แอมโมเนีย (NH₃) เป็นสารเคมีที่มีประโยชน์สูงและมีการใช้งานมากในหลายอุตสาหกรรมทั่วโลก โดยประเทศไทยมีกลุ่มโรงงานที่ใช้แอมโมเนียในกระบวนการผลิตหลายด้าน เช่น โรงงานพลาสติก ไนลอน น้ำยางข้น ผงชูรส สารเคมี รวมถึงห้องเย็นและโรงงานผลิตน้ำแข็ง อย่างไรก็ตามแอมโมเนียเป็นสารเคมีอันตรายประเภทแก๊สพิษและมีฤทธิ์กัดกร่อน ทำให้เมื่อเกิดเหตุขัดข้องมีแก๊สแอมโมเนียรั่วไหลเกินกำหนดภายในโรงงาน ก็อาจส่งผลเสียต่อสุขภาพของผู้ปฏิบัติงานภายในพื้นที่ได้ตั้งแต่ระดับระคายเคืองไปจนถึงเสียชีวิต ดังที่เคยปรากฏให้เห็นในข่าวอยู่เป็นระยะ ดังนั้นแล้วเพื่อป้องกันความสูญเสียดังกล่าว แต่ละโรงงานจึงควรเลือกใช้เทคโนโลยีที่เหมาะสมเพื่อเฝ้าระวังความเสี่ยง

กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.) โดยศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ร่วมกับคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยแม่โจ้ พัฒนา ‘อุปกรณ์เซนเซอร์ตรวจวัดปริมาณการรั่วไหลของแก๊สแอมโมเนียและระบบแจ้งเตือนแบบเรียลไทม์’ มุ่งสนับสนุนยกระดับความปลอดภัยในการปฏิบัติงานให้ภาคอุตสาหกรรมไทย เพื่อยับยั้งความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นต่อชีวิตและทรัพย์สินภายในโรงงาน รวมถึงชุมชนโดยรอบอย่างทันท่วงที

ดร.คทา จารุวงศ์รังสี นักวิจัยทีมวิจัยเทคโนโลยีเซนเซอร์แสงไฟฟ้าเคมี เนคเทค สวทช. อธิบายว่า อุปกรณ์เซนเซอร์ตรวจวัดปริมาณการรั่วไหลของแก๊สแอมโมเนียที่ทีมวิจัยร่วมกับนักวิจัยจากคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยแม่โจ้พัฒนาขึ้น เป็นชนิดสารกึ่งตัวนำจากออกไซด์ของโลหะ (metal oxide semiconductor) ที่มีความจำเพาะสูง ตรวจจับปริมาณแก๊สแอมโมเนียได้ครอบคลุมตั้งแต่ระดับเริ่มมีการรั่วไหล ไปจนถึงระดับเป็นอันตรายต่อสุขภาพมนุษย์ โดยอุปกรณ์ผ่านการออกแบบให้มีขนาดเล็ก ติดตั้งสะดวก ใช้พลังงานต่ำ ส่วนทางด้านการปรับเทียบอุปกรณ์ (calibrate) หากภายในองค์กรมีบุคลากรที่มีความเชี่ยวชาญเฉพาะทางหรือผ่านการอบรมมาเรียบร้อยแล้ว ก็สามารถดำเนินงานปรับเทียบเองได้โดยไม่ต้องเสียเวลาและค่าใช้จ่ายในการจัดส่งอุปกรณ์ไปซ่อมบำรุงยังห้องปฏิบัติการเฉพาะทาง ทำให้อุปกรณ์ที่พัฒนาขึ้นนี้มีความคล่องตัวในการใช้งานสูง

อุปกรณ์เซนเซอร์ตรวจวัดปริมาณการรั่วไหลของแก๊สแอมโมเนียและระบบแจ้งเตือนแบบเรียลไทม์ผ่านการทดสอบแล้วว่ามีคุณสมบัติและราคาอยู่ในเกณฑ์ทัดเทียมหรือแข่งขันกับอุปกรณ์ที่นำเข้าจากต่างประเทศได้เป็นอย่างดี และที่พิเศษกว่านั้น คือ อุปกรณ์เซนเซอร์นี้วิจัยและพัฒนาโดยคนไทยตั้งแต่ต้นน้ำถึงปลายน้ำ ทำให้ทีมวิจัยมีความพร้อมในการช่วยปรับแต่งอุปกรณ์ให้สอดรับกับความต้องการใช้งานของผู้ประกอบการไทยที่มีความหลากหลาย

