นักวิจัยเปลี่ยนขยะอาหารให้กลายเป็นน้ำมันเครื่องบินบริสุทธิ์โดยไม่ต้องผสมน้ำมันดิบ ช่วยทลายข้อจำกัดด้านต้นทุนด้วยกระบวนการกลั่นที่ง่ายขึ้น และเตรียมขับเคลื่อนอุตสาหกรรมการบินสู่ยุคพลังงานสะอาดเพื่อสิ่งแวดล้อมที่ยั่งยืน
ทีมนักวิจัยประสบความสำเร็จในการคิดค้นเทคโนโลยีที่สามารถเปลี่ยน "ขยะอาหารเหลือทิ้ง" จากชุมชนเมือง ให้กลายเป็นน้ำมันเครื่องบินสูตรยั่งยืนคุณภาพสูง จนสามารถนำไปใช้ขับเคลื่อนเครื่องบินเจ็ทได้แบบร้อยเปอร์เซ็นต์โดยไม่ต้องพึ่งพาน้ำมันฟอสซิลแบบเดิม
นวัตกรรมนี้ไม่เพียงแต่ช่วยลดขั้นตอนการกลั่นให้ง่ายและประหยัดขึ้นอย่างทวีคูณ แต่ยังเป็นจิ๊กซอว์ชิ้นสำคัญในการขับเคลื่อนระบบเศรษฐกิจหมุนเวียน ที่ช่วยแก้ปัญหาวิกฤตขยะล้นโลกไปพร้อมกับการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในภาคการคมนาคม ถือเป็นก้าวสำคัญด้านพลังงานสะอาดให้กับอนาคต
ปลดล็อกขีดจำกัดพลังงานการบิน
อุตสาหกรรมการบินทั่วโลกกำลังเผชิญแรงกดดันในการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอน ที่ผ่านมา "น้ำมันเชื้อเพลิงการบินแบบยั่งยืน" หรือ SAF (Sustainable Aviation Fuel) ที่ผลิตจากชีวมวล มักมีข้อจำกัดคือ ไม่สามารถนำมาใช้งานเดี่ยว ๆ ได้ จำเป็นต้องนำไปผสมกับน้ำมันเจ็ตจากฟอสซิลในสัดส่วน 50 ต่อ 50 เนื่องจากน้ำมันชีวภาพทั่วไปยังขาดคุณสมบัติทางเคมีบางประการ โดยเฉพาะสารอะโรมาติก (Aromatic compounds) ซึ่งทำหน้าที่สำคัญในการช่วยให้ซีลยางในระบบเครื่องยนต์ขยายตัวเพื่อป้องกันปัญหาน้ำมันรั่วซึมระหว่างทำการบิน
แต่เทคโนโลยีนี้ได้ทลายขีดจำกัดดังกล่าวลง ด้วยการพัฒนาน้ำมันเครื่องบินจากชีวมวลที่มีคุณสมบัติทางเคมีสมบูรณ์แบบในตัวเอง จนกลายเป็น "น้ำมันบริสุทธิ์พร้อมใช้งาน" (Drop-in/Neat Fuel) ที่สามารถเติมใส่ถังเชื้อเพลิงของเครื่องบินพาณิชย์และทำการบินได้ทันทีโดยไม่ต้องพึ่งพาน้ำมันดิบ
เบื้องหลังความสำเร็จจากห้องแล็บสู่ชั้นบรรยากาศ
งานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ เออร์แบนา-แชมเปญจน์ (University of Illinois Urbana-Champaign) ร่วมกับสถาบันวิจัยชั้นนำในประเทศสหรัฐอเมริกา ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารสมาคมเคมีแห่งอเมริกา (Journal of the American Chemical Society หรือ JACS) รวมถึงวารสารในเครือเนเจอร์ (Nature)
ทีมวิจัยซึ่งนำโดย ดร. Sabrina Summers นักวิจัยหลัก และ ศ.ดร. Yuanhui Zhang ได้อธิบายเบื้องหลังการพัฒนาว่า พวกเขาเลือกใช้ "ขยะอาหาร" (Food Waste) ซึ่งเป็นแหล่งคาร์บอนที่ไร้ราคาและมีปริมาณมหาศาล นำมาผ่านกระบวนการทางเคมีที่เรียกว่า Hydrothermal Liquefaction หรือ HTL (กระบวนการเปลี่ยนมวลชีวภาพเป็นน้ำมันดิบด้วยความร้อนและแรงดันสูง) ซึ่งเป็นการจำลองการเกิดน้ำมันดิบใต้ผิวโลกตามธรรมชาติให้เกิดขึ้นได้ในเวลาเพียงไม่กี่นาที
