รายงานข่าววิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี จาก วอชิงตัน เดือนธันวาคม 2550

Last Updated on Saturday, 18 December 2010 13:50

เมททานอลแสดงศักยภาพในการเป็นเชื้อเพลิง
เมททานอล กำลังได้รับความนิยมมากในการเป็นทางเลือกหนึ่งในการเป็นวัตถุดิบทางปิโตรเคมีและเชื้อเพลิง

เมททานอล (Methanal) คือ แอลกอฮอล์ที่เบาและมีโครงสร้างง่ายที่สุด มีคุณสมบัติไม่มีสีและติดไฟได้ โดยได้จากการกลั่นไอจากการเผาไหม้ โดยศาสตราจารย์ George A. Olah นักวิจัยทางเคมี ผู้อำนวยการสถาบันวิจัยไฮโดรคาร์บอนลอคเกอร์ มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียใต้ และผู้เคยได้รับรางวัลโนเบล ให้การสนับสนุนเมททานอลในหนังสือ "Beyond Oil and Gas : the Methanal Economy" โดยเน้นปรัชญาว่าเมททานอลไม่ได้เป็นคำตอบเดียวให้กับปัญหาพลังงานโลก แต่เราควรใช้ทุกสิ่งที่เป็นไปได้ ซึ่งเมททานอลจะมีบทบาทสำคัญตัวหนึ่งในอนาคต

ในสหรัฐฯ ปัจจุบันเน้นที่เอททานอลชีวภาพ (Bioethanol) ในการเป็นเชื้อเพลิง แต่กำลังประสบปัญหา โดยในปี พ.ศ. 2545 สหรัฐฯ ใช้ข้าวโพดในการนำมาผลิตเอททานอล ซึ่งคิดเป็น 20% ของปริมาณข้าวโพดที่ผลิตได้ทั่วประเทศ แต่ยังไกลกับเป้าหมายที่กระทรวงพลังงานตั้งไว้ คือ 60 พันล้านแกลลอนภายในปี พ.ศ. 2573 ทำให้ต้องแบ่งปันข้าวโพดที่ใช้เลี้ยงสัตว์มาใช้ ส่งผลให้ราคาอาหารในสหรัฐฯ และแม็กซิโกสูงขึ้น รวมถึงปัญหาสิ่งแวดล้อม ดังนั้นเมททานอลจึงเป็นทางเลือกหนึ่งที่สำคัญ ตัวอย่างการนำเมททานอลมาใช้เป็นเชื้อเพลิงรถยนต์จะใช้ประมาณ 85% ผสมกับน้ำมันไร้สารตะกั่ว เรียกว่า M85 ซึ่งช่วยลดมลพิษทางอากาศได้ 50% เมื่อเทียบกับการใช้น้ำมันไร้สารตะกั่ว อย่างไรก็ตามการผลิตเมททานอลในระดับอุตสาหกรรมได้จากถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติ แต่มีข้อเสียเรื่องกระบวนการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

พลังงานไฮโดรเจนจากแบคทีเรีย
นักวิทยาศาสตร์วิจัยเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพรุ่นใหม่ ที่สามารถผลิตก๊าซไฮโดรเจนโดยการทำงานของแบคทีเรียได้รวดเร็วกว่าเดิม 300 เท่า ผลงานดังกล่าวเป็นของ Bruce Logan แห่ง Pennsylvania State

นอกจากนี้ยังพบว่าแบคทีเรียสามารถใช้สารอาหารได้หลากหลายชนิด รวมทั้งน้ำตาลกลูโคสและเซลลูโลส โดยพลังงานที่ได้ส่วนใหญ่อยู่ในรูปก๊าซไฮโดรเจนซึ่งมีปริมาณ 3 เท่าจากเดิม โดยผลงานวิจัยดังกล่าวมีความสำคัญ และนักวิจัยบางกลุ่มกำลังนำไปใช้กับแบคทีเรียที่ดัดแปลงยีนส์ เพื่อใช้ผลิตก๊าซไฮโดรเจนที่มีประสิทธิภาพดียิ่งขึ้นกว่านี้ ทั้งนี้เพื่อมุ่งสู่อนาคตเศรษฐกิจไฮโดรเจนต่อไป

อุปกรณ์ตรวจจับวัสดุสารพิษในสิ่งบรรจุหีบห่อ
ห้องปฏิบัติการแห่งชาติซานเดียของสหรัฐฯ พัฒนาอุปกรณ์ตรวจจับ เพื่อตรวจจับสารอันตราย และวัสดุที่มีพิษในหีบห่อหรือซ่อนอยู่ในผ้าหลายๆ ชั้นได้ โดยการใช้คลื่นความถี่ระดับเตระเฮิตช์ (THz) ซึ่งจัดว่าอยู่ระหว่างคลื่นไมโครเวฟและแสงอินฟาเรด โดยสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการตรวจจับวัสดุต่างๆ เช่น อาวุธต้องห้ามต่างๆ ที่ถูกซ่อนไว้ รวมถึงการใช้ในระบบโทรคมนาคมที่ทันสมัย และเป็นอุปกรณ์เรดาร์ที่มีความชัดเจนสูง

การเก็บพลังงานในแผ่นแบตเตอรี่ที่บางและโค้งงอเหมือนแผ่นกระดาษ
คณะวิจัยจาก Rensselaer Polytechnic Institute ประสบความสำเร็จในการพัฒนาอุปกรณ์เก็บพลังงานแบบใหม่ที่มีลักษณะคล้ายแผ่นกระดาษสีดำ แบตเตอรี่ดังกล่าวเกิดจากการใช้เทคโนโลยีนาโน ทำให้มีลักษณะเบาบาง และโค้งงอได้ ซึ่งสามารถนำไปใช้ในอุปกรณ์ต่างๆ เช่น อุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ใช้ฝังในคน และในรถยนต์ เป็นต้น

คุณสมบัติของแบตเตอรี่นาโนนี้มีความสามารถทำงานได้ในอุณหภูมิตั้งแต่ -100-300 องศาฟาเรนไฮนต์ โดยสามารถพิมพ์เป็นแผ่นบางเหมือนกระดาษได้ รวมถึงการใช้เลือดหรือเหงื่อเป็นพลังงานแก่แบตเตอรี่ได้ โดยนักวิจัยใช้วิธีฉีดหลอดคาร์บอนนาโนที่เป็นเส้นตรงเข้าไปในกระดาษทำให้แบตเตอรี่มีสีดำ ตัวหลอดนาโนจะทำหน้าที่เป็นขั้วไฟฟ้าช่วยให้อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถนำไฟฟ้าได้ โดยจะให้พลังงานที่ต่อเนื่องเหมือนแบตเตอรี่ทั่วไป และจะเป็นตัวเก็บประจุที่ให้พลังงานสูง

ความหวังใหม่ในการต่อสู้เชื้อโรคที่ดื้อยา
นักวิชาการทางการแพทย์มหาวิทยาลัยบอสตันค้นพบกระบวนการใหม่ในแบคทีเรียขณะที่แบคทีเรียเผชิญกับยาปฏิชีวนะ

ปัจจุบันมียาปฏิชีวนะสำหรับเชิ้อแบคทีเรีย 3 ชนิดที่ใช้กันประจำ โดยแต่ละชนิดมีเป้าหมายไปขัดขวางการทำงานของแบคทีเรียต่างกัน แต่ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยบอสตันพบว่าวิธีทั้ง 3 มีความเหมือนกันมากกว่าที่เคยเข้าใจ และความเหมือนกันอาจจะเป็นหนทางให้มนุษย์ต่อสู้กับอาการดื้อยาของแบคทีเรียได้ สิ่งนั้นได้แก่ การผลิตอนุมูลอิสระที่มากเกินพอ ตัวอนุมูลอิสระ ได้แก่ โมเลกุลต่างๆ ที่มีประจุลบอิสระ หรือมีอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ ซึ่งเป็นเสมือนอาวุธที่ทำลายดีเอ็นเอ โปรตีนหรือไขมันในผนังเซลล์ กระบวนการดังกล่าวส่งผลให้เกิดสภาพที่แบคทีเรียมีอนุมูลอิสระมากเกินไป ส่งผลให้แบคทีเรียพิการหรือถูกทำลายในที่สุด และในอนาคตวิธีการรักษาแบบที่ทำอย่างไรให้สามารถเพิ่มอนุมูลอิสระต่างๆ ได้จะช่วยลดปริมาณการใช้ยาปฏิชีวนะลง และขณะเดียวกันจะช่วยให้แบคทีเรียที่ดื้อยาพ่ายต่อยามากขึ้น หรือมีการพัฒนาไปสู่ยาปฏิชีวนะแบบใหม่ในที่สุด

การค้นพบครั้งนี้อาจช่วยฟื้นฟูการพัฒนายาปฏิชีวนะข้างเดียวที่ไม่สามารถใช้ได้แล้วเนื่องจากระดับยาที่ใช้รักษาใกล้เคียงกับระดับยาที่เป็นพิษต่อร่างกาย หากกระบวนการค้นพบดังกล่าวช่วยลดระดับยาที่ใช้บำบัดจะทำให้ยาที่เป็นอันตรายในอดีตกลับมาเป็นยาที่ปลอดภัยสำหรับคนไข้ได้ในที่สุด

