ใช้ ‘โซเดียม’ ผลิตแบตเตอรี่แทน ‘ลิเธียม’ หาง่าย-ราคาถูก ขับเคลื่อนพลังงานสะอาดยั่งยืน

เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้ว ที่ “ลิเธียม” ถูกเรียกว่าเป็น “ทองคำขาว” แห่งอุตสาหกรรมกักเก็บพลังงาน แต่ความต้องการที่พุ่งสูงขึ้นได้นำมาซึ่งปัญหาใหญ่ ทั้งราคาที่ผันผวน ห่วงโซ่อุปทานที่เปราะบาง และความเสี่ยงทางภูมิรัฐศาสตร์ สิ่งนี้ส่งผลให้ทั่วโลกเริ่มหันมามอง “โซเดียม” ธาตุที่มีอยู่มากมายและราคาถูก เพื่อเป็นทางเลือกใหม่ที่ยั่งยืนกว่าสำหรับการปฏิวัติ “พลังงานสะอาด”

โซเดียม มีปริมาณมากถึง 2.8% ของเปลือกโลก ในขณะที่ลิเธียม มีเพียง 0.002% เท่านั้น นอกจากนี้ “แบตเตอรี่โซเดียมไอออน” ยังมีจุดเด่นที่เหนือกว่า “แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน” ไม่ว่าจะเป็น การที่โซเดียมรองรับการชาร์จและคลายประจุอย่างรวดเร็ว สามารถคลายประจุจนหมดเพื่อความปลอดภัยในการขนส่ง มีจำนวนรอบการใช้งานสูง มีความปลอดภัยในตัวสูงกว่า ทำงานได้ดีในช่วงอุณหภูมิที่กว้างกว่า โดยไม่สูญเสียความจุ และมีต้นทุนต่ำกว่า

ขณะเดียวกัน โซเดียมยังส่งเสริมเศรษฐกิจหมุนเวียนได้ดีกว่า เนื่องจากขั้วแอโนด ของแบตเตอรี่โซเดียมสามารถใช้คาร์บอนที่ได้จากการเผาขยะการเกษตร ซึ่งหาได้ง่าย ราคาถูก และเป็นการนำของเสียกลับมาใช้ประโยชน์ ขณะที่ขั้วแคโทด ก็กำลังได้รับการพัฒนาให้ใช้แมงกานีส หรือเหล็ก เพื่อลดการพึ่งพานิกเกิล และโคบอลต์

แต่ก็ปฏิเสธไม่ได้ว่า ลิเธียมก็ยังมีข้อได้เปรียบอยู่ เนื่องจากแบตเตอรี่ลิเธียมถูกใช้งานมาอย่างต่อเนื่องกว่า 30 ปี ซึ่งทำให้มีนวัตกรรมและระบบการผลิตที่พัฒนาไปไกลกว่าโซเดียม อีกทั้งลิเธียมยังมีน้ำหนักเบาและมีขนาดเล็ก ทำให้สามารถสร้างแบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงและความหนาแน่นของพลังงานสูงได้

ด้วยเหตุที่โซเดียม มีน้ำหนักมากกว่าเมื่อเทียบกับปริมาณพลังงานที่กักเก็บได้ ทำให้ตลาดหลักของแบตเตอรี่โซเดียมไอออน จะเป็นระบบกักเก็บพลังงานแบบติดตั้งอยู่กับที่ ไม่ว่าจะเป็นสำหรับที่อยู่อาศัย โรงงานอุตสาหกรรม และดาต้าเซ็นเตอร์

“ในกรณีที่เรื่องพื้นที่และน้ำหนักไม่ใช่ปัญหา โซเดียมเป็นทางเลือกที่ดีมาก เพราะทำงานได้ดีในอุณหภูมิต่ำ มีอายุการใช้งานยาวนาน และมีต้นทุนที่ต่ำกว่าลิเธียม” ฮวน อาฮูเรีย หัวหน้าฝ่ายวิจัยเทคโนโลยีโซเดียม แห่งศูนย์วิจัยการกักเก็บพลังงาน CIC energiGUNE

อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญเห็นตรงกันว่าโซเดียมจะไม่เข้ามาแทนที่ลิเธียมทั้งหมด แต่เทคโนโลยีทั้งสองสามารถนำมาใช้ร่วมกันได้ มาร์กอส ลาโฟซ นักวิจัยจากศูนย์วิจัยพลังงาน สิ่งแวดล้อม และเทคโนโลยี (CIEMAT) กล่าวว่า “ปัจจุบันมีการใช้แบตเตอรี่ลิเธียมในงานที่ไม่ได้ต้องการประสิทธิภาพสูงมาก เพียงเพราะเป็นเทคโนโลยีเดียวที่มีอยู่ แต่เมื่อมีทางเลือกที่ถูกกว่าและเสถียรพอ โซเดียมจะเข้ามาแทนที่อย่างแน่นอน” 

