‘ไฟฟ้าเคมี’ ลดกรดในทะเล กำจัดก๊าซคาร์บอน ต้นตอปัญหา ‘ภาวะโลกร้อน’

ทุกประเทศต่างพยายามที่จะยับยั้งความรุนแรงของ “ภาวะโลกร้อน” ซึ่งวิธีที่จะแก้ไขปัญหาได้อย่างรวดเร็วที่สุด คือ ลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก โดยเฉพาะ “ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์” ออกจากชั้นบรรยากาศและมหาสมุทรให้ได้มากที่สุด

นอกจากนี้ คาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายในมหาสมุทรจะทำปฏิกิริยากับสารเคมีที่เพิ่มความเป็นกรดของมหาสมุทรเพิ่มขึ้น โดยปรกติแล้วการละลายของแร่ธาตุจากหินตามแนวชายฝั่งจะใช้ปรับกรดช่วยปรับสมดุลความเป็นกรดนี้ ซึ่งกระบวนการนี้เรียกว่า “การผุกร่อนทางธรณีวิทยา” แต่ในช่วง 60 ปีที่ผ่านมา ก๊าซคาร์บอนเพิ่มขึ้นสูงจนเกินกว่าอัตราการผุกร่อนทางธรณีวิทยาไปมาก ส่งผลให้ความเป็นกรดในมหาสมุทรเพิ่มขึ้น 30%

เมื่อมหาสมุทรกลายเป็นกรด สัตว์ทะเลนับล้านชนิดและระบบนิเวศทั้งหมด โดยเฉพาะแนวปะการังไม่สามารถปรับตัวได้ ในที่สุดพวกมันก็จะตายลง

“ไฟฟ้าเคมี” ความหวังลด “ก๊าซคาร์บอน”

ก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์ค้นพบวิธีที่สามารถปรับสมดุลค่าความเป็นกรดด่าง (pH) ของมหาสมุทรได้โดยการเพิ่มความเป็นด่างในมหาสมุทร (OAE) ได้ ด้วยการเพิ่มแร่อัลคาไลที่บดละเอียดลงในมหาสมุทร เพื่อลดความเป็นกรดของน้ำโดยตรง แต่กระบวนการเหล่านี้จะต้องใช้ทรัพยากรจำนวนมากและต้องทำอย่างต่อเนื่อง ทั้งนี้ประมาณการว่าจะต้องเติมสารอัลคาไลน์ในปริมาณเท่ากับตึก Empire State 8,000 ตึก ลงในมหาสมุทรทุกปี ซึ่งเป็นเรื่องที่ไม่คุ้มทุนเป็นอย่างมาก

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแม็คมาสเตอร์และมหาวิทยาลัยโตรอนโต ของแคนาดาร่วมกัน ทำการศึกษาเพื่อหาทางลดก๊าซคาร์บอนในทะเลและลดความเป็นกรดในทะเล ซึ่งได้รับการสนับสนุนจาก Carbon to Sea Initiative องค์กรจำกัดก๊าซคาร์บอน โดยพบว่า “ไฟฟ้าเคมี” (Electrochemistry) เป็นหนึ่งในวิธีที่สามารถสลายคาร์บอนกับกรดในมหาสมุทร 

ด้วยกระบวนการที่เรียกว่า “ไบโพลาร์เมมเบรนอิเล็กโตรไดอะลิซิส” หรือ BMED ซึ่งเป็นการดึงกรดออกจากน้ำทะเลโดยตรงไม่ต้องเติมสารอื่น ๆ ใช้เพียงน้ำทะเล ไฟฟ้า และเมมเบรนชนิดพิเศษเท่านั้น ซึ่งเป็นวิธีการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปรับขนาดได้ ทำได้ง่าย และอาจคุ้มค่าที่สุด เพราะใช้พลังงานหมุนเวียน

ในกระบวนการ BMED เป็นกระบวนการที่ใช้ไฟฟ้าแยกกรดออกจากน้ำทะเล เมื่อนำน้ำทะเลเข้ากระบวนการ เมมเบรนจะอนุญาตให้ไอออนที่มีประจุผ่านได้เท่านั้น พร้อมปิดกั้นโมเลกุลที่เป็นกลางเช่น น้ำ

ดังนั้นกระแสไฟฟ้า BMED สามารถแยกไฮโดรเจนไอออน (H+) ซึ่งก่อให้เกิดความเป็นกรดออกจากน้ำทะเลได้ ส่วนสารละลายอัลคาไลน์ที่ได้สามารถใช้เพื่อทำให้น้ำทะเลที่เป็นกรดเป็นกลางในที่อื่นได้ นอกจากนี้ยังสามารถสร้างผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ที่มีคุณค่า เช่น ก๊าซไฮโดรเจน ซึ่งสามารถช่วยชดเชยต้นทุนการดําเนินงานได้