คุณทวี ป๊อกฝ้าย นักวิจัยทีมวิจัยเทคโนโลยีเซนเซอร์แสงไฟฟ้าเคมี เนคเทค สวทช. อธิบายเสริมถึงส่วนฟังก์ชันการจัดส่งข้อมูลจากเซนเซอร์ไปยังระบบวิเคราะห์ข้อมูลและระบบแจ้งเตือนความเสี่ยงของโรงงานที่ทีมวิจัยเนคเทค สวทช. เป็นผู้พัฒนาขึ้นว่า ทีมวิจัยได้พัฒนาอุปกรณ์เซนเซอร์ให้เป็นอุปกรณ์ประเภท IoT (Internet of Things) หรืออุปกรณ์ที่สื่อสารและส่งข้อมูลการตรวจวัดได้ด้วยตัวเอง โดยออกแบบให้จัดส่งข้อมูลได้ 2 รูปแบบหลัก รูปแบบแรกคือการส่งข้อมูลไปยังแพลตฟอร์มวิเคราะห์บริหารจัดการงานภายในโรงงาน เพื่อประโยชน์ด้านการเฝ้าระวังการเสื่อมสภาพของอุปกรณ์ต่าง ๆ ภายในโรงงานที่ทำให้เกิดการรั่วไหลของแก๊สแอมโมเนีย และการป้องกันไม่ให้พนักงานที่ปฏิบัติงานในพื้นที่สูดดมหรือสัมผัสแก๊สแอมโมเนียในปริมาณเกินกำหนด เพราะการรับแก๊สแอมโมเนียเข้าสู่ร่างกายอย่างต่อเนื่องแม้จะอยู่ในระดับความเข้มข้นต่ำก็อาจส่งผลเสียต่อสุขภาพในระยะยาวได้

“ส่วนการจัดส่งข้อมูลรูปแบบที่สองคือการส่งสัญญาณแจ้งเตือนอันตรายที่อาจเกิดขึ้นต่อผู้ปฏิบัติงานในพื้นที่ โดยมีการออกแบบระบบให้แจ้งเตือนได้หลายระดับ ตั้งแต่แจ้งเตือนไปยังส่วนงานซ่อมบำรุงและส่วนงานความปลอดภัยเพื่อเข้าตรวจสอบสถานะของอุปกรณ์ภายในโรงงาน และการส่งสัญญาณแจ้งเตือนฉุกเฉินในรูปแบบแสง เสียง และข้อความไปยังผู้ปฏิบัติงานภายในพื้นที่ เพื่อให้เร่งอพยพออกจากจุดเกิดเหตุโดยด่วน โดยระบบแจ้งเตือนทั้งหมดนี้สามารถปรับแต่งให้เหมาะสมกับความต้องการของแต่ละโรงงานได้เช่นกัน”

ปัจจุบันทีมวิจัยพัฒนาอุปกรณ์เซนเซอร์ตรวจวัดปริมาณการรั่วไหลของแก๊สแอมโมเนียและระบบแจ้งเตือนแบบเรียลไทม์สำเร็จในระดับห้องปฏิบัติการแล้ว โดยมีแผนดำเนินงานความร่วมมือกับโรงงานทั้งขนาดเล็ก กลาง และใหญ่ในไทยอย่างใกล้ชิด เพื่อทดสอบประสิทธิภาพของอุปกรณ์ ก่อนเปิดถ่ายทอดเทคโนโลยีการผลิตต่อไป

ดร.มติ ห่อประทุม หัวหน้าทีมวิจัยเทคโนโลยีเซนเซอร์แสงไฟฟ้าเคมี เนคเทค สวทช. อธิบายว่า จากการวิจัยเพื่อบ่มเพาะองค์ความรู้มาอย่างต่อเนื่องยาวนานนับสิบปี ทำให้ปัจจุบันทีมวิจัยพัฒนาอุปกรณ์เซนเซอร์ตรวจวัดปริมาณแก๊สชนิดต่าง ๆ ได้อย่างหลากหลาย ตัวอย่างเด่น เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ เอทิลีน นอกจากนี้ทีมวิจัยยังมีความเชี่ยวชาญด้านการพัฒนาอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานในการตรวจวัดต่ำ ทำให้สามารถพัฒนาต่อยอดอุปกรณ์ได้หลากหลายรูปแบบ เช่น การผลิตอุปกรณ์พกพาสำหรับผู้ทำหน้าที่ตรวจวัดปริมาณแก๊สต่าง ๆ ภายในโรงงาน หรือการผลิตอุปกรณ์พกพาในรูปแบบป้ายแขวนคอสำหรับผู้ที่ต้องปฏิบัติงานในพื้นที่เสี่ยงสูง โดยขณะนี้ทีมกำลังต่อยอดองค์ความรู้ให้เกิดประโยชน์สูงสุดโดยบูรณาการความเชี่ยวชาญเฉพาะทางร่วมกับนักวิจัยจากสถาบันการศึกษาต่าง ๆ เช่น การพัฒนาเซนเซอร์เพื่อใช้ประโยชน์ด้านสุขภาพและการแพทย์ร่วมกับคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ และการพัฒนาเซนเซอร์ตรวจวัดระดับน้ำเสียร่วมกับคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยแม่โจ้ ซึ่งงานวิจัยโครงการที่สองนี้ได้รับทุนสนับสนุนทุนจากสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.)