ทั้งนี้ ลาโฟซไม่คิดว่าโซเดียมจะถูกนำมาใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าระดับกลางถึงระดับสูง อากาศยาน หรือสมาร์ทโฟน ที่ต้องการน้ำหนักเบา

เพื่อก้าวข้ามข้อจำกัดด้านความหนาแน่นพลังงาน ทีมนักวิจัยนำโดย ซายิด อับดุล อาฮัด จากสถาบันเบอร์นัล มหาวิทยาลัยลิเมอริก ร่วมกับศ.ฮิวจ์ กีนีย์พัฒนาแบตเตอรี่แบบสองแคตไอออน ที่ผสมผสานโซเดียมและลิเธียมเข้าด้วยกัน

อับดุล อาฮัด กล่าวว่าได้รับแรงบันดาลใจจากปรัชญา “หยินและหยาง” เนื่องจากโซเดียมมีปริมาณมหาศาลแต่ประสิทธิภาพต่ำ 

ในขณะที่ลิเธียมมีประสิทธิภาพสูงแต่หายาก เมื่อเติมเกลือลิเธียมเพียงเล็กน้อยลงในอิเล็กโทรไลต์ ที่มีโซเดียมเป็นหลัก ไอออนของลิเธียมซึ่งมีขนาดเล็กกว่าจะช่วยเปิดเส้นทางในขั้วแอโนด ลดแรงต้านทานการเคลื่อนที่ และช่วยให้โซเดียมกักเก็บประจุได้มากขึ้นโดยไม่ถูกกักขัง

ผลการทดสอบแบตเตอรี่ฟูลเซลล์ พบว่าระบบที่ผสมโซเดียมและลิเธียมนี้สามารถรักษาความจุได้ถึง 70% หลังจากผ่านการชาร์จและคลายประจุ 200 รอบ  ซึ่งเหนือกว่าระบบที่ใช้โซเดียมเพียงอย่างเดียวซึ่งเริ่มเสื่อมสภาพหลังจาก 50 รอบ อีกทั้งยังช่วยเพิ่มความจุในการกักเก็บพลังงานขึ้นเกือบเท่าตัว และมีความเสถียรสูงถึง 1,000 รอบในระดับฮาล์ฟเซลล์ โดยโซเดียมยังคงเป็นไอออนหลักในการนำไฟฟ้า

ขณะเดียวกัน สำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) รายงานว่าภาคอุตสาหกรรมกำลังเร่งลงทุนในแบตเตอรี่โซเดียมอย่างหนัก ไม่ว่าจะเป็นบริษัท CATL ผู้ผลิตแบตเตอรี่รายใหญ่ที่สุดของโลกได้เปิดตัวแบตเตอรี่โซเดียมรุ่นที่สอง และวางแผนปรับใช้ในเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ตั้งแต่ปี 2026 ขณะที่ BYD เริ่มสร้างโรงงานผลิตแบตเตอรี่โซเดียมสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าและระบบกักเก็บพลังงานตั้งแต่ต้นปี 2024

ค่ายรถยนต์และผู้ผลิตแบตเตอรี่เริ่มหันมาสนใจโซเดียม เนื่องจากความสามารถในการทำงานในสภาพอากาศหนาวจัด โดยแบตเตอรี่โซเดียมรุ่นใหม่สามารถรักษาความจุได้ถึง 90% ที่อุณหภูมิต่ำถึง -40 องศาเซลเซียส นอกจากนี้ ผู้ผลิตยังใช้เทคโนโลยีโซเดียมเป็นเครื่องมือป้องกันความเสี่ยง จากความผันผวนของราคาลิเธียมในตลาดโลก

อย่างไรก็ดี อุปสรรคสำคัญในการใช้งานวงกว้างคือความหนาแน่นพลังงานที่ยังต่ำกว่า โดยเซลล์โซเดียมไอออนในปัจจุบันทำได้สูงสุดราว 175 วัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม (Wh/kg) เทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต (LFP) ที่ทำได้ 205 Wh/kg ส่งผลให้รถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้โซเดียมมีระยะทางวิ่งต่อการชาร์จราว 350 กิโลเมตร เทียบกับ 400–600 กิโลเมตรของแบตเตอรี่ลิเธียม

IEA ระบุว่า ปัจจุบันจีนยังคงเป็นผู้นำในการผลิตแบตเตอรี่โซเดียมมากกว่า 95% ของโลกจนถึงปี 2030 แต่ด้วยความอุดมสมบูรณ์ของแร่โซเดียมและวัตถุดิบขั้นต้นที่กระจายอยู่ทั่วโลก เทคโนโลยีโซเดียมไอออนจึงมีศักยภาพสูงในการช่วยลดความเสี่ยงด้านห่วงโซ่อุปทานระยะยาว และเปิดประตูสู่ยุคพลังงานสะอาดที่ยั่งยืนผ่านการทำงานร่วมกันระหว่างโซเดียมและลิเธียมอย่างสมดุล

ที่มา: El Pais, IEA, The Conversation