นักวิทยาศาสตร์จากออสเตรเลียพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ที่ช่วยให้สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้แม้ในยามค่ำคืนที่ไร้แสงแดด โดยนวัตกรรมนี้ถูกคาดหวังว่าจะเข้ามาช่วยแก้ปัญหาการขาดแคลนพลังงานของดาวเทียมในช่วงที่โคจรเข้าสู่เงามืดของโลก นับเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในวงการพลังงานหมุนเวียนสำหรับอนาคต
เทคโนโลยีดังกล่าวคืออุปกรณ์กึ่งตัวนำที่เรียกว่า “เทอร์โมเรดิเอทีฟ ไดโอด” (Thermoradiative Diode) โดยจะสร้างกระแสไฟฟ้าผ่านการแผ่รังสีความร้อนในรูปของแสงอินฟราเรดออกมา ซึ่งต่างจากแผงโซลาร์เซลล์แบบเก่าที่จะผลิตพลังงานจากการดูดซับแสงอาทิตย์
อุปกรณ์นี้ จะช่วยให้ดาวเทียมที่โคจรรอบโลกในระดับต่ำลดการพึ่งพาการใช้แบตเตอรี่ได้ เพราะโดยปรกติแล้วดาวเทียมประเภทนี้มักจะได้รับแสงแดดเพียงรอบละประมาณ 45 นาที และต้องอยู่ในความมืดอีก 45 นาที สลับกันไปตลอดเวลา ดังนั้นนวัตกรรมนี้จึงจะเข้ามาทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานเสริมในช่วงเวลาที่ไม่มีแสง
หลักการทำงานของอุปกรณ์นี้ อาศัยความร้อนที่พื้นโลกสะสมไว้จากแสงอาทิตย์ในช่วงกลางวัน และค่อย ๆ แผ่กลับออกไปสู่จักรวาลในเวลากลางคืนในรูปของรังสีอินฟราเรด ซึ่งกล้องอินฟราเรดจะมองเห็นโลกเรืองแสงออกมา อุปกรณ์ของทีมวิจัยจะดักจับพลังงานจากความร้อนที่แผ่ออกมานี้เพื่อเปลี่ยนเป็นกระแสไฟฟ้า
ศ.เน็ด เอคินส์-ดอว์คส์ จากคณะวิศวกรรมพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานหมุนเวียน แห่งมหาวิทยาลัยนิวเซาท์เวลส์ (UNSW) และคณะ เป็นกลุ่มแรกที่สามารถสาธิตการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากรังสีความร้อนนี้ได้จริง หลังจากที่มีการศึกษาเชิงทฤษฎีมาอย่างยาวนาน
เทอร์โมเรดิเอทีฟ ไดโอด
เครดิตภาพ: UNSW
แม้ว่าในปัจจุบันต้นแบบของอุปกรณ์นี้จะยังสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ในปริมาณเพียงเล็กน้อย โดยมีกำลังไฟเพียงพอที่จะขับเคลื่อนอุปกรณ์ขนาดเล็กอย่างนาฬิกาข้อมือดิจิทัลจากความร้อนในร่างกายมนุษย์เท่านั้น แต่นี่ถือเป็นข้อพิสูจน์ที่ชัดเจนว่าแนวคิดการผลิตพลังงานจากความร้อนในเวลากลางคืนนั้นสามารถเป็นไปได้จริงในเชิงปฏิบัติ
อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ไม่เหมาะกับการใช้งานบนโลก เนื่องจากชั้นบรรยากาศมีไอน้ำและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งจะคอยดูดซับความร้อนที่แผ่ออกมา ทำให้ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวโลกและชั้นบรรยากาศลดลง ส่งผลให้ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าต่ำกว่าที่ควรจะเป็น เมื่อเทียบกับการใช้งานในพื้นที่ที่ไม่มีชั้นบรรยากาศ
