ฟินแลนด์ คิดค้น 'แบตเตอรี่จากทราย' เปลี่ยนความร้อนเป็นไฟฟ้า

ในขณะที่โลกกำลังเร่งเครื่องเปลี่ยนผ่านจากพลังงานฟอสซิลไปสู่พลังงานสะอาด และแม้ว่าสหรัฐอเมริกา ที่นำโดย โดนัลด์ ทรัมป์ จะพยายามแหกทุกข้อจำกัด เพื่อได้มาซึ่งพลังงานฟอสซิล สวนทางกับนานาประเทศ

อย่างไรก็ตาม พลังงานสะอาด ยังคงมีช่องโหว่ที่นักวิทยาศาสตร์หลายคนพยายามแก้มาตลอด คือ ‘ความไม่แน่นอนของธรรมชาติ’ เมื่อเราไม่สามารถสั่งแดดให้ออกตอนกลางคืน หรือสั่งลมให้พัดแรงได้ตลอดเวลา ดังนั้น ‘ระบบกักเก็บพลังงาน’ จึงเป็นจิ๊กซอว์ชิ้นสำคัญที่จะทำให้พลังงานหมุนเวียนกลายเป็นพลังงานของโลกได้

รายงาน Livescience เผยว่า ประเทศฟินแลนด์ ดินแดนแห่งนวัตกรรมสีเขียว กำลังแอบซุ่มประดิษฐ์ตัวช่วยที่ว่า พวกเขาไม่ได้มองหาแร่ธาตุหายากราคาแพงมาทำแบตเตอรี่ แต่กำลังมองกลับไปยังสิ่งที่เป็นพื้นฐานที่สุดอย่าง ‘ทราย’  จนเกิดนวัตกรรมที่เรียกว่า แบตเตอรี่ทราย (Sand Battery) ที่กำลังถูกจับตามองทั่วโลก

ทำไมต้องเป็นทราย?

ทรายอาจดูเป็นวัสดุธรรมดา ที่หลายคนมองข้าม แต่ในเชิงวิศวกรรมพลังงาน ทรายมีคุณสมบัติที่โดเด่นคือ ‘ทนทานต่อความร้อนสูง’ และ ‘สามารถกักเก็บความร้อนได้ยาวนาน’ 

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เราใช้ในมือถือหรือรถยนต์ไฟฟ้านั้นมีราคาแพง มีอายุการใช้งานที่จำกัด และมีประเด็นเรื่องสิ่งแวดล้อมจากการทำเหมืองแร่ แต่ ‘ทราย’ นั้นกลับมีอยู่ทุกที่ ราคาถูก และไม่มีวันเสื่อมสภาพจากการชาร์จซ้ำแล้วซ้ำเล่า

เปลี่ยนทรายเป็นพลังงานได้อย่างไร?

หลักการของแบตเตอรี่ทรายไม่ใช่การเก็บประจุไฟฟ้าในรูปแบบเคมี แต่เป็นการเก็บในรูปของ ‘พลังงานความร้อน (Thermal Energy Storage)’ โดย

1. การเปลี่ยนไฟฟ้าเป็นความร้อน : เมื่อกังหันลมหรือแผงโซลาร์เซลล์ผลิตไฟฟ้าออกมาเกินความต้องการของระบบในช่วงเวลานั้น ไฟฟ้าส่วนเกินจะถูกส่งไปยังขดลวดความร้อนภายในแทงค์ทรายขนาดมหึมา (คล้ายหลักการของเครื่องทำน้ำอุ่น)
2. การกักเก็บ : ความร้อนที่สูงถึง 500-600 องศาเซลเซียส จะถูกถ่ายเทลงสู่ทรายหรือหินสบู่บดที่บรรจุอยู่ภายในถังเหล็กที่มีฉนวนความร้อนอย่างดี ทรายจะเก็บความร้อนนี้ไว้ได้นานหลายสัปดาห์ หรือแม้กระทั่งหลายเดือน
3. การนำออกมาใช้ : เมื่อถึงเวลาที่ขาดแคลนพลังงาน เช่น ในฤดูหนาวที่แสงแดดน้อย หรือในช่วงกลางคืน ระบบจะหมุนเวียนอากาศผ่านทรายที่ร้อนระอุ เพื่อนำลมร้อนออกมาสร้างไอน้ำสำหรับหมุนกังหันผลิตไฟฟ้า หรือส่งความร้อนไปยังระบบทำความร้อนของเมือง เพื่อให้ความอบอุ่นแก่บ้านเรือน

