เปลี่ยน ‘น้ำฝน’ ให้เป็น ‘ไฟฟ้า’ ปฏิวัติวงการพลังงานสะอาด
นักวิจัยสิงคโปร์ได้ใช้ละอองฝนสร้างพลังงานไฟฟ้า เพียงพอที่จะทำให้หลอด LED 12 ดวงสว่างขึ้น ปฏิวัติวงการพลังงานสะอาด
KEY
POINTS
- นักวิจัยจากสิงคโปร์ได้พัฒนาวิธีเปลี่ยนหยดน้ำฝนให้เป็นไฟฟ้า ด้วยวิธีที่เรียกว่า “การไหลวนตามกัน” (Plug Flow)
- “การไหลวนตามกัน” อนุภาคทั้งหมดในพื้นที่ตัดขวางจะมีความเร็วและทิศทางการเคลื่อนที่เท่ากัน ซึ่งจะสามารถเพิ่มการผลิตไฟฟ้าจากน้ำฝนได้อย่างมาก
- ระบบนี้สามารถแปลงพลังงานจากน้ำมากกว่า 10% ที่ตกลงมาให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้
โลกกำลังก้าวเข้าสู่ยุคพลังงานสีเขียว นักวิทยาศาสตร์พยายามหาวิธีต่าง ๆ เพื่อพัฒนาการผลิตพลังงานสะอาดจากแหล่งธรรมชาติ ล่าสุดกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ในสิงคโปร์ประสบความสำเร็จในการใช้ “ฝน” ผลิตพลังงานไฟฟ้า
นักวิจัยจากสิงคโปร์ได้พัฒนาวิธีเปลี่ยนหยดน้ำฝนให้เป็นไฟฟ้า ซึ่งเพียงพอสำหรับให้พลังงานกับหลอด LED 12 ดวงเป็นเวลา 20 วินาที ด้วยวิธีที่เรียกว่า “การไหลวนตามกัน” (Plug Flow) ที่อนุภาคทั้งหมดในพื้นที่ตัดขวางจะมีความเร็วและทิศทางการเคลื่อนที่เท่ากัน ซึ่งจะสามารถเพิ่มการผลิตไฟฟ้าจากน้ำฝนได้อย่างมาก
ตามที่ ซิวหลิง โซห์ ผู้ช่วยศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ ผู้เขียนการศึกษาที่กล่าวไว้ว่า เมื่อวัสดุสองชนิดสัมผัสกัน ประจุไฟฟ้าบนพื้นผิวของวัสดุเหล่านั้นจะเกิดการกระแทกเล็กน้อย คล้ายกับไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นเมื่อเวลาที่ถูกลูกโป่งบนผิวหนัง
เนื่องจากน้ำที่ไหลผ่านพื้นผิวบางส่วนสามารถเพิ่มหรือลดประจุได้ ทีมงานจึงพยายามใช้ประโยชน์จากผลกระทบนี้ โดยการผลิตไฟฟ้าจากละอองน้ำฝนที่เคลื่อนตัวผ่านท่อ
“น้ำที่ตกลงมาตามท่อแนวตั้งจะสร้างไฟฟ้าในปริมาณมากโดยใช้รูปแบบการไหลของน้ำที่เฉพาะเจาะจง ที่เรียกว่า Plug Flow ซึ่วจะช่วยให้สามารถเก็บพลังงานจากน้ำฝนเพื่อผลิตไฟฟ้าที่สะอาดและหมุนเวียนได้” โซห์กล่าว
จากหยดน้ำฝนสู่ไฟฟ้า
ในขณะที่น้ำที่ไหลผ่านสามารถสร้างไฟฟ้าได้ แต่ต้องใช้กังหันมาช่วยหมุน โดยพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำจะสามารถทำได้เฉพาะในพื้นที่ที่มีแหล่งน้ำอุดมสมบูรณ์ เช่น แม่น้ำ
