นักวิจัย ม.วลัยลักษณ์ คิดค้นถ่านกัมมันต์เพื่อเป็นตัวเก็บประจุไฟฟ้ายิ่งยวด จากขี้เลื่อยไม้ยางพารา ลดการนำเข้าจากต่างประเทศ เพิ่มมูลค่าชีวมวลไม้ยางพาราไทย พร้อมตอบโจทย์การพัฒนาอย่างยั่งยืน
ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.อุเทน ทับทรวง อาจารย์ประจำสาขาวิชาปิโตรเคมีและพอลิเมอร์ สำนักวิชาวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยวลัยลักษณ์ เปิดเผยว่า สถานการณ์พลังงานในปัจจุบันมุ่งเน้นไปที่พลังงานสะอาด เช่น พลังงานไฟฟ้า ซึ่งอุปกรณ์กักเก็บพลังงานไฟฟ้า เช่น ตัวเก็บประจุยิ่งยวด หรือแบตเตอรี่ มีแนวโน้มเป็นที่ต้องการมากขึ้น และตัวแปรสำคัญที่จะได้มาซึ่งอุปกรณ์กักเก็บประสิทธิภาพสูง คือ วัสดุขั้วอิเล็กโทรด ถ่านกัมมันต์ หรือถ่านคาร์บอนจึงถูกนำมาประยุกต์ใช้เป็นขั้วอิเล็กโทรด และปัจจุบันประเทศไทยต้องนำเข้าถ่านกัมมันต์เกรดตัวเก็บประจุยิ่งยวดมาจากต่างประเทศ ซึ่งทำจากขี้เลื่อยไม้สนและมีราคาประมาณกิโลกรัม ละ 2,500 บาท โดยมูลค่าตลาดโลกของถ่านกัมมันต์เกรดตัวเก็บประจุยิ่งยวดในปี 2020 อยู่ที่ประมาณ 200 ล้านเหรียญสหรัฐ และมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นร้อยละ 10 ต่อปี และในปี พ.ศ. 2562 ประเทศไทยมีมูลค่าการส่งออกถ่านกัมมันต์มากกว่า 880 ล้านบาท และนำเข้ากว่า 2,000 ล้านบาท จาก จีน อินโดนีเซีย ศรีลังกา สหรัฐ ญี่ปุ่น และเยอรมัน
อย่างไรก็ตาม ประเทศไทยเป็นประเทศที่มีชีวมวลในปริมาณมาก โดยเฉพาะภาคใต้ ที่มีการปลูกยางพาราอย่างแพร่หลาย รวมถึงมีอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับยางพาราจำนวนมาก ทำให้ในแต่ละปีจะมีน้ำยางพารา เศษเหลือยางพารา และชีวมวลจากภาคการเกษตรและภาคอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องจำนวนมาก เช่น ขี้เลื่อยไม้ยางพารา เศษไม้ยางพารา เศษจากกระบวนการแปรรูปน้ำยางพารา เป็นต้น จึงมีศักยภาพสูงพอที่จะผลิตถ่านกัมมันต์เกรดตัวเก็บประจุยิ่งยวดได้เอง ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการนำเข้า และเพิ่มมูลค่าให้กับไม้และชีวมวลภายในประเทศ สามารถสร้างรายได้ย้อนกลับสู่เกษตรกรจากอุปสงค์และราคาไม้ยางพาราที่สูงขึ้น อีกทั้งยังตอบโจทย์การพัฒนาอย่างยั่งยืนอีกด้วย
ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.อุเทน ทับทรวง กล่าวต่ออีกว่า ตนเองและทีมนักวิจัยได้ดำเนินการวิจัยและพัฒนาคาร์บอนรูพรุนจากขี้เลื่อยไม้ยางพาราและจากน้ำยางพาราด้วยกระบวนการที่พัฒนาขึ้นในห้องปฏิบัติการ เพื่อสร้างรูพรุนในเนื้อไม้และเมื่อนำไปเผาจะได้เป็นถ่านคาร์บอนที่มีความเป็นรูพรุนที่มีพื้นที่ผิวสูง ปริมาตรรูพรุนมาก มีพื้นที่ผิวในการกักเก็บประจุไฟฟ้าที่สูง และมีรูพรุนที่หลากหลายรูปแบบ เช่น ไมโครพอร์และเมโซพอร์ เป็นต้น ซึ่งจะมีความเหมาะสมที่จะประยุกต์ใช้งานในรูปแบบที่แตกต่างกัน
โดยในขณะนี้นักวิจัยและนักศึกษาในทีมวิจัย ได้วิจัยและประยุกต์ใช้คาร์บอนรูพรุนที่สังเคราะห์ขึ้นดังกล่าวสำหรับ เป็นอุปกรณ์กักเก็บพลังงาน เช่น ตัวเก็บประจุยิ่งยวด งานทางด้านเซลล์เชื้อเพลิง ตัวดูดซับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และการเปลี่ยนแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นสารเคมีมูลค่าสูง และการพัฒนาคาร์บอนให้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีสำหรับการเปลี่ยนชีวมวลและกรดไขมันจากชีวมวลให้เป็นสารเคมีมูลค่าสูง เป็นการเพิ่มมูลค่าให้กับเศษวัสดุเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรมไม้แปรรูปในประเทศ และถ่านกัมมันต์ที่ได้ สามารถนำไปทำเป็นอิเล็กโทรดของตัวเก็บประจุยิ่งยวด ซึ่งเป็นอุปกรณ์กักเก็บพลังงานที่กำลังได้รับความสนใจในปัจจุบัน
นอกจากนี้ยังได้ศึกษาการพัฒนาคาร์บอนรูพรุนจากชีวมวลปาล์มน้ำมัน พอลิเมอร์ชีวภาพ และพอลิเมอร์สังเคราะห์กลุ่มฟีนอลิคเรซิ่น ซึ่งก็จะทำให้ได้คาร์บอนรูพรุนที่มีคุณสมบัติแตกต่างกันออกไป รวมทั้งการวิจัยวัสดุรูพรุนชนิดอื่นในห้องปฏิบัติการ เช่น วัสดุโครงข่ายโลหะอินทรีย์ (Metal-organic framework, MOF) วัสดุกลุ่ม Aluminosilicate เช่น ซีโอไลต์ (Zeolite) MCM SBA เป็นต้น ซึ่งใช้งานทางด้านการดูดซับ ตัวเร่งปฏิกิริยา และการเคลือบผิว
ทั้งนี้ผลงานศึกษาวิจัยดังกล่าวยังสามารถคว้ารางวัลระดับชาติมาได้มากมาย อาทิ รางวัล Gold Award จากงานมหกรรมงานวิจัยแห่งชาติ ปี 2565 รางวัลผลงานนักศึกษาร่วมทำวิจัย เช่น รางวัลชนะเลิศระดับประเทศ Startup Thailand League 2023 โดย สำนักงานนวัตกรรมแห่งชาติ (NIA) เป็นต้น ขอขอบคุณการสนับสนุนจากแหล่งทุนต่าง ๆ อาทิ การยางแห่งประเทศไทย หน่วยบริหารและจัดการทุนด้านการพัฒนากำลังคน (บพค) สำนักงