แบตเตอรี่ทำจากไม้และกระดาษเหลือใช้ พลังงานแบบใหม่ ชาร์จรถไฟฟ้าได้ใน 8 นาที

ในขณะที่ความต้องการในตลาดรถยนต์ไฟฟ้ากำลังสูงขึ้น พร้อม ๆ กับการคำนึงถึงสิ่งแวดล้อมก็กำลังตามมาติด ๆ เช่นกัน พลังงานเป็นสิ่งที่จะขับเคลื่อนอุปสงค์เหล่านี้ได้ แต่พลังงานแบบไหนที่จะยั่งยืนและมีประสิทธิภาพ นี่จึงเป็นอีกหนึ่งหนทางที่นักวิจัยทั้งหลายกำลังมุ่งหน้าไป ว่าพลังงานแบบไหนบ้างที่สามารถแปลงมาเป็นพลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพและหาได้ทั่วไป เพื่อลดต้นทุน

บทความหนึ่งน่าสนใจจาก BBC เสนอว่า มีนักวิจัยบางกลุ่มกำลังวิจัยว่า “ไม้” ก็สามารถนำมาเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าได้เช่นเดียวกัน โดยในเนื้อไม้มีสิ่งหนึ่งที่เรียกว่า "ลิกนิน" ที่จะสามารถนำมาแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าได้

เมื่อหมดยุคสื่อสิ่งพิมพ์ กระดาษจึงต้องเปลี่ยนหน้าที่เพื่อแปลงเป็นพลังงาน

8 ปีที่ผ่านมา ความต้องการของกระดาษทั่วโลกลดลง ผู้ผลิตกระดาษรายใหญ่ในฟินแลนด์ Stora Enso  จึงตระหนักได้ว่าโลกกำลังเปลี่ยนไป การเพิ่มขึ้นของแพลตฟอร์มดิจิทัล ทำให้ความนิยมด้านสื่อสิ่งพิมพ์ลดน้อยลง ซึ่งรวมถึงการส่งจดหมายทางไปรษณีย์ด้วย

Enso เข้าใจดีถึงเรื่องความต้องการของแบตเตอรี่ในรถยนต์ไฟฟ้า Enso กล่าวว่าตนมีป่าส่วนตัวที่ใหญ่ที่สุดในโลก และคิดว่า ต้นไม้จำนวนมากเหล่านี้จะยังคงมีประโยชน์อยู่บ้างไม่มากก็น้อย สำหรับตลาดรถยนต์ไฟฟ้า

ข่าวที่เกี่ยวข้อง

• นักวิจัยคิดค้น แบตเตอรี่ชนิดใหม่ อะลูมีเนียมซัลเฟอร์ วัสดุหาง่าย ต้นทุนต่ำ

• แบตเตอรี่โซเดียมไอออน จากแร่เกลือหิน ครั้งแรกในไทย รองรับพลังงานทดแทน

• "แบตเตอรี่ EV" จากใยกัญชง อนาคตธุรกิจกัญชงในประเทศไทย เป็นไปได้ไหม?

• ชี้อนาคต 1-3 ปี "แบตเตอรี่กราฟีน" จะทำให้รถ EV "ชาร์จเร็วกว่าเดิม 60 เท่า"

• แบตเตอรี่จากเปลือกปู ไอเดียใหม่พลังงานทางเลือก

เพราะการหันเหจากกระดาษสู่พลังงาน ทำให้ Enso จ้างวิศวกรมาตรวจสอบความเป็นไปได้ ว่าไม้จะสามารถแปลงมาเป็นแบตเตอรี่ได้หรือไม่ ซึ่งต่อมาก็ได้คำตอบว่า เป็นไปได้จากสิ่งที่ชื่อว่า "ลิกนิน" ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ที่พบในต้นไม้ ประมาณ 30% ของต้นไม้มีลิกนินผสมอยู่ แต่มีข้อยกเว้นว่า สายพันธ์ต้นไม้นั้นเป็นสายพันธ์แบบไหน

Lauri Lehtonen หัวหน้างานวิจัยของ Enso อธิบายว่า

“ลิกนินเป็นกาวในต้นไม้ที่เชื่อมเส้นใยเซลลูโลสเข้าด้วยกัน และทำให้ต้นไม้แข็งมากขึ้น ลิกนิกเป็นโพลิเมอร์ที่ประกอบไปด้วยคาร์บอน และคาร์บอนก็เป็นวัสดุชั้นเยี่ยมสำหรับส่วนประกอบสำคัญในแบตเตอรี่ที่เรียกว่า แอโนด (anode) ซึ่งแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในโทรศัพท์มือถือของเราทุกคนมีกราไฟต์แอโนดอยู่แล้ว”

วิศวกรของ Enso ตัดสินใจว่า พวกเขาจะสกัดลิกนินจากเยื่อกระดาษเหลือทิ้งที่ผลิตแล้วในโรงงานบางแห่ง และแปรรูปลิกนินเพื่อสร้างวัสดุคาร์บอนสำหรับทำแอโนดแบตเตอรี่ ซึ่งโครงการนี้ได้รับความร่วมมือกับบริษัท Northvolt ของสวีเดนด้วยในการวางแผนการผลิตแบตเตอรี่ให้ออกมาใช้งานได้เร็วที่สุด ซึ่งคาดว่าจะแล้วเสร็จในอีก 2 ปีข้างหน้า หรือจะแล้วเสร็จในปี 2025

ทำไมต้องหาวัสดุอื่นมาทดแทนการทำแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