ดังนั้นหากมีปริมาณน้ำที่น้อยกว่าและช้ากว่า จึงต้องการใช้การแยกประจุแทน ซึ่งเป็นกระบวนการที่สร้างประจุไฟฟ้าในขณะที่น้ำไหลผ่านช่องทางที่มีพื้นผิวด้านในเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า แต่วิธีนี้ก็ไม่มีประสิทธิภาพมากนัก เนื่องจากสร้างประจุได้เฉพาะตามพื้นผิวที่น้ำไหลผ่านเท่านั้น
ในอดีต นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์ ด้วยการเพิ่มพื้นที่ผิวโดยใช้ช่องทางระดับไมโครหรือระดับนาโนเพื่อให้น้ำไหลอย่างต่อเนื่อง แต่ตามธรรมชาติแล้ว น้ำไม่สามารถไหลผ่านช่องว่างเล็ก ๆ ดังกล่าวได้ และการบังคับให้น้ำไหลผ่านนั้นต้องใช้พลังงานมากกว่าที่ระบบสามารถผลิตได้ โซห์และทีมงานจึงได้พัฒนาระบบด้วยการใช้ช่องทางขนาดใหญ่ที่น้ำฝนสามารถไหลผ่านได้อย่างง่ายดาย
ในการออกแบบของพวกเขา น้ำจะไหลจากด้านล่างของหอคอยผ่านเข็มโลหะ ปล่อยละอองน้ำขนาดเท่าน้ำฝนเข้าไปในช่องเปิดของท่อโพลีเมอร์แนวตั้งสูง 32 เซนติเมตร และกว้าง 2 มิลลิเมตร
อุปกรณ์นี้อาศัยการเคลื่อนที่ของละอองน้ำขนาดเท่าน้ำฝนที่ตกลงมาในท่อแนวตั้งที่เพรียวบาง เมื่อละอองน้ำกระทบกับด้านบน ละอองน้ำจะรวมตัวกันเป็นก้อนน้ำเล็ก ๆ ที่คั่นด้วยช่องอากาศ ซึ่งเป็นรูปแบบที่ช่วยเพิ่มการแยกประจุเมื่อน้ำเคลื่อนตัวลงมา
การไหลแบบแบ่งส่วนนี้ช่วยให้ประจุไฟฟ้าสร้างขึ้นตามพื้นผิวด้านในที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าของท่อ จากนั้นน้ำจะถูกเก็บรวบรวมไว้ในถ้วยที่ปปลายท่อ โดยที่สายไฟทั้งสองด้านจะทำหน้าที่เก็บกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างที่น้ำตกลงมา
สิ่งที่น่าประทับใจคือ ระบบนี้สามารถแปลงพลังงานจากน้ำมากกว่า 10% ที่ตกลงมาให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ จึงมีประสิทธิภาพเหนือกว่าพลังงานที่ตกลงมาอย่างต่อเนื่องถึงห้าเท่า
แม้ว่าความเร็วของละอองน้ำที่ใช้ในการทดลองจะช้ากว่าปริมาณน้ำฝนตามธรรมชาติ แต่ผู้วิจัยเชื่อว่าการตั้งค่าดังกล่าวจะมีประสิทธิภาพมากกว่าในสภาพจริง ในการทดสอบติดตามผล ผู้วิจัยได้สังเกตว่าการเคลื่อนย้ายน้ำผ่านท่อสองท่อ ไม่ว่าจะพร้อมกันหรือต่อเนื่องกัน จะก่อให้เกิดพลังงานเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า
นักวิจัยกล่าวว่า การผลิตพลังงานจากการไหลของน้ำแบบการไหลวนตามกันสามารถติดตั้งและบำรุงรักษาได้ง่ายกว่าโรงไฟฟ้าพลังน้ำ และอาจสะดวกสำหรับพื้นที่ในเมือง เช่น หลังคาบ้าน