นักวิจัยจาก University of Cambridge สร้างใบไม้เทียมลอยน้ำ สามารถเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นเชื้อเพลิงได้โดยอาศัยพลังงานจากแสงอาทิตย์

ใบไม้เทียมนี้สร้างขึ้นจากแผ่นพลาสติกเคลือบด้วยฟิล์มหลายชั้น โดยฟิล์มแต่ละชั้นซึ่งหนาในระดับไมโครเมตรนั้นประกอบไปด้วยชั้นของ perovskite อันเป็นวัสดุที่สามารถดูดซับแสงได้ชนิดหนึ่งซึ่งมีใช้งานในแผงโซลาร์เซลล์ด้วย, ชั้นแผ่นฟิล์มโพลิเมอร์ที่มีส่วนประกอบออกไซด์โลหะซึ่งนำไฟฟ้า และชั้นของสารเร่งปฏิกิริยาซึ่งอาจเป็นโคบอลต์หรือแพลตินัม โดยแผ่นฟิล์มบางระดับไมโครเมตรเหล่านี้จะมีเคลือบสารป้องกันความชื้นซึ่งประกอบไปด้วยส่วนผสมของกาว epoxy และผงกราไฟต์

การทดสอบใบไม้เทียมลอยน้ำในแม่น้ำ Cam (ภาพจาก University of Cambridge)

ในกรณีที่เลือกใช้โคบอลต์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ใบไม้เทียมนี้จะสามารถรับเอาพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ในปฏิกิริยาเคมีโดยดึงเอาก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มาเปลี่ยนเป็นซินแก๊ส ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงสถานะก๊าซชนิดหนึ่งที่มีส่วนประกอบเป็นก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ ส่วนในกรณีที่ใช้สารเร่งปฏิกิริยาเป็นแพลตินัม ใบไม้เทียมนี้จะทำปฏิกิริยาแยกน้ำเป็นก๊าซออกซิเจนและก๊าซไฮโดรเจน โดยก๊าซเชื้อเพลิงที่ได้จากปฏิกิริยาเคมีไม่ว่าจะเป็นก๊าซไฮโดรเจนหรือซินแก๊ส ต่างจะถูกกักเก็บไว้ใต้แผ่นฟิล์มของใบไม้เทียม

จากการทดสอบนำใบไม้เทียมไปลอยในน้ำรับแสงแดด มันสามารถผลิตก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (อันเป็นองค์ประกอบสำคัญของซินแก๊ส) ด้วยประสิทธิภาพราว 0.6% และ 0.05% ต่อกรัม ตามลำดับ ซึ่งแม้จะดูน้อยแต่ก็ยังมีนัยยะเมื่อเทียบกับประสิทธิภาพการสร้างก๊าซด้วยกระบวนการสังเคราะห์แสงตามธรรมชาติซึ่งมีค่าอยู่ในช่วง 0.5-1%

ใบไม้เทียมนี้สามารถนำไปใช้งานได้ทั้งบนผิวน้ำของแหล่งน้ำธรรมชาติอย่างแม่น้ำ, ทางระบายน้ำเสีย, ริมชายฝั่ง หรือแม้แต่บนผิวน้ำกลางทะเล นอกจากนี้มันยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้เพื่อช่วยลดมลภาวะในน้ำเสียได้ด้วย

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานใบไม้เทียมในสิ่งแวดล้อมจริงสภาพต่างๆ

งานวิจัยนี้เป็นการต่อยอดมาจากงานวิจัยเดิมของทีมเดียวกันที่สร้างใบไม้เทียมที่สามารถดึงเอาก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านกระบวนการจนได้เป็นซินแก๊สซึ่งมีการเผยแพร่ผลงานไปเมื่อปี 2019 ทว่าในตอนนั้นชิ้นงานที่ทำขึ้นมีส่วนประกอบของขวดแก้วเนื้อหนาและการเคลือบสารกันความชื้นซึ่งเป็นข้อจำกัดใหญ่ในการพัฒนาเพื่อผลิตในปริมาณมากรวมทั้งเป็นอุปสรรคต่อการใช้งานในสิ่งแวดล้อมภายนอก

และหากย้อนไปไกลกว่านั้นในปี 2016 ก็มีงานวิจัยสร้างใบไม้เทียมโดยทีมวิจัยของ Harvard ออกมาเช่นกัน ซึ่งในตอนนั้นอุปกรณ์ทุกอย่างยังมีลักษณะเป็นชุดทดลองในห้องปฏิบัติการเพื่อพิสูจน์หลักการมากกว่าจะเป็นการพัฒนาชิ้นงานเพื่อใช้งานจริง

สามารถอ่านรายละเอียดงานวิจัยใบไม้เทียมลอยน้ำเพิ่มเติมได้ที่นี่

ที่มา - IEE Spectrum, University of Cambridge - 1, 2