ก้าวกระโดดจากขยะอุตสาหกรรมสู่นวัตกรรม

บริษัท Polar Night Energy ผู้บุกเบิกเทคโนโลยีนี้ ได้สร้างความตื่นเต้นครั้งใหม่ที่เมือง Pornainen โดยสร้างแบตเตอรี่ทรายขนาดใหญ่กว่าเดิมถึง 10 เท่า (ความจุ 100 MWh) และที่น่าสนใจคือ พวกเขาใช้สบู่หินบด ซึ่งเป็นวัสดุเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมเตาผิงมาเป็นวัสดุกักเก็บความร้อนแทนทรายทั่วไปด้วย ถือเป็นการใช้ทรัพยากรหมุนเวียนที่ยอดเยี่ยม

แบตเตอรี่ทราย เหมาะกับประเทศไทยแค่ไหน?

ประเทศไทย ในฐานะเมืองร้อน ที่มีคลังแสงอาทิตย์เยอะ แน่นอนว่าได้ประโยชน์จากแบตเตอรี่ทรายเต็ม ๆ และอาจมีประสิทธิภาพมากกว่าเมืองหนาว

• เปลี่ยนแดดกลางวันเป็นไฟฟ้าส่องสว่างยามค่ำคืน : เราสามารถกักเก็บความร้อนจากแดดจัดกลางวันไว้ในทราย เพื่อนำมาผลิตไฟฟ้าในช่วงที่คนไทยใช้ไฟสูงสุดตอนหัวค่ำได้
• หนุนภาคอุตสาหกรรม : โรงงานที่ต้องใช้ความร้อนและไอน้ำตลอด 24 ชั่วโมง สามารถใช้ความร้อนจากแบตเตอรี่ทรายแทนการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล ช่วยลดต้นทุนและลดการปล่อยคาร์บอน
• ต้นทุนต่ำจากวัสดุท้องถิ่น : การใช้ทรายหรือวัสดุเหลือทิ้งจากการก่อสร้างในไทยจะช่วยการนำเข้าแบตเตอรี่ราคาแพงจากต่างประเทศไทยได้ และอาจทำให้ค่าไฟ หรือต้นทุนเกี่ยวกับไฟฟ้าในภาพรวมทั้งประเทศลดลงได้

แบตเตอรี่ทรายคือทางเลือกหนึ่งของนวัตกรรมที่พยายามเข้ามาแก้ปัญหาเรื่องความไม่แน่นอนของธรรมชาติ และยังพิสูจน์ให้เห็นด้วยว่า นวัตกรรมเปลี่ยนโลกไม่จำเป็นต้องซับซ้อน เพียงแค่เข้าใจธรรมชาติและรู้จักนำสิ่งที่อยู่รอบตัวมาใช้อย่างชาญฉลาด 

อย่างไรก็ตาม นวัตกรรมนี้ยังคงมีความท้าทายเรื่องต้นทุนและประสิทธิภาพในภาพรวม แม้ทรายจะเป็นวัสดุราคาถูก แต่การเปลี่ยนความร้อนกลับมาเป็นไฟฟ้านั้นยังมีการสูญเสียพลังงานสูงกว่าแบตเตอรี่เคมีหลายเท่าตัว นักวิจารณ์จึงมองว่าแบตเตอรี่ทรายอาจเหมาะกับการเป็นระบบ 'สำรองพลังงานระยะยาว' หรือใช้ในอุตสาหกรรมที่ต้องการความร้อนโดยตรงมากกว่าจะเป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าหลักเพียงอย่างเดียว