ด้วยเหตุนี้ พื้นที่ในอวกาศจึงเป็นสถานที่ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเทคโนโลยีนี้ เมื่อไม่มีชั้นบรรยากาศมาขวางกั้น ทำให้ไดโอดสามารถทำงานท่ามกลางความหนาวเย็นของจักรวาล ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการแผ่รังสีความร้อนจากตัวดาวเทียมออกไปได้ดีกว่าการใช้งานบนพื้นโลกเป็นอย่างมาก
ศ.เอคินส์-ดอว์คส์ ระบุว่า สามารถใช้พื้นผิวยานอวกาศในส่วนที่ไม่ได้ติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์มาติดตั้งอุปกรณ์นี้เพื่อเพิ่มพลังงานสำรอง โดยเฉพาะดาวเทียมขนาดเล็กรุ่นใหม่ที่พยายามรักษาประสิทธิภาพให้เท่ากับดาวเทียมขนาดใหญ่แต่มีพื้นที่จำกัดในการเก็บพลังงาน
ขณะที่ ดร.จอฟฟรีย์ แลนดิส นักวิทยาศาสตร์จากศูนย์วิจัยจอห์น เกล็นน์ ของนาซาให้ความเห็นว่า แม้เทคโนโลยีนี้มีศักยภาพสำหรับดาวเทียมวงโคจรต่ำ แต่จำเป็นจะต้องทำให้มีต้นทุนให้ต่ำมากพอ เนื่องจากในปัจจุบันการใช้แบตเตอรี่แบบดั้งเดิมยังคงเป็นทางเลือกที่มีราคาถูกและคุ้มค่ากว่าสำหรับการสำรองพลังงานในระยะสั้น
อย่างไรก็ตาม ดร.สตีเฟน พอลลี ผู้เชี่ยวชาญจากนาซา ระบุว่านวัตกรรมนี้มีโครงสร้างที่เรียบง่ายและไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ซึ่งอาจนำไปใช้แทนที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกแบบเดิมที่มีน้ำหนักมากและราคาแพงได้ในอนาคต
นักวิจัยตั้งเป้าหมายที่จะพัฒนาอุปกรณ์นี้ให้มีกำลังไฟฟ้าเพิ่มขึ้นจากเดิมถึง 10,000 เท่า ซึ่งหากทำสำเร็จจะช่วยให้การติดตั้งบนหลังคาบ้านสามารถจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าพื้นฐาน เช่น เราเตอร์ไวไฟ หรือตู้เย็น ได้ตลอดทั้งคืน ซึ่งจะเป็นการช่วยลดภาระการใช้ไฟฟ้าจากโครงข่ายหลักได้อย่างมหาศาลเมื่อรวมกันทั้งประเทศ
โครงการพัฒนานี้ได้รับทุนสนับสนุนจากกองทัพอากาศสหรัฐ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์ให้สูงสุดสำหรับการใช้งานในอวกาศ โดยทีมวิจัยมีแผนที่จะทดสอบเทคโนโลยีนี้ผ่านการส่งบอลลูนขึ้นไปสู่ชั้นบรรยากาศสูง และคาดหวังว่าจะสามารถนำไปใช้งานจริงบนดาวเทียมได้ภายในระยะเวลา 5-10 ปีต่อจากนี้
นอกเหนือจากการใช้งานในอวกาศแล้ว ทีมวิจัยยังศึกษาการใช้วัสดุที่คล้ายกับโซลาร์เซลล์ทั่วไป เพื่อให้สามารถผลิตอุปกรณ์นี้ในปริมาณมากด้วยกระบวนการเดิมที่มีอยู่แล้ว ซึ่งจะช่วยให้เทคโนโลยีนี้เข้าสู่ตลาดเชิงพาณิชย์ได้รวดเร็วยิ่งขึ้นและสร้างการเปลี่ยนแปลงให้กับอุตสาหกรรมพลังงานบนโลก
ที่มา: CNN, Money Control, Nature