ทะลุกรอบ

ป๋วย อุ่นใจ

 

จากกระดองปูสู่แบตเตอรี่ยั่งยืน

 

ตลาดแบตเตอรี่ในปัจจุบันเติบโตขึ้นอย่างรวดเร็ว จากการคาดการณ์ของบลูมเบิร์ก (Bloomberg) มูลค่าของตลาดอาจจะพุ่งสูงขึ้นไปแตะหลักแสนล้านดอลลาร์ได้ภายในปี 2025 ซึ่งเป็นตัวเลขที่น่าดึงดูดใจมากสำหรับนักลงทุน

แต่ในการผลิตแบตเตอรี่แบบลิเธียมไอออนที่เป็นที่นิยมมากที่สุดในเวลานี้ กลับไม่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรง ทั้งในเรื่องกระบวนการผลิตที่ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมามากเกินกว่าที่ใช้ไป การใช้ลิเธียม โคบอลต์ ทองแดงและนิกเกิล ที่ถือเป็นโลหะที่หายากบนโลก บางตัวอาจจะหายากเสียจนมีไม่พอใช้เร็วๆ นี้

ยิ่งถ้าอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้า หรือ EV ขยายตัวมากขึ้นเท่าใด ข้อจำกัดของเทคโนโลยีในการผลิตแบตเตอรี่ก็จะยิ่งแจ่มชัดมากยิ่งขึ้นเรื่อยๆ ถ้าไม่มีอะไรเด่นๆ ที่จะมาเปลี่ยนแปลงเทคโนโลยี สำนักงานพลังงานสากล (International Energy Agency, IEA) คาดว่าเราจะมีลิเธียมไม่พอใช้ในอีกสามปีข้างหน้า

นั่นหมายความว่า ถ้าไม่มีไอเดียอะไรใหม่ๆ มาเป็นแผนสำรอง คงเป็นเรื่องที่เลี่ยงได้ยากที่มนุษยชาติจะต้องเผชิญหน้ากับวิกฤตพลังงานครั้งใหญ่

และในสัปดาห์นี้ งานวิจัยแนวเปิบพิสดารที่เราจะมาแชร์กัน เพิ่งเปิดตัวเป็นข่าวสะเทือนเลื่อนลั่นวงการแบตเตอรี่ไปแล้วทั่วโลก

“แบตเตอรี่ได้ถูกผลิตขึ้นมาและเอาไปใช้งานกันอย่างมากมายมหาศาล ความเป็นไปได้ที่จะลุกลามเป็นปัญหาสิ่งแวดล้อมเพิ่มขึ้น” เหลียงปิง หู (Liangbing Hu) ผู้อำนวยการศูนย์วิจัยนวัตกรรมวัสดุจากมหาวิทยาลัยแมรี่แลนด์ (Center for Materials Innovation, University of Maryland) กล่าว

ไม่ใช่แค่วัสดุที่เอามาทำแบตเตอรี่อย่างเดียว แต่ทั้งกระบวนการผลิตก่อส่งผลกระทบสำคัญกับสิ่งแวดล้อม ตั้งแต่มลพิษที่ปนเปื้อนออกมาจากการขุดเหมือง ไปจนถึงการปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการผลิต

และเมื่อไม่กี่วันที่ผ่านมา เหลียงปิงและทีมวิศวกรจากแมรี่แลนด์ได้เปิดตัวแบตเตอรี่แบบใหม่ที่ยั่งยืนและเป็นมิตรกับธรรมชาติ สามารถชาร์จได้เป็นพันครั้ง และย่อยสลายได้ในระยะเวลาแค่ห้าเดือนในวารสาร Matter

ส่วนตัว พอเห็นชื่อแมรี่แลนด์ ก็ทำให้นึกย้อนไปถึงสมัยที่ไปประชุมวิชาการที่บัลติมอร์ ในตอนนั้น เพื่อนๆ ทุกคนที่ไปด้วยกันต่างก็พูดเป็นเสียงเดียวกันว่า “ถ้าไม่ได้กินปู ถือว่ามาไม่ถึงบัลติมอร์ แมรี่แลนด์”

