|
ตอน พลังงานหมุนเวียนจากภายในโลก
|
จากเวลาที่ผ่านมา "เส้นทางสู่พลังงานสีเขียว"
ได้นำเสนอหลากหลายเรื่องราวเกี่ยวกับพลังงาน แต่นับจากนี้เราจะมุ่งหน้าไปสู่พลังงานสีเขียวเพียงอย่างเดียวเท่านั้น
และที่กำลังจะกล่าวถึงต่อไปก็คือ พลังงานหมุนเวียน อันเป็นแหล่งพลังงานที่มาจากภายในโลกนี่เอง
คุณพร้อมหรือไม่ที่จะเดินทางไปกับเรา
|
|
พลังงานจากใต้พื้นดินกลายเป็นไฟฟ้า
พลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal
energy)
เกิดจากความร้อนที่เก็บสะสมอยู่ภายใต้ผิวโลก หากนับจากใต้เปลือกโลก
(Crust) ลงไปชั้นแรก คือ ชั้นที่ห่อหุ้มแกนกลางอยู่ (Mantle)
เป็นชั้นของหินและหินที่หลอมละลายจนเหลวเรียกว่า "Magma"
ปกติแล้วยิ่งลึกลงไปภายใต้ผิวดิน อุณหภูมิจะเพิ่มสูงขึ้นๆ ชั้นเปลือกโลกหรือที่ความลึกราว
25-30 กิโลเมตร มีอุณหภูมิ 250-1,000 °C ในขณะที่แกนกลางอุณหภูมิสูงถึง
3,500-4,500 °C ด้วยเหตุนี้ หินภายใต้ผิวโลกร้อนมากจึงทำให้น้ำที่อยู่ในชั้นหินนี้เป็นน้ำร้อนหรือไอน้ำได้
เมื่อความร้อนออกมาตามรอยแตกของเปลือกโลกจะเป็นในลักษณะของน้ำพุร้อน,
ไอน้ำร้อนและบ่อน้ำร้อน ฯลฯ
พลังงานความร้อนใต้พิภพมักพบในบริเวณที่มีการไหลหรือการแผ่กระจายของความร้อนจากใต้ผิวโลกขึ้นสู่ผิวดินมากกว่าปกติและมีค่าการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามความลึกมากกว่าปกติ
1.5-5 เท่า ซึ่งเกิดจากการเคลื่อนตัวของเปลือกโลกทำให้เกิดรอยแตกของชั้นหิน
เมื่อฝนตกในบริเวณนั้นจะมีน้ำบางส่วนไหลไปตามรอยแตกซึมลงใต้เปลือกโลก
รวมตัวกันและรับความร้อนจากชั้นหินที่ร้อนจนกลายเป็นน้ำร้อนและไอน้ำ
จากนั้นแทรกออกมาตามรอยแตกของเปลือกโลก บริเวณที่พบพลังงานนี้
ได้แก่ บริเวณที่เปลือกโลกมีการเคลื่อนไหว มีแนวภูเขาไฟอย่างต่อเนื่อง
หรือมีชั้นเปลือกโลกบาง เช่น แถบตะวันตกของทวีปอเมริกาเหนือและอเมริกาใต้,
อิตาลี, ออสเตรเลีย, นิวซีแลนด์, จีน, ญี่ปุ่น, ฟิลิปปินส์และอินโดนีเซีย
ฯลฯ ส่วนในประเทศไทยพบแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพที่อำเภอสันกำแพงและอำเภอฝาง
จังหวัดเชียงใหม่ และได้มีการตั้งโรงไฟฟ้าสาธิตการใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพแห่งแรกที่อำเภอฝาง
การนำพลังงานความร้อนใต้พิภพมาใช้ต้องเจาะหลุมลึกลงไปใต้เปลือกโลกและให้ความร้อนไหลออกมาโดยต่อท่อไปยังสถานที่ใช้งานซึ่งจะแยกน้ำร้อนและไอน้ำ
การใช้ประโยชน์จากความร้อนโดยตรง น้ำร้อนและไอน้ำนำมาให้ความร้อนแก่บ้านพักอาศัยและอาคาร
ใช้ในเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม เช่น เพาะต้นไม้ในเรือนกระจก,
เพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ, พลาสเจอร์ไรซ์น้ำนม, ทำน้ำร้อนในสระและสปาเพื่อสุขภาพ
ฯลฯ การผลิตไฟฟ้า จะนำไอน้ำไปหมุนกังหันโดยตรงเพื่อหมุนไดนาโมของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ส่วนน้ำร้อนจะนำไปต้มจนเดือดเป็นไอจึงนำไปหมุนกังหัน นอกจากนี้ยังใช้แหล่งหินร้อนแห้ง
(Hot dry rock) ในการผลิตไฟฟ้าอีกด้วย
|
 |
พลังงานเชื้อเพลิง
เทคโนโลยีแห่งความหวัง
พลังงานไฮโดรเจน (Hydrogen energy)
ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่มีมากที่สุดในระบบจักรวาล แต่พบมากเป็นอันดับ
3 บนโลก สามารถพบอยู่ในสารประกอบอื่น เช่น น้ำ, สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่อยู่ในเชื้อเพลิงจำพวกน้ำมันเบนซิน,
ก๊าซธรรมชาติ, โพรเพนและเมธานอล ฯลฯ
การผลิตไฮโดรเจนสามารถทำได้หลายวิธี อาทิ "Electrolysis"
เป็นการผ่านกระแสไฟฟ้าลงในน้ำเพื่อแยกไฮโดรเจนที่ขั้วประจุลบและออกซิเจนที่ขั้วประจุบวก
ซึ่งอาจใช้กระแสไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนอื่นได้ เช่น แสงอาทิตย์,
ลมและน้ำ ฯลฯ "Natural
Gas Steam Reforming" ที่ใช้ไอน้ำอุณหภูมิสูงแยกไฮโดรเจนออกจากสารประกอบไฮโดรคาร์บอน