“นอกจากนี้ ทีมวิจัยยังต่อยอดการพัฒนาเซนเซอร์สู่การผลิตอุปกรณ์ E-nose (electronics noses) หรืออุปกรณ์จมูกอิเล็กทรอนิกส์สำหรับใช้วิเคราะห์กลิ่นซึ่งกำลังมีความต้องการสูงในหลายอุตสาหกรรม เพราะอุปกรณ์ชนิดนี้นอกจากจะวิเคราะห์กลิ่นได้แม่นยำกว่ามนุษย์แล้ว ยังใช้ปฏิบัติภารกิจที่มีความเสี่ยงต่อสุขภาพแทนมนุษย์ได้ด้วย โดยจุดเด่นของอุปกรณ์ E-nose ที่พัฒนาขึ้น คือ เซนเซอร์แต่ละตัวภายใน E-nose สามารถให้ข้อมูลลักษณะเด่นหรือฟีเจอร์ (feature) ได้เป็นจำนวนมาก แตกต่างจากเซนเซอร์ทั่วไปที่ส่วนใหญ่วิเคราะห์ได้เพียงฟีเจอร์เดียว ทำให้การวิเคราะห์ข้อมูลมีความละเอียดมากยิ่งขึ้น และช่วยให้ต้นทุนการผลิตอุปกรณ์ลดลง พร้อมกันนี้ทีมวิจัยยังได้พัฒนา AI สำหรับใช้ในการวิเคราะห์ข้อมูลจาก E-nose เพื่อให้ผู้ใช้งานได้รับผลการวิเคราะห์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น และช่วยลดระยะเวลาในการปฏิบัติงานด้านการทดสอบกลิ่นได้เป็นอย่างดี โดยขณะนี้ทีมวิจัยกำลังเดินหน้าวิจัยอุปกรณ์เพื่อใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมหลักของไทยทั้งในด้านเกษตร อาหาร  สุขภาพ และการแพทย์”

การที่ประเทศไทยมีศักยภาพในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อใช้ตรวจวัดปริมาณสารเคมีชนิดต่าง ๆ ด้วยตัวเอง ไม่เพียงเป็นประโยชน์ต่อการรักษาความปลอดภัยในการปฏิบัติงาน ลดการสูญเสียทั้งชีวิตและทรัพย์สินเท่านั้น แต่ยังเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อการยกระดับอุตสาหกรรมต่าง ๆ ของไทย ที่สำคัญคือการส่งเสริมให้เกิดการทำอุตสาหกรรมในรูปแบบที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ซึ่งทั้งหมดนี้จะนำไปสู่การเพิ่มขีดความสามารถทางการแข่งขันของประเทศไทยอย่างยั่งยืน ตามแนวทางโมเดลเศรษฐกิจ BCG สอดคล้องกับแผนยุทธศาสตร์ประเทศไทย

สำหรับผู้ที่สนใจติดต่อสอบถามได้ที่ ดร.คทา จารุวงศ์รังสี นักวิจัยทีมวิจัยเทคโนโลยีเซนเซอร์แสงไฟฟ้าเคมี เนคเทค สวทช. อีเมล kata.jaruwongrungsee@nectec.or.th หรือเบอร์โทรศัพท์ 0 2564 6900 ต่อ 2185

ผู้ร่วมวิจัย

 

วัสดุนาโนสำหรับตอบสนองแก๊สแอมโมเนีย พัฒนาขึ้นภายใต้โครงการทุนสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีไทย (TGIST) โดยมี นายมณธวัช วิบูลย์ นักศึกษาคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยแม่โจ้ และ รศ. ดร.วิรันธชา เครือฟู อาจารย์ที่ปรึกษา จากคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยแม่โจ้ เป็นผู้ร่วมวิจัย

 

การวิจัยทางด้านการประยุกต์ใช้แก๊สเซนเซอร์ในงานด้านสุขภาพและการแพทย์ เป็นงานความร่วมมือกับ รศ. ดร.ชัยกานต์ เลียวหิรัญ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

 

การวิจัยทางด้านการประยุกต์ใช้แก๊สเซนเซอร์ในงานด้านตรวจวัดระดับน้ำเสีย เป็นงานความร่วมมือกับ ผศ. ดร.ฐปน ชื่นบาล, รศ. ดร.วิรันธชา เครือฟู และ ผศ .ดร.ศิราภรณ์ ชื่นบาล จากคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยแม่โจ้

เรียบเรียงโดย ภัทรา สัปปินันทน์ ฝ่ายสร้างสรรค์สื่อและผลิตภัณฑ์ สวทช.
อาร์ตเวิร์คโดย ภัทรา สัปปินันทน์
ภาพประกอบโดย ภัทรา สัปปินันทน์, เนคเทค สวทช. และ shutterstock