เทคโนโลยีพลังงานเปลี่ยนโลก

เสรี พงศ์พิศ

FB Seri Phongphit

แม้วิกฤติโควิด สงครามยูเครนทำให้น้ำมันกลับมาและราคาแพง แต่พลังงานทางเลือกกำลังกลายเป็นทางหลัก ไม่ว่าแสงอาทิตย์หรือลม แม้ยังมีข้อจำกัดใหญ่ คือ แบตเตอรี่ ที่เก็บพลังงานไฟฟ้าในรถยนต์ คอมพิวเตอร์ มือถือ และทุกแห่งที่ใช้ไฟฟ้า

เทคโนโลยีแบตเตอรี่พัฒนาไปเร็วมาก สาเหตุด้วยข้อจำกัดและปัญหาของวัตถุดิบหลักอย่างลิเทียม จึงมีการเร่งพัฒนาทางเลือกใหม่ตลอดเวลา เพราะ “พระเอก” อย่างลิเทียมถึงเวลาขาลง

ประเทศที่มีลิเทียมมากที่สุด คือ “สามเหลี่ยมทองคำขาว” (ชิลี-อาร์เจนตินา-โบลิเวีย) ออสเตรเลีย และจีน แต่ความต้องการแบตเตอรี่ในทุกภาคส่วนก็สูง ทำให้ราคาลิเทียมแพงขึ้นมาก ในปี 2023 ความต้องการเพิ่มขึ้นร้อยละ 40 ถ้าไม่มีทางเลือกอื่น อีกไม่ถึง 30 ปี ลิเทียมจะหมดโลก เอาแค่รถยนต์ไฟฟ้าหลายพันล้านคันที่จะเกิดขึ้น

นอกนั้น การผลิตแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนยังต้องใช้แร่นิกเกิลและโคบอลต์ ซึ่งมีมากที่สุดที่คองโก (DRC) ซึ่งสร้างปัญหาสิ่งแวดล้อมอย่างหนักและปัญหาแรงงาน ทั้งผู้ใหญ่และเด็ก เช่นเดียวกับการผลิตลีเธียมในอเมริกาใต้  อินโดนีเซียมีนิกเกิลมากที่สุดในโลก ฟิลิปปินส์มีทั้งโคบอลต์และนิกเกิลมากเช่นกัน

นอกนั้น ปัญหาการระบาดของโควิดทำให้เห็นข้อจำกัดของการขนส่งวัตถุดิบไปยังโรงงานผลิต และการกระจายแบตเตอรี่ไปยังผู้บริโภค รวมทั้งข้อจำกัดของลิเทียมไอออนแบตเตอรี่อีกหลายอย่าง เช่น ความร้อน การติดไฟ เวลาในการชาร์จ และที่สำคัญคือราคาที่มีแต่สูงขึ้น ทำให้รถยนต์ไฟฟ้ายังราคาแพง

มีแบตเตอรี่ 2 อย่างที่น่าจะมาแทนลิเทียม แม้ว่าวันนี้ยังไม่ผลิตแบบอุตสาหกรรม แต่ก็เริ่มทดลองและใช้กันบ้างแล้ว คือ กราฟีนและโซเดียม ที่น่าตื่นเต้น เพราะไทยเราก็ร่วมขบวนการวิจัยและพัฒนาโซเดียมที่มีมากในบ้านเรา โดยเฉพาะที่ภาคอีสาน

ศตวรรษที่ 21 จะเป็นยุคกราฟีน เหมือนศตวรรษที่แล้วเป็นยุคพลาสติก น้ำมันและซิลิคอน แต่คนทั่วไปไม่คุ้น ทั้งๆ ที่ใช้ดินสอกันมาตั้งแต่เริ่มเขียนหนังสือเป็น คือไส้ดินสอนั่นเอง นี่คือสารที่แข็งที่สุดในโลก แข็งกว่าเหล็กกล้า 200 เท่า แกร่งกว่าเพชร 20 เท่า เบากว่าอะลูมิเนียม ยืดหยุ่นกว่ายาง

กราฟีนมีขนาดเล็กเท่าอะตอม เป็นสาร 2 มิติ คือมีแต่ขนาดกว้างและยาว เล็กกว่าเส้นผม 1 ล้านเท่า กราฟีนมีคุณสมบัติพิเศษมากมาย เช่น เป็นสื่อนำไฟฟ้าได้ดีกว่าซิลิคอน 140 เท่า นำความร้อนได้ดีกว่าทองแดง 10 เท่า จึงสามารถนำมาใช้ในแบตเตอรี่ ในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ สมาร์ทโฟนได้ โดยไม่ร้อน ไม่มีพิษ ไม่ติดไฟ ไม่ระเบิด เป็นสารที่ปลอดภัยที่สุดในโลก ทำได้จากสารกราไฟต์ที่มีมากในจีน จากก๊าซธรรมชาติที่หาได้ง่าย

ที่สำคัญ กราฟีนช่วยให้แบตเตอรีมีประสิทธิภาพมากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับโทรศัพท์ รถยนต์ บ้านเรือน อย่างมือถือชาร์จได้เร็วกว่าลิเทียมไอออนถึง 70 เท่า ความหนาแน่นมากกว่า 5 เท่า และสามารถชาร์จได้ถึง 3,500 รอบ  รีไซเคิลได้ 100% ขณะที่ลิเทียมไอออนแบตเตอรี่รีไซเคิลได้แต่ยากกว่า แพงกว่าผลิต มีปัญหากับสิ่งแวดล้อม