(ก๊าซธรรมชาติ) และ "Photoelectrolysis"
เป็นการใช้แสงอาทิตย์แยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน เป็นต้น
การใช้ประโยชน์จากไฮโดรเจน นำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงหรือแปลงเป็นไฟฟ้าให้กำลังงานแก่รถยนต์และยานยนต์อื่นๆ,
ใช้เป็นเชื้อเพลิงให้กับกระสวยอวกาศ จรวด รวมถึงให้ความร้อน ไฟฟ้าและทำน้ำบริสุทธิ์ให้นักบินอวกาศ,
เป็นแหล่งพลังงานเชื้อเพลิงให้เครื่องมือชนิดพกพา เช่น คอมพิวเตอร์กระเป๋าหิ้วและโทรศัพท์มือถือ,
นำไปหมุนกังหันหรือเซลล์กำเนิดไฟฟ้า, เป็นแหล่งให้ความร้อนและไฟฟ้าแก่บ้านพักอาศัย
อาคาร รวมถึงใช้ในอุตสาหกรรมผลิตปุ๋ย, แอมโมเนีย, กลั่นน้ำมันปิโตรเลียมและสังเคราะห์เมธานอล
ฯลฯ ปัจจุบัน มีการตั้งโรงงานผลิตไฮโดรเจนขนาดใหญ่และขนส่งไปยังผู้ใช้
ตลอดจนผลิตใช้ในท้องถิ่นและมีสถานีเติมไฮโดรเจน |
 |
|
|
เซลล์กำเนิดไฟฟ้า (Fuel cell)
เป็นเทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง อาศัยการกระตุ้นปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าของไฮโดรเจนและออกซิเจน
ซึ่งให้ไฟฟ้าและน้ำร้อน เซลล์กำเนิดไฟฟ้าประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าคือ
ขั้วลบและขั้วบวก มีสารละลายที่เป็นตัวนำไฟฟ้า (Electrolyte) อยู่ตรงกลาง
เมื่อถูกกระตุ้นจากปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า อะตอมของไฮโดรเจนจะแตกตัวเป็นโปรตอนและอิเล็กตรอน
ซึ่งอิเล็กตรอนจะไหลไปที่วงจรด้านนอกไปยังขั้วบวกและเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น
ส่วนโปรตอนจะไหลผ่านสารละลายไปที่ขั้วบวก ที่ซึ่งรวมตัวกับออกซิเจนและอิเล็กตรอนเกิดเป็นน้ำและความร้อน
|
เซลล์กำเนิดไฟฟ้าแบ่งตามชนิดของอิเล็กโตรไลต์
ดังนี้ Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell หรือ PEMFC
อิเล็กโตรไลต์ที่ใช้คือโพลิเมอร์เมมเบรน ทำงานที่อุณหภูมิต่ำราว
60-100 °C นำไปใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟฟ้าสำหรับยานพาหนะและเป็นแหล่งพลังงานเชื้อเพลิงแบบพกพา
Direct Methanol Fuel Cell หรือ DMFC อิเล็กโตรไลต์ที่ใช้คือสารละลายเมธานอล
ได้รับการพัฒนาจาก PEMFC สามารถทำให้อยู่ในรูปทรงกะทัดรัดได้ Alkaline
Fuel Cell หรือ AFC อิเล็กโตรไลต์ที่ใช้คือโปแตสเซียมไฮดรอกไซด์เหลว
ซึ่งทำงานได้ภายใต้อุณหภูมิห้อง คือ 90-100 °C ถูกนำไปใช้ด้านการทหารและอวกาศ
Phosphoric Acid Fuel Cell หรือ PAFC อิเล็กโตรไลต์ที่ใช้คือกรดฟอสฟอริก
จะทำงานที่อุณหภูมิ 175-200 °C นำไปใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟฟ้าและใช้กับยานพาหนะขนาดใหญ่
Molten Carbonate Fuel Cell หรือ MCFC อิเล็กโตรไลต์ที่ใช้คือพวกเกลือคาร์บอเนตของลิเธียม,
โซเดียมและโปแตสเซียม ซึ่งทำงานที่อุณหภูมิ 600-650 °C นำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้าขนาดเมกะวัตต์
Solid Oxide Fuel Cell หรือ SOFC อิเล็กโตรไลต์ที่ใช้คือสารประกอบของเซอร์โคเนีย
อุณหภูมิในการทำงานอยู่ที่ 600-1,000 °C ถูกพัฒนาให้ใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กไปจนถึงขนาดย่อม
Regenerative or Reversible Fuel Cell ผลิตไฟฟ้าจากไฮโดรเจนและออกซิเจน
ซึ่งให้ความร้อนและน้ำด้วย สามารถใช้กระแสไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานอื่นในการแยกน้ำออกเป็นออกซิเจนและไฮโดรเจน
จะเห็นว่า วิทยาการต่างๆ ถูกนำมาประยุกต์ใช้เพื่อพัฒนาแหล่งพลังงานสะอาดให้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้อย่างเต็มที่
ทั้งนี้เพื่อผลิตพลังงานให้เพียงพอต่อความต้องการและยังช่วยลดปัญหามลพิษด้วย
ดังนั้นจะต้องมาติดตามกันต่อไปว่าแหล่งพลังงานหมุนเวียนจากนอกโลกทั้งหลายจะได้รับการพัฒนาอย่างไรและนำมาใช้ประโยชน์อะไรบ้าง
ภาพจาก NREL, NASA และ NHAA |
|