วัสดุรักษาตัวเองแบบใหม่เลียนแบบผิวหนังมนุษย์
ทีมนักวิจัยมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ ประสบความสำเร็จในการประดิษฐ์วัสดุที่รักษาตัวเอง (Self healing material) ยุคใหม่ โดยวัสดุดังกล่าวเลียนแบบผิวหนังมนุษย์โดยสามารถรักษาตัวเองได้หลายครั้งให้คืนสภาพ

วัสดุดังกล่าวนี้ขึ้นกับเครือข่ายเส้นหล่อเลี้ยงขนาดเล็ก 3 มิติ ที่ฝังตัวอยู่ซึ่งเลียนแบบระบบหมุนเวียนของสิ่งมีชีวิต ในการทำงานนี้มีลักษณะเหมือนกับกรณีที่เกิดแผลบนผิวหนังซึ่งทำให้เลือดไปจุดชนวนการเริ่มการบำบัดรักษาแผล การเกิดรอยแตกในวัสดุดังกล่าวจะเป็นตัวจุดชนวนให้สารรักษาเริ่มซ่อมแซมส่วนที่ถูกทำลาย

การสร้างวัสดุรักษาตัวเองทีมงานได้สร้างโครงสร้างโดยใช้กระบวนการของหุ่นยนต์ ที่เรียกว่า Direct-write assembly โดยใช้เหมือนเป็นเป็นตัวช่วยที่เป็นโพลิเมอร์ กระจายให้เป็นเส้นใยต่อเนื่องเพื่อตัดเป็นโครงสร้าง 3 มิติเป็นชั้นๆ จากนั้นเอาโครงสร้างดังกล่าวมาห่อหุ้มล้อมด้วยสาร Exposy rasin ต่อด้วยการบ่มโดยทำให้เรซินร้อนขึ้นและหมึกกลายเป็น Substrate กับโครงสร้างเครือข่ายขนาดเล็กที่เชื่อมโยงกัน ในกระบวนการสุดท้ายนี้ทีมวิจัยได้วาง Epoxy coating ที่แตกหักของสาร Substrate และเติมโครงสร้างด้วยสารรักษาตนเอง (Liquid healing agent)

นักวิทยาศาสตร์พบตัวแปรสู่การละลายของน้ำแข็งในทะเลอาร์คติค
จากการติดตามปริมาณพื้นที่ปกคลุมด้วยน้ำแข็งในทะเลอาร์คติค (Arctic) ตั้งแต่ปี 2523-2550 พบว่ามีตัวแปรดันภูมิอากาศหลายประการทำให้มีน้ำแข็งปกคลุมน้อยสุดที่เคยมีในประวัติศาสตร์

จากข้อสรุปการประชุม American Geophysical Union ณ นครซานฟรานซิสโกเมื่อกลางเดือน ธ.ค. 2550 สรุปมีตัวแปรหลายข้อที่ก่อผลเสียทำให้ปริมาณน้ำแข็งลดลงอย่างรวดเร็ว
ได้แก่

1. แนวโน้มระยะยาวที่น้ำแข็งในทะเลอาร์คติคจะละลายและหดตัว เป็นตัวเริ่มให้เกิดการละลายของน้ำแข็ง
2. กระแสลมในฤดูร้อนที่มีความแรงผิดปกติได้พัดผลักดันน้ำแข็งส่วนมากออกจากทะเลอาร์คติคตอนกลางทำให้บริเวณที่เหลืออยู่ส่วนใหญ่มีน้ำแข็งที่บาง และเป็นทะเลเปิดที่ไม่มีน้ำแข็งปกคลุม
3. เกิดปรากฏการณ์การลดลงของปริมาณเมฆที่ปกคลุมทะเลอาร์คติค ซึ่งเป็นแนวโน้มที่มีการคาดเดาว่าจะเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2550 นี้ ทำให้แสงอาทิตย์ส่องลงสู่มหาสมุทรมากกว่าปกติ และเนื่องจากทะเลเปิดที่ปราศจากน้ำแข็งปกคลุมจะดูดซับแสงแดดได้ดีกว่าน้ำแข็งและหิมะ ทำให้มหาสมุทรและบรรยากาศเหนือน้ำมีอุณหภูมิสูงขึ้น เรียกว่า Ice/Albedo feedback ยิ่งเร่งให้น้ำแข็งละลายได้รวดเร็วมากขึ้น

กระบวนการใช้ความร้อนและเคมีกำลังนำหน้าวิธีอื่นในการผลิตเอททานอลจากเซลลูโลส
พ.ย. 2550 เมืองโซเฟอร์ตัน รัฐจอร์เจีย ก่อสร้างโรงงานผลิตเอททานอลจากเซลลูโลส (Cellulosic ethanol) โดยใช้ความร้อนและเคมี (Thermochemical) เป็นแห่งแรกของสหรัฐฯ เพื่อย่อยสลายเศษไม้จากอุตสาหกรรมป่าไม้

เทคโนโลยีการใช้ความร้อนและเคมีที่ว่า ใช้โดยบริษัท Rouge Fuels ซึ่งได้ลงทุนสร้างโรงงาน ซึ่งเริ่มต้นโดยการให้ความร้อนและก๊าซออกซิเจนหรือไอน้ำเพื่อย่อยสลายชีวมวลได้เป็นแก๊สสังเคราะห์ ซึ่งประกอบด้วยก๊าซไฮโดรเจน ก๊าซคาร์มอนนอกออกไซด์ และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นหลัก แก๊สดังกล่าวเรียกสั้นๆ ว่า ซินแก๊ส (Syngas) ก่อนถูกนำไปเปลี่ยนเป็นเอททานอล หรือ เชื้อเพลิงดีเซล พื้นฐานของเทคโนโลยีนี้ เช่น กระบวนการ Gasification นั้นมีการพัฒนาและใช้งานมานานในการผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ ปุ๋ย และสารเคมีจากก๊าซธรรมชาติและถ่านหิน จึงนำไปประยุกต์ได้ง่ายในการผลิตเชื้อเพลิงเซลลูโลส อีกทั้งยังสะดวกแก่การนำไปติดตั้งในอุตสาหกรรมต่างๆ

มุมตรงข้ามของการใช้เชื้อเพลิงชีวภาพเพื่อลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก
ข้อสงสัยล่าสุดกำลังเกิดขึ้นเรื่องการทุ่มทรัพยากรทั้งหมดสู่การพัฒนาเชื้อเพลิงชีวภาพคุ้มค่าหรือไม่

จากการประชุมที่เมืองบาหลี ประเทศอินโดนีเซียเรื่องการตกลงเรื่องการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลก เพื่อดำเนินการตามพิธีสารเกียวโต พบมีการใช้พื้นที่โลกประมาณ 1% ปลูกพืชเชื้อเพลิงชีวภาพ เพื่อผลิตเอททานอลทดแทนการใช้น้ำมัน ขณะเดียวกันมีการปลูกสบู่ดำและปาล์มเพื่อใช้ผลิตน้ำมันดีเซลชีวภาพ เนื่องจากราคาน้ำมันดิบที่แพงและการปล่อยก๊าซเรือนกระจกน้อยกว่าการใช้เชื้อเพลิงจากฟอสซิล แต่ผลการศึกษาใหม่ที่ออกมานำมาสู่คำถามเรื่องความเหมาะสมของการขยายการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ  เช่น ปริมาณน้ำในการเพาะปลูก การปล่อยก๊าซเรือนกระจก เช่น ก๊าซไนตรัสออกไซด์ จากการใช้ปุ๋ยปลูกพืชพลังงานชีวภาพ

ตัวอย่างข้อมูลจาก Stockholm Environment Institute สวีเดน ชี้ว่าการขาดแคลนน้ำจะทำให้ผลผลิตทางการเกษตรหยุดชะงัก การใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลลดลง 50% ภายในปี 2553 โลกจะใช้น้ำประมาณ 4,000-12,000 ลูกบาศก์กิโลเมตรต่อปีมากขึ้นจากเดิม หรือข้อมูลจาก International Institute for Applied System Analysis เมือง Luxemburg ออสเตรเลีย ที่แสดงให้เห็นว่าโลกมีพื้นที่เพียง 250-300 ล้านเฮกเตอร์เพื่อปลูกพืชเชื้อเพลิงชีวภาพ แต่โลกยังต้องการพื้นที่เพาะปลูกอีก 200 ล้านเฮกเตอร์ เพื่อเลี้ยงประชากรโลกที่เพิ่มขึ้นอีก 2-3 พันล้านคน ซึ่งหากมีการขยายพื้นที่เพาะปลูกพืชเชื้อเพลิงชีวภาพจะส่งผลกระทบต่อพื้นที่เพาะปลูกอาหารและการทำลายป่าไม้ทำให้มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มากขึ้น รวมถึงการใช้ปุ๋ยที่มีไนโตรเจน ซึ่งธาตุไนโตรเจนกลายเป็นก๊าซไนตรัสออกไซด์ ก๊าซเรือนกระจกหนึ่งที่สำคัญ โดย International Panel Climate Change (IPCC) แสดงตัวเลขว่าระหว่าง 1-2% ของไนโตรเจนที่ใส่ในพื้นที่เพาะปลูกจะกลายเป็นก๊าซไนตรัสออกไซด์


ติดตามอ่านเพิ่มเติมได้ที่ :  http://www.nstda.or.th/index.php/nstda-doc-archives/doc_download/391----122550

บทความนี้มีประโยชน์มากน้อยเพียงใด: / 2
น้อยมากที่สุด