แม้ว่ากราฟีนจะมีคุณภาพสูงมากและมีประสิทธิภาพมากกว่าวัสดุอื่นๆ ในการผลิตแบตเตอรี่ แต่เพราะราคายังแพง การผลิตเป็นอุตสาหกรรมยังต้องพัฒนาอีกมาก แต่ก็เชื่อว่าอีกไม่นานจะผลิตได้มากและราคาก็จะลดลงจนทำให้กราฟีนกลายเป็นฐานในการผลิตแบตเตอรี่ทุกรูปแบบ

อีกอย่างหนึ่งที่กำลังเป็นดาวรุ่งพุ่งแรง คือ โซเดียมแบตเตอรี่ไอออน ซึ่งทำจากแร่เกลือหิน ที่มีการวิจัยและพัฒนาไปก้าวหน้ามากในสหรัฐอเมริกา ออสเตรเลีย ยุโรป จีน โดเฉพาะ CATL เจ้าใหญ่ของจีนเดินหน้าไปมาก ผลิตให้เทสลาและรถหลายยี่ห้อของยุโรปและจีน โดยเฉพาะที่วางแบตเตอรี่สองอย่างทั้งลิเทียมไอออนและโซเดียมในรถยนต์คู่กันเพื่อแก้จุดอ่อนและเสริมจุดแข็งของทั้งสองชนิด

แบตเตอรี่โซเดียมไออนน่าจะเป็นทางเลือกที่เป็นความจริงมากที่สุดวันนี้ เพราะแก้ปัญหาลิเทียมไอออนได้เกือบหมด ทนร้อน ทนไฟ ชาร์จเร็ว  ที่สำคัญ วัตถุดิบอย่างโซเดียมมีมากกว่าลิเทียม 1,000 เท่า ราคาก็ถูกกว่ามาก และมีอยู่ทั่วไปไม่ว่าประเทศไหน ทำให้ไม่มีปัญหาเรื่องการผลิตและการขนส่ง

อุตสาหกรรมรถยนต์สองสามปีที่ผ่านมาเติบโตเร็ว แต่ก็สะดุดด้วยปัญหาการขาดลิเทียมและโคบอลต์ เช่นเดียวกับการผลิตมือถือหลายยี่ห้อที่ไม่ทันกับความต้องการของตลาด เพราะขาดแบตเตอรี่

สำหรับรถยนต์ ผู้นำอย่างเทสลาก็รุกหนัก และหลายยี่ห้อของจีนเริ่มนำโซเดียมไอออนไปใช้ อย่าง BYD ที่ใช้กับรถขนาดเล็กในปี 2023 นี้ เดินหน้าทำให้ราคารถเก๋งอยู่ที่ประมาณ 500,000 บาท

ไทยเราก็มีการวิจัยและพัฒนาโซเดียมแบตเตอรี่ไอออน โดยมหาวิทยาลัยขอนแก่นเปิดผลการวิจัยเมื่อปลายปีผ่านมา ได้แบตเตอรี่ที่ใช้กับรถมอเตอร์ไซค์ นับเป็นความก้าวหน้าที่น่าให้การส่งเสริมสนับสนุน เพราะวัตถุดิบอย่างแร่เกลือหินมีที่ภาคอีสานมากที่สุด ทั้งที่แอ่งสกลนคร คือ อุดรธานี สกลนคร นครพนม และแอ่งโคราช ตั้งแต่กาฬสินธุ์ มหาสารคาม ขอนแก่น ไปถึงอีสานใต้ทั้งหมด

เราคงสู้บรรดาบริษัทยักษ์ใหญ่และสตาร์ตอัพนับร้อยของประเทศพัฒนาทั้งหลายไม่ได้ แต่เราสามารถร่วมมือกับต่างประเทศทำการวิจัยและพัฒนาตามความต้องการของท้องถิ่นให้มากที่สุดได้ อย่างการเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ ลม ชีวมวล ขยะ เพราะแบตเตอรี่โซเดียมไอออนหนักและกินที่ เหมาะสำหรับการตั้งไว้เก็บไฟสำหรับบ้านเรือน โรงงาน ชุมชน อยู่ที่การสนับสนุนของรัฐและการลงทุนของภาคเอกชน

ปัจจุบันบ้านเรามีการพัฒนาแบตเตอรี่ มีโรงงานใหญ่ที่สุดในอาเซียน นำมาใช้กับรถบรรทุกไฟฟ้า รถบัสโดยสารไฟฟ้า เรือโดยสารไฟฟ้า แต่ก็ยังเป็นประเภทลิเทียมไอออน ยังใช้โคบอลต์และนิกเกิลที่ต้องนำเข้า และมีข้อจำกัด ที่คิดจะเป็นโรงงานผลิตแบตเตอรี่ใหญ่ที่สุดในโลกอาจจะต้องมีทางเลือกที่ดีกว่าลิเทียมไอออน อย่างกราฟีนและโซเดียม หรือลูกผสม “กราฟีนโซเดียม-ไอออน” หรือ “กราฟีนอะลูมิเนียม-ไอออน”

ปัญหาที่คงเกิดในอนาคต คือ การแย่งชิงทรัพยากร วัตถุดิบเพื่อการผลิตแบตเตอรี่โซเดียม การรุกพื้นที่ภาคอีสาน เหมือนกับที่กำลังเกิดขึ้นกับแร่โปแตส ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของแร่เกลือหินเช่นกัน ถ้าไม่มีข้อจำกัดในเรื่องกฎระเบียบและ “ธรรมาภิบาล” บ้านเราจะก้าวหน้าในเรื่องเทคพลังงานไม่แพ้ชาติใดในโลก