ในปี 2015 นักวิจัยสร้างและทดสอบระบบ BMED พบว่าวิธีการนี้สามารถทำงานใช้ได้ดี โดยเฉพาะเมื่อใช้ร่วมกับสิ่งอำนวยความสะดวกที่มีอยู่ เช่น โรงกลั่นน้ำทะเล แต่ในช่วงนั้น ปัญหาการเปลี่ยนแปลงทางสภาพภูมิอากาศยังไม่เป็นที่พูดถึงมากนัก ทำให้โครงการนี้ถูกยกเลิกไป

แต่ในปัจจุบันที่เกิด “สภาพอากาศสุดขั้ว” ตั้งแต่ไฟป่าครั้งใหญ่ในแคนาดา จนมีเดือนที่ร้อนที่สุดเป็นประวัติการณ์ รวมไปถึงอุณหภูมิทะเลที่อบอุ่นที่สุดเท่าที่เคยวัดมา ส่งผลให้ทีมวิจัยรื้อฟื้นเทคโนโลยี BMED ขึ้นมาอีกครั้ง เพื่อลดผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศลง

อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยี BMED ยังมีข้อจำกัดที่ต้องใช้เมมเบรนชนิดพิเศษ ที่เสี่ยงต่อการย่อยสลายได้ง่ายและมีอายุการใช้งานสั้น อีกทั้งมีต้นทุนสูง คิดเป็นประมาณ 30% ของงบประมาณทั้งหมด

 

พัฒนากระบวนการ “ไฟฟ้าเคมี” ให้มีประสิทธิภาพ

งานวิจัยนี้มีเป้าหมายที่จะพัฒนาและปรับปรุงเมมเบรนให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ พร้อมทั้งสร้างเมมเบรนที่สามารถปรับขนาดได้ มีต้นทุนต่ำ สามารถใช้ได้ทั่วโลกอย่างคุ้มทุน และสร้างผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมล้อมให้น้อยที่สุด โดยกำลังอยู่ในขั้นตอนการศึกษาวัสดุจากธรรมชาติ

อีกทั้งการพัฒนาระบบ BMED ที่คุ้มค่า ช่วยเปิดเส้นทางสู่ OAE ที่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจอีกด้วย นอกจากนี้ นักวิจัยกำลังพัฒนาวิธีการรวม BMED เข้ากับเทคโนโลยีการฟื้นฟูมหาสมุทรอื่น ๆ เช่น การดักจับและกักเก็บคาร์บอน

เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีบริษัทสตาร์ทอัพที่มีเป้าหมายในการกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในมหาสมุทรผ่าน OAE เกิดขึ้นหลายแห่ง ไม่ว่าจะเป็น Ebb Carbon, SeaO2 และ Vesta ซึ่งงานวิจัยนี้ได้สนับสนุนให้มีการสื่อสารอย่างเปิดเผยเกี่ยวกับความก้าวหน้าและความท้าทายที่ OAE เผชิญอยู่กับสาธารณะ สถาบันวิจัย รัฐบาล และภาคเอกชน เพื่อเร่งรัดการแก้ปัญหาความท้าทายของ OAE

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในการประเมินผลกระทบของการปรับความเป็นด่างของน้ำทะเลต่อระบบนิเวศทางทะเล ขณะเดียวกันก็พัฒนาและดำเนินการระบบที่เชื่อถือได้เพื่อวัดผล รายงาน และตรวจสอบปริมาณสุทธิของความเป็นกรดและคาร์บอนที่ถูกกำจัดออกไป

นอกจากนี้ ยังต้องระบุตำแหน่งการติดตั้งใช้งานขนาดใหญ่ที่เหมาะสมที่สุดซึ่ง OAE สามารถนำไปใช้ได้อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ โดยข้อควรพิจารณาเหล่านี้กำลังได้รับการวิจัยโดยกลุ่มต่าง ๆ แต่จำเป็นต้องมีการสนับสนุนเพิ่มเติมอีกมากเพื่อตรวจสอบและปรับขนาดเทคโนโลยีนี้อย่างรวดเร็ว

เพื่อเอาชนะความท้าทายทางเทคโนโลยีและความไม่แน่นอนด้านสิ่งแวดล้อม การสนับสนุนจากรัฐบาล ภาคอุตสาหกรรม องค์กรไม่แสวงผลกำไร และการร่วมลงทุนจะต้องได้รับการขยายขนาดอย่างมหาศาลและทุ่มเทให้กับการตรวจสอบการใช้งานเทคโนโลยี OAE ในวงกว้างอย่างรอบคอบและมีความรับผิดชอบทั่วโลก

ที่มา: Nature World News, Phys, The Conversation