นิยายวิทยาศาสตร์ที่อาจกลายเป็นจริง อิฐผลิตไฟฟ้าฝีมือนักวิจัยไทย

          ในนิยายวิทยาศาสตร์เรื่อง Foundation หรือที่นักอ่านชาวไทยคุ้นเคยในชื่อ “สถาบันสถาปนา” ที่ถูกแต่งขึ้นโดยนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ชื่อก้องโลกอย่างไอแซก อาซิมอฟ (Isaac Asimov) ได้กล่าวถึงมหานครทรานทอร์ (Trantor) ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ที่มีเทคโนโลยีล้ำสมัย มีเนื้อที่ประมาณ 75,000,000 ตารางไมล์ และมีประชากรหนาแน่นราว 40,000 ล้านคน อาซิมอฟได้บรรยายเอาไว้ว่าตัวเมืองของมหานครทรานทอร์ตั้งอยู่ใต้ดินลึกลงไปเกินกว่าไมล์ ด้านบนถูกคลุมด้วยโครงสร้างคล้ายโดมโลหะและพลังงานไฟฟ้าที่หล่อเลี้ยงตัวเมืองถูกผลิตขึ้นโดยใช้ผลต่างระหว่างอุณหภูมิบนพื้นดินและใต้ดินโดยไม่ต้องพึ่งพาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่


          การผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยผลต่างของอุณหภูมิบนดินและใต้ดินเป็นหลักการในจินตนาการที่ชาญฉลาด เพราะผิวดินมีคุณสมบัติในการนำความร้อนที่ไม่ดีเนื่องจากมีค่าสภาพการนำความร้อน (Thermal Conductivity) ไม่สูง ทำให้ใต้ดินในระดับลึกลงไปมีอุณหภูมิเกือบจะคงที่อยู่ตลอดเวลา ส่วนอุณหภูมิบนพื้นดินจะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วตามช่วงเวลาระหว่างวันและฤดูกาลในรอบปีแตกต่างกันแล้วแต่สถานที่ ในต่างประเทศที่มีหิมะตกจึงมีการนำคุณสมบัติข้อนี้ของดินไปประยุกต์ใช้ร่วมกับหลักการถ่ายเทความร้อน (Heat Transfer) เพื่อสร้างเป็นระบบควบคุมอุณหภูมิภายในอาคารบ้านเรือนให้ไม่ร้อนหรือไม่เย็นจนเกินไปเรียกว่า ปั๊มความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Heat Pump Systems)

             แม้เทคโนโลยีในจินตนาการของพี่ใหญ่แห่งวงการนิยายวิทยาศาสตร์จะยังไม่เกิดขึ้นจริง แต่ถ้าถามว่ามีสิ่งประดิษฐ์ที่อาศัยผลต่างของอุณหภูมิในการผลิตไฟฟ้าอยู่หรือไม่ คำตอบคือ “มี” ทั้งยังหาซื้อง่ายและมีราคาไม่แพง สิ่งประดิษฐ์นี้เรียกว่า เทอร์โมอิเล็กทริกโมดูล (Thermoelectric Module) ซึ่งเป็นสิ่งประดิษฐ์จากสารกึ่งตัวนำ (Semiconductors) ที่สามารถเปลี่ยนผลต่างของอุณหภูมิไปเป็นกระแสไฟฟ้าได้เมื่อด้านหนึ่งมีอุณหภูมิสูงส่วนอีกด้านมีอุณหภูมิต่ำ เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า Seebeck Effect ในทางกลับกัน หากจ่ายพลังงานไฟฟ้าเข้าไป ด้านหนึ่งของโมดูลจะมีอุณหภูมิสูงขึ้นส่วนอีกด้านจะมีอุณหภูมิต่ำลง เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า Peltier Effect ปัจจุบันเทอร์โมอิเล็กทริกโมดูลมักถูกใช้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าขนาดเล็ก

            เมื่อวันที่ 2 กุมภาพันธ์ที่ผ่านมา ผู้เขียนได้มีโอกาสไปชมนิทรรศการวันนักประดิษฐ์ ประจำปี พ.ศ.2562 (Thailand Inventor’s Day IPITEx2019) ที่ศูนย์นิทรรศการและการประชุมไบเทคบางนา ในงานมีสิ่งประดิษฐ์ที่น่าสนใจหลายชิ้น แต่มีชิ้นหนึ่งที่สะดุดตาผู้เขียนเป็นพิเศษนั่นคือ “คอนกรีตบล็อกทนความร้อนผลิตไฟฟ้า” ซึ่งเป็นผลงานของนักวิจัยและนักศึกษาจากภาควิชาฟิสิกส์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง หลังจากอ่านรายละเอียดของสิ่งประดิษฐ์และสอบถามนักศึกษาในซุ้มนิทรรศการ ผู้เขียนพบว่าสิ่งประดิษฐ์ชิ้นนี้กำลังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้นและมีราคาถูกลง โดยชิ้นงานต้นแบบถูกริเริ่มโดย ผศ.ดร.เชรษฐา รัตนพันธ์ ร่วมกับนายชัยวัฒน์ พรหมเพชร นักศึกษาปริญญาเอก และนายจักรกฤษ กอบพันธ์ นักศึกษาปริญญาตรี ตั้งแต่ก่อน พ.ศ.2560 โดยแนวคิดคือการติดตั้งเทอร์โมอิเล็กทริกโมดูลภายในคอนกรีตบล็อกที่สามารถทนความร้อนได้ถึง 1,000 องศาเซลเซียส และสามารถผลิตไฟฟ้าได้เมื่อมีผลต่างของอุณหภูมิอยู่ในช่วง 400 ถึง 900 องศาเซลเซียส โดยแคลเซียมออกไซด์ซึ่งเป็นสารตั้งต้นในการผลิตวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกจะถูกสกัดออกมาจากเปลือกไข่เหลือทิ้ง ทำให้เป็นการรีไซเคิลวัสดุชีวภาพไปในตัว

            อนาคตอันใกล้ คอนกรีตบล็อกทนความร้อนผลิตไฟฟ้านี้จะถูกนำไปทำเป็นกำแพงทนไฟของเตาหลอมโลหะ เตาชีวมวล หรือเตาเผาขยะขนาดใหญ่เพื่อเปลี่ยนพลังงานความร้อนเหลือทิ้งให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ส่วนการพัฒนาในขั้นถัดไปจะเป็นการพัฒนาวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกให้สามารถทำงานได้ในช่วงความร้อนของแสงแดด ซึ่งอาจต่อยอดเป็นผนังคอนกรีต หลังคาผลิตไฟฟ้า หรือแม้กระทั่งถนนผลิตไฟฟ้าในอนาคต แม้คอนกรีตบล็อกทนความร้อนผลิตไฟฟ้าจะยังห่างไกลจากความฝันที่อาซิมอฟวาดไว้ แต่นวัตกรรมดังกล่าวก็ได้รับการพัฒนาจากนักวิจัยและนักศึกษาอย่างต่อเนื่อง ไม่แน่ว่าวันหนึ่งในอนาคต ความฝันในนิยายวิทยาศาสตร์อาจกลายเป็นความจริงโดยฝีมือนักวิจัยไทยก็ได้ ขอเพียงเราไม่หยุดที่จะคิดและลงมือทำ

 

อ้างอิง

• Foundation by Isaac Asimov (Novel)
• https://thermoelectric-generator.com/how-thermoelectric-teg-generators-work/
• https://www.energy.gov/energysaver/heat-and-cool/heat-pump-systems/geothermal-heat-pumps
• https://www.kmitl.ac.th/en/detail/2017-07-03-14-55-58