ผลิต ‘ไฟฟ้า’ จากการคายน้ำของ ‘ใบไม้’ ทางเลือกพลังงานสีเขียว ราคาถูกและยั่งยืน

นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนสร้างเครื่องผลิตกระแสไฟฟ้าจากการคายน้ำของพืช ซึ่งสามารถเปลี่ยนใบไม้ที่มีในโลก ให้กลายเป็นแหล่งพลังงานที่ยั่งยืนและใช้ได้ต่อเนื่อง

งานวิจัยของทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเกษตรและป่าไม้ฝูเจี้ยน ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Water ระบุว่า เครื่องกำเนิดการคายน้ำจากใบไม้ ซึ่งในที่นี้ใช้ “ใบบัว” สามารถให้พลังงานกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กได้ และสามารถใช้สร้างเครือข่ายไฟฟ้าจากพืชได้ 

“การศึกษานี้ไม่เพียงแต่แสดงให้เห็นว่า การคายน้ำจากใบไม้สามารถนำมาใช้ในการผลิตไฟฟ้าจากพลังน้ำได้ แต่ยังให้มุมมองใหม่ในการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานสีเขียวด้วย” ทีมวิจัยระบุ

โดยปรกติแล้ว การผลิตไฟฟ้าจากพลังน้ำ หรือ Hydrovoltaic จะได้พลังงานมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่และปฏิสัมพันธ์ของน้ำกับพื้นผิวแข็ง ดังนั้นอุปกรณ์ส่วนมากจึงจำเป็นต้องอยู่ใกล้แหล่งน้ำ เช่น แม่น้ำหรือเขื่อนเท่านั้น ทำให้เกิดข้อจำกัดทางภูมิศาสตร์ 

นักวิจัยเล็งเห็นประโยชน์ของ “การคายน้ำตามธรรมชาติของใบไม้” เนื่องจาก เป็นแหล่งที่ให้ปริมาณน้ำมากที่สุดบนพื้นดิน และสะสมพลังงานแฝงไว้มหาศาล ซึ่งยังไม่ค่อยมีใครนำมาใช้ประโยชน์มากนัก นักวิจัยจึงได้พัฒนาอุปกรณ์ต้นแบบเครื่องกำเนิดการคายน้ำจากใบบัว หรือ LTG  เพื่อนำน้ำที่เกิดจากการคายน้ำจากใบบัวมาผลิตไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริง

“การคายน้ำ” เป็นการแพร่ของน้ำออกจากใบของพืชโดยผ่านทางปากใบ ลำต้นและดอก โดยทั่วไปปากใบปิดเวลากลางคืนและเปิดในเวลากลางวัน นักวิจัยประเมินว่าหากนำน้ำจากการคายน้ำของพืชทั่วโลกมาผลิตกระแสไฟฟ้า จะสามารถผลิตไฟฟ้าได้ 67.5 เทระวัตต์-ชั่วโมงต่อปี

“การผลิตพลังงานจากการคายน้ำของใบไม้สามารถกลายเป็นเทคโนโลยีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและสร้างรายได้ให้แก่ผู้ผลิตได้ เพราะมีข้อได้เปรียบหลายประการ ทั้งความยั่งยืน เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และต้นทุนต่ำ” หู ฉีชาง ศาสตราจารย์ของมหาวิทยาลัยเกษตรและป่าไม้ฝูเจี้ยนและผู้เขียนวิจัยกล่าว

ดังนั้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากการคายน้ำมีข้อได้เปรียบที่ดีกว่าการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำแบบเดิม ๆ หลายอย่าง ทั้งมีต้นทุนต่ำ ไม่ต้องใช้เครื่องมือซับซ้อน หรือต้องการโครงสร้างพื้นฐานรองรับ ที่สำคัญคือสามารถตั้งได้ในหลากหลายพื้นที่ ไม่จำเป็นต้องอยู่ใกล้กับแหล่งน้ำขนาดใหญ่ เช่น พื้นที่เกษตรกรรม 