เมื่ออาหารเลื่องชื่อเบอร์หนึ่งของแมรี่แลนด์ก็คือแครบเค้ก (crab cake) ซึ่งถ้าแปลเป็นไทยแบบตรงตัวก็จะแปลว่า “ทอดมันปู” แต่จากที่เคยกินมาหลายที จะเรียกทอดมันปู ก็แอบลำบากใจ เพราะทอดมันปูฝรั่งจานเด็ดแห่งแมรี่แลนด์นั้น รสชาติและเนื้อสัมผัสต่างจากทอดมันปูไทยที่จิ้มกับน้ำจิ้มบ๊วยเจี่ยอย่างสิ้นเชิง

พอได้จินตนาการถึงเนื้อสัมผัสกรุบกรอบและรสชาติอูมามิเต็มปากเต็มคำของทอดมันปูฝรั่งจิ้มซอสทาร์ทาร์ ก็ทำให้เริ่มอยากกลับไปเยี่ยมบัลติมอร์อีกรอบ

ลองคิดดูสิครับ ถ้าอัตลักษณ์ของทั้งรัฐ คือ “อาหารจานปู” เดินไปทางไหนก็เจอแต่ร้านขายปู ปูนึ่ง ซุปปู เบอร์เกอร์ปู ทอดมันปู วันๆ เจอแต่ปู เวลานักวิจัยสร้างสรรค์นวัตกรรม จะให้ไม่นึกถึงปูบ้างเลยก็คงจะแปลก

และผลงานโปรโตไทป์แบตเตอรี่แบบใหม่ของเหลียงปิงนั้นก็ไม่ทำให้เสียชื่อแมรี่แลนด์ ดินแดนทอดมันปู เพราะแบตเตอรี่ของพวกเขานั้นสร้างขึ้นมาจากไคโตซานที่เป็นองค์ประกอบหลักของ “กระดองปู”

จุดเด่นที่สำคัญของไคโตซาน ก็คือ พวกมันเป็นโพลิเมอร์ทางชีวภาพที่ปลอดภัย และสามารถถูกย่อยสลายได้ง่าย

ในปัจจุบันไคโตซานถูกเอาไปประยุกต์ใช้อย่างหลากหลายทั้งในทางการแพทย์ เช่น ทำกระจกตาเทียม หรือในการเกษตร เช่น เป็นสารต้านศัตรูพืช และปุ๋ย อีกทั้งในอุตสาหกรรมอาหาร เช่น เป็นแผ่นฟิล์มถนอมอาหาร ที่จริงมีคนเคยเอามาใช้เป็นสารช่วยลดความอ้วนด้วย เรียกว่าสารพัดประโยชน์มากๆ ในเกือบทุกวงการ

“เจอตลอดบนโต๊ะอาหาร” เหลียงปิงอธิบาย “แหล่งไคโตซานที่อุดมที่สุดก็คือโครงสร้างเปลือกนอก (exoskeleton) ของพวกครัสเตเชียน (crustaceans) ซึ่งรวมถึงกุ้ง กั้ง ปู และล็อบสเตอร์ ที่หาได้ง่ายดายจากของเหลือๆ จากจานซีฟู้ด”

สำหรับวงการพลังงาน เหลียงปิงเริ่มคิดเมนูใหม่

เขาเอาไคโตซานมาผสมกับสังกะสีเอามาทำเป็นเจลแล้วเพื่อใช้เป็นสารอิเล็กโตรไลต์ (ตัวถ่ายทอดประจุไปมาระหว่างขั้วบวกและขั้วลบเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้าในแบตเตอรี่) โดยใช้สังกะสีเป็นขั้วไฟฟ้า แทนลิเธียม หรือตะกั่วที่ใช้กันอยู่ทั่วไปในแบตเตอรี่ที่ขายกันตามท้างตลาด

“สังกะสีพบได้มากมายในชั้นผิวโลก ต่างกันสิ้นเชิงเมื่อเทียบกับลิเธียม และโดยทั่วไปแบตเตอรี่ที่ทำมาจากสังกะสีนั้นจะมีราคาถูกกว่าและปลอดภัยกว่าด้วย” เหลียงปิงโฆษณา