จากนั้นทีมวิจัยได้นำน้ำมันดิบชีวภาพที่ได้มาผ่านกระบวนการ Hydrotreating เพื่อขจัดสิ่งเจือปน เช่น ออกซิเจน ไนเตรต และซัลเฟอร์ โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะกลุ่มโคบอลต์และโมลิบดีนัม ทำให้ได้โครงสร้างไฮโดรคาร์บอนที่บริสุทธิ์และมีความหนาแน่นเทียบเท่าน้ำมันสูตรฟอสซิลแบบดั้งเดิมทุกประการ โดยไม่ต้องพึ่งพาน้ำมันดิบเลย
กระบวนการกลั่นที่ง่ายขึ้น เพื่อการใช้งานจริง
ความโดดเด่นที่ทำให้นวัตกรรมนี้น่าจับตามองมากกว่างานวิจัยในอดีต คือ "ความเรียบง่ายของกระบวนการกลั่น" (Simpler Refining) สิทธิบัตรและกรรมวิธีเก่า ๆ มักมีความซับซ้อน ใช้พลังงานสูง และมีค่าใช้จ่ายในการแยกสารเคมีที่ยุ่งยาก ส่งผลให้ต้นทุนการผลิตเชิงพาณิชย์พุ่งสูงจนสายการบินต่าง ๆ เข้าถึงได้ยาก
แต่ทีมวิจัยได้ออกแบบระบบที่ช่วยลดขั้นตอนการแยกสารและลดอุณหภูมิที่ต้องใช้ในปฏิกิริยาเคมีลง ทำให้กระบวนการผลิตเป็นไปอย่างราบรื่นและใช้พลังงานต่ำลงอย่างมาก ซึ่งการตัดลดความซับซ้อนนี้คือกุญแจสำคัญที่จะช่วยให้โรงงานผลิตพลังงานทางเลือกสามารถนำเทคโนโลยีนี้ไปปรับใช้ในระดับอุตสาหกรรมได้อย่างรวดเร็ว และทำให้ต้นทุนของน้ำมัน SAF ถูกลงจนสามารถแข่งขันในตลาดพลังงานได้ในอนาคตอันใกล้
เคลียร์ขยะล้นเมือง พร้อมคืนอากาศบริสุทธิ์
เทคโนโลยีนี้ส่งผลกระทมเชิงบวกต่อชีวิตผู้คนและสิ่งแวดล้อมอย่างมหาศาลในสองมิติหลัก มิติแรกคือการจัดการสิ่งแวดล้อมในชุมชนเมือง ขยะอาหารที่ถูกฝังกลบมักจะเน่าเสียและปล่อยก๊าซมีเทน ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่ร้ายแรงกว่าคาร์บอนไดออกไซด์หลายเท่า การดึงขยะเหล่านี้ออกจากระบบเพื่อนำมาทำเป็นเชื้อเพลิงจึงเป็นการตัดต้นตอของมลพิษในเมืองใหญ่ตั้งแต่ต้นทาง
มิติที่สองคือประโยชน์ต่อผู้คนและชั้นบรรยากาศของโลก การเปลี่ยนมาใช้น้ำมันเจ็ตชีวภาพ 100% จะช่วยลดการปล่อยคาร์บอนในภาคการบินลงได้มากกว่า 80% เมื่อเทียบกับการใช้น้ำมันฟอสซิล ซึ่งหมายความว่าคนรุ่นหลังจะมีสภาพภูมิอากาศที่เสถียรขึ้น มีอากาศที่บริสุทธิ์ให้หายใจ และช่วยบรรเทาวิกฤตโลกรวนที่ทุกคนกำลังเผชิญอยู่ให้ทุเลาลง
การเปลี่ยนขยะก้นครัวให้กลายเป็นเชื้อเพลิงขับเคลื่อนเครื่องบินพาณิชย์โดยไม่ต้องผสมน้ำมันดิบ คือความสำเร็จที่แสดงให้เห็นถึงพลังของเศรษฐกิจหมุนเวียน (Circular Economy) ที่แท้จริง แม้ว่าในปัจจุบันเทคโนโลยีนี้จะยังอยู่ในขั้นตอนการทดสอบในโรงงานต้นแบบและรอการอนุมัติมาตรฐานความปลอดภัยทางการบินเพิ่มเติม แต่แนวโน้มในอนาคตค่อนข้างสดใส เพราะมันพิสูจน์แล้วว่า มนุษย์เราสามารถเดินทางข้ามโลกได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องทำลายสิ่งแวดล้อม และวันหนึ่งขยะในมือของเราทุกคนอาจกลายเป็นพลังงานสะอาดที่พามนุษยชาติทะยานขึ้นสู่ท้องฟ้าอย่างยั่งยืน
เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร
ที่มาข้อมูล: illinois, techxplore, scienceblog, eurekalert
ที่มาภาพ: illinois
อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