เนื่องจากว่า ในปัจจุบันมีการกล่าวถึงกันเป็นวงกว้างว่า "ลิเธียมไอออน" เป็นหนึ่งในกระบวนการทางอุตสาหกรรมและการทำเหมืองที่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม วัสดุประกอบบางอย่างสำหรับแบตเตอรี่ก็เป็นพิษต่อมนุษย์และยากต่อการนำไปรีไซเคิล และแบตเตอรี่เหล่านี้ยังมีส่วนในการริดรอนสิทธิมนุษยชน เพราะผลิตในประเทศยากจนไปจนถึงประเทศรายได้ปานกลาง ซึ่งอาจมีการใช้แรงงานผิดกฎหมาย

ยกตัวอย่างเช่น Wood Mackenzie ที่ปรึกษาของ Enso กล่าวว่า กระบวนการผลิตกราไฟต์สังเคราะห์ ต้องให้ความร้อนแก่คาร์บอนในอุณหภูมิที่สูงถึง 3,000 องศาเซลเซียส เป็นเวลาหลายสัปดาห์ต่อครั้ง และกระบวนการเหล่านี้มักมาจากโรงงานไฟฟ้าถ่านหินในประเทศจีน ซึ่งในท้ายที่สุดอาจมีการใช้แรงงานผิดกฎหมายและอาจส่งผลเสียต่อสุขภาพของแรงงานด้วย

กระบวนการที่ยุ่งยากของกระดาษสู่ไฟฟ้า

ตามปกติแล้ว แบตเตอรี่จะต้องประกอบไปด้วยแคโทดและแอโนด เป็นเสมือนขั้วบวกขั้วลบ เพื่อให้ประจุไฟฟ้าหรือการไหลของไอออนสามารเป็นไปได้ เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ ลิเธียมหรือโซเดียมไอออน จะถ่ายโอนจากแคโทดไปยังแอโนด เมื่อแบตเตอรี่ถูกคายประจุเพื่อจ่ายพลังงานไฟฟ้าบางอย่าง เช่น รถยนต์ไฟฟ้า ไอออนจะเคลื่อนกลับไปที่แคโทดหลังจากปล่อยอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ผ่านเส้นลวดในวงจรไฟฟ้า เพื่อถ่ายโอนพลังงานไปยังรถยนต์

Jill Pestana นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรแบตเตอรี่ในแคลิฟอร์เนียอธิบายว่า กราไฟต์เป็นวัสดุที่ใช้ได้ และใช้งานได้ดี พอ ๆ กับขั้วบวกที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาดังกล่าว และโครงสร้างคาร์บอนที่ได้จากลิกนินก็เป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการที่สำคัญและมีเปอร์เซ็นเป็นไปได้มากสำหรับงานนี้ และตอนนี้มีบริษัทหลายที่ก็กำลังสำรวจศักยภาพของลิกนินในการพัฒนามาเป็นแบตเตอรี่ด้วยเช่นกัน เช่น Bright Day Graphene ในสวีเดน ก็กำลังผลิตกราฟีน ซึ่งเป็นคาร์บอนอีกรูปแบบหนึ่งที่ได้มาจากลิกนินด้วยเช่นเดียวกัน

แต่สำหรับ Enso วัสดุคาร์บอนแอโนดที่พวกเขาค้นพบนั้น พวกเขาตั้งชื่อมันว่า Lignode พวกเขาบอกว่า พวกเขาจะไม่เปิดเผยถึงวิธีการเปลี่ยนลิกนินเป็นโครงสร้างคาร์บอนที่แข็งแกร่งได้อย่างไร หรือมีโครงสร้างอะไรในโครงสร้างนี้บ้าง ดังนั้น ต้องรอดูผลสำเร็จที่พวกเขาบอกว่ามันจะเสร็จสมบูรณ์ในปี 2025

และที่สำคัญ พวกเขายังกล่าวอ้างด้วยว่า พลังงานแบตเตอรี่ที่พวกเขากำลังผลิตนั้น สามารถชาร์จได้ในเวลาเพียง 8 นาที การชาร์จอย่างรวดเร็วนี้เป็นเป้าหมายหลักของโครงการนี้และเป็นที่ต้องการของผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้าทั่วโลกด้วย

บนโลกนี้ยังมีอะไรให้ต้นคว้าอีกมากมาย เพื่อหาความพอดีและความยั่งยืนด้านพลังงานให้กับโลก

ก่อนหน้านี้มีการค้นคว้ามากมายและมีกลุ่มนักวิจัยจำนวนมากทั่วโลก พยายามมองหาโซลูชั่นด้านพลังงานไฟฟ้า ว่าสิ่งใดกันรอบตัวเราที่จะสามารถนำมาแปลงเป็นพลังงานได้บ้าง เพื่อลดความเสี่ยงจากการผลิตลิเธียมไอออนที่มีกระบวนการเยอะและราคาสูงลิ่วแบบนี้ได้

สำหรับนวัตกรรมชิ้นนี้ สามารถให้พลังงานที่ยั่งยืนกับมนุษย์ได้ ตราบใดที่ลิกนินที่ใช้ในการผลิตแอโนดถูกสกัดเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการผลิตกระดาษที่ใช้แล้วหรือเศษซากที่เหลือ ต้นไม้จะต้องไม่ถูกโค่นมากขึ้นเพื่อผลิตแบตเตอรี่เฉพาะ “หากอุตสาหกรรมเยื่อกระดาษไม่ยั่งยืน วัสดุเองก็ไม่ใช่วัสดุที่ยั่งยืนเช่นเดียวกัน” Pestana กล่าวเสริม

ที่มาข้อมูล

BBC

Storaenso