สักสองสามปี หนังสือพิมพ์ไฟแนนเชียลไทม์ เคยทำนายเอาไว้ว่า แบตเตอรี่แบบลิเธียมไอออนจะครองส่วนแบ่งตลาดราว 90 เปอร์เซ็นต์ในปี 2025 ซึ่งถ้าเป็นจริง วิกฤตขาดแคลนลิเธียมก็อาจจะเป็นปัญหาที่ใหญ่เกินกว่าจะแก้ได้ง่าย แน่นอน ความพยายามในการรีไซเคิลก็มีบ้าง

และถ้าถามว่าทำได้แค่ไหน คำตอบคือยังห่างไกลคำว่า “ยั่งยืน” อีกโข

กระนั้น ต้องยอมรับว่าในขั้นโปรโตไทป์ แบตเตอรี่สังกะสีผสมกระดองปูนั้นดูจะมีศักยภาพที่จะไปต่อ เพราะมันสามารถเก็บพลังงานได้แบบประสิทธิภาพแทบไม่ตก แม้จะชาร์จไปแล้วถึงพันครั้ง

ถือว่าเป็นอีกหนึ่งเทคโนโลยีที่น่าจับตามอง

และเมื่อถึงเวลาจะกำจัดทิ้ง ก็สามารถทิ้งไปได้เลยโดยไม่ต้องกังวล เพราะจุลินทรีย์ในธรรมชาติจะสามารถย่อยสลายไคโตซานได้อยู่แล้ว นั่นหมายความว่าองค์ประกอบสองในสามส่วน (ที่เป็นไคโตซาน) จำสามารถถูกย่อยสลายไปได้เองภายในเวลาเพียงแค่ห้าเดือน และในส่วนที่ย่อยได้ไม่หมด ก็จะเป็นสารอนินทรีย์พวกสังกะสี ซึ่งก็สามารถนำไปรีไซเคิลกลับมาใช้ใหม่ได้อีก

“ในอนาคต ผมคาดหวังว่าทุกองค์ประกอบในแบตเตอรี่นั้นจะสามารถถูกย่อยสลายได้ทางชีวภาพ” เหลียงปิงเผย “ไม่ใช่แค่วัสดุนะ แต่กระบวนการผลิตวัสดุชีวภาพทั้งกระบวนเลย”

ไอเดียของเหลียงปิงนั้นฟังดูดีและน่าสนใจมาก หากเทคโนโลยีแบตเตอรี่แบบใช้สังกะสีนี้เกิดได้สำเร็จจริงๆ ก็อาจจะเป็นอีกหนึ่งหนทางช่วยนำพาวงการพ้นวิกฤตไปได้ก็เป็นได้

“ก็น่าสนใจนะ แต่แค่นี้ จะยังดีใจแบบออกนอกหน้าไม่ได้ ยังมีการพัฒนาอีกหลายอย่างที่ยังต้องลุ้น” เกรแฮม นิวตัน (Graham Newton) ศาสตราจารย์ทางด้านวัสดุศาสตร์จากมหาวิทยาลัยนอตติ้งแฮม (The University of Nottingham) เตือน “เมื่อไรที่คุณพัฒนาวัสดุใหม่ๆ สำหรับเทคโนโลยีแบตเตอรี่ มันก็มักจะมีช่องว่างระหว่างผลการทดลอง กับการขยายขนาดการผลิตอยู่เสมอ”

“ในการพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรีแบบสังกะสีไอออน (ผสมไคโตซาน) นี้ ยังมีเรื่องท้าทายอีกพอสมควรที่ต้องแก้ และงานวิจัยที่เป็นพื้นฐานมากๆ แบบนี้คือสิ่งที่ไม่มีไม่ได้เลย ดังนั้น เราจะตระหนี่ไม่ได้กับงานวิจัยพื้นฐาน” แกรแฮมกล่าว

โดยส่วนตัวแล้ว ผมเห็นด้วยเป็นอย่างยิ่งกับเกรแฮม ถ้าความสามารถยังแค่เดินได้เตาะแตะ แต่ฝืนวิ่ง ยังไงก็ต้องมีเจ็บตัว

เพราะการพัฒนาเทคโนโลยีที่ยั่งยืน ต้องอาศัยรากฐานที่มั่นคง!

สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022