough Solar Concentrator) เป็นสารผสมนาโนซิลิกาและอนุภาคนาโนกราฟีน  ซึ่งมีการยึดเกาะบนผิวท่อสแตนเลสได้ดีและสามารถดูดซับความร้อนได้มากขึ้น ซึ่งสารเคลือบนี้มีความทนทานต่อการความร้อนที่อุณหภูมิ 500 องศาเซลเซียสในสภาวะไม่มีออกซิเจน เช่น สุญญากาศสูง 10-6 mbar  หรือในบรรยากาศไนโตรเจน  ทนต่อการยืดหดของท่อโลหะที่มีการยืดและหดตัวในช่วงอุณหภูมิ  30-500 องศาเซลเซียส

นอกจากนี้ ทีมวิจัยยังได้พัฒนาวิธีการเคลือบ และการขยายกำลังการผลิตในระดับอุตสาหกรรม โดยสามารถใช้วิธีการพ่นเคลือบจากเสปรย์ ซึ่งมีต้นทุนต่ำกว่าเทคโนโลยีการเคลือบผิวแบบตกเคลือบด้วยไอทางกายภาพ (Physical Vapour Deposition) มาก 

 

ส่งต่อเชิงพาณิชย์ ลดการนำเข้า

            พิศิษฐ์เผยว่า บริษัท เอทีอี จำกัด ได้รับการถ่ายทอดเทคโนโลยีสารเคลือบกราฟีนฯ โดยนำมาใช้ผลิตท่อดูดซับความร้อนในระบบราง และใช้งานได้จริงสำหรับการผลิตไอน้ำยิ่งยวด ตั้งแต่เดือน พฤษภาคม 2559 เป็นต้นมา ณ โรงงานต้นแบบการผลิตพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ อ.บางปะกง จ.ฉะเชิงเทรา

            โรงงานดังกล่าวสามารถผลิตไอน้ำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิมากกว่า 400 องศาเซลเซียส จากท่อดูดซับความร้อนที่เคลือบสารผสมกราฟีน   เทคโนโลยีการผลิตสารผสมกราฟีน และการพ่นเคลือบสามารถขยายขนาดและกำลังการผลิตได้ง่าย ซึ่งมีความเป็นไปได้ที่จะใช้สารเคลือบตัวนี้ในการเคลือบท่อแสตนเลสทั้งหมดที่ใช้ในระดับภาคอุตสาหกรรม

            นอกจากนี้ ผู้ประกอบการยังผลิตท่อดูดซับความร้อนป้อนผู้ประกอบการ โดยลูกค้ารายแรกจำนวน 3,000 หลอดเป็นโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนแสงอาทิตย์ ของบริษัท ไทย โซล่าร์ เอ็นเนอร์ยี่ จำกัด (มหาชน) ที่ผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ ในเชิงพาณิชย์โรงงานแรกของประเทศไทย

การผลิตหลอดดูดซับความร้อนดังกล่าวมีต้นทุนการผลิตอยู่ที่ 500 เหรียญสหรัฐหรือราว 1.5-1.75 หมื่นบาทต่อหลอด ในขณะที่การนำเข้าหลอดดูดซับความร้อนจากประเทศเยอรมันนี จะมีราคาเป็น 3 เท่าหรือประมาณ 1,500 เหรียญสหรัฐ ทำให้สามารถลดต้นทุนในส่วนของหลอดบรรจุความร้อน อยู่ที่ประมาณ 100 ล้านบาท จากการประเมินมูลค่าผลกระทบเชิงเศรษฐกิจและสังคมตามแนวทางสำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) จะมีมูลค่ากว่า 157 แสนล้านบาท และมีการลงทุนเพิ่มเติมกว่า 30 ล้านบาท

            “ความสำเร็จจากงานวิจัยนี้ ทำให้ผู้ประกอบการเดินหน้าร่วมมือกับเราในการทำวิจัยเพิ่มอีก 2 โครงการ ด้วยโจทย์วิจัยต่อยอดที่ต้องการเพิ่มอุณหภูมิเพื่อดูดซับพลังงานความร้อนที่มากขึ้น รวมถึงการเลือกใช้วัสดุใหม่ๆ อีกด้วย” หัวหน้าโครงการจากห้องปฏิบัติการจัดเรียงโครงสร้างและอนุภาคระดับนาโน นาโนเทคทิ้งท้าย