เครื่อง LTG จะมีอิเล็กโทรดตาข่ายไททาเนียมอยู่ด้านบนทำหน้าที่เป็นแคโทด โดยจะคว่ำหน้าลงเพื่อให้สัมผัสกับผิวใบบัว ด้วยด้านล่างจะมีอิเล็กโทรดเข็มไททาเนียม สำหรับทิ่มเข้าไปในก้านใบ ทำหน้าที่เป็นแอโนด

เมื่อเกิดการคายน้ำ จะเกิดการไล่ระดับศักย์น้ำระหว่างปากใบบนพื้นผิวใบและรากของพืช แรงเคลื่อนตัวของน้ำที่พุ่งขึ้นด้านบนจะสร้างความแตกต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสอง

“พืชแลกเปลี่ยนน้ำกับสิ่งแวดล้อมอย่างต่อเนื่องผ่านการคายน้ำ ดังนั้นการผลิตพลังงานจากการคายน้ำจึงสามารถดำเนินต่อไปได้ตลอดทั้งวัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีแสงแดดเพียงพอ” หูกล่าว

ทีมวิจัยพบว่ามีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อการคายน้ำและประสิทธิภาพของอุปกรณ์ เช่น ขนาดของก้านใบ โดยก้านที่ใหญ่จะทำให้สามารถขนส่งน้ำได้มากขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน ส่วนอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมที่สูงขึ้นทำให้การผลิตไฟฟ้าดีขึ้น แต่ถ้ามีความชื้นสัมพัทธ์มากเกินไปจะทำให้ผลิตไฟฟ้าลดลง

“เพื่อให้เกิดการใช้งานได้อย่างแพร่หลาย เราจำเป็นต้องหาทางแก้ท้าทายที่เกิดขึ้นบางประการ เช่น การปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าจากใบไม้เพียงใบเดียว การปรับปรุงระบบรวบรวม และจัดเก็บพลังงานให้เหมาะสม รวมถึงทำให้สามารถใช้งานได้ในทุกสถานการณ์” หูกล่าว

ปัจจุบันการผลิตไฟฟ้าโดยใช้ใบไม้เพียงอย่างเดียวยังไม่เป็นที่แพร่หลายมากนัก แต่การวิจัยในครั้งนี้ทำให้เห็นว่า หากมีการเชื่อมต่อพืชและใบไม้หลาย ๆ ใบเข้าด้วยกัน จะสามารถสร้างเครือข่ายพลังงานแบบกระจายได้ ซึ่งจะช่วยเพิ่มผลิตพลังงานโดยรวม 

แม้ว่าเครื่อง LTG และความเข้าใจเกี่ยวกับกลไกต่าง ๆ จะยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แต่หูกล่าวว่า ทีมงานจะสำรวจวิธีการต่าง ๆ เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีนี้ รวมถึงการปรับปรุงระบบเชื่อมต่อระหว่างพืชและอิเล็กโทรด การสำรวจปัจจัยทางสรีรวิทยาของการคายน้ำของพืชในการผลิตไฟฟ้า และการรวม LTG เข้ากับรูปแบบพลังงานสะอาดอื่น ๆ เช่น ลมและแสงอาทิตย์ เพื่อผลิตระบบผลิตไฟฟ้าจากหลายแหล่ง

เพื่อแสดงให้เห็นถึงความเป็นสากลของอุปกรณ์ พวกเขายังใช้พืชหลายสายพันธุ์ และพบว่าพืชทั้งหมดมีศักยภาพในการขับเคลื่อนการผลิตไฟฟ้า ไม่ใช่เพียงแค่ใบบัว ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการผลิตไฟฟ้าจากการคายน้ำของพืชในธรรมชาติ สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติได้จริง

ที่มา: BGTV Network, Interesting Engineering, South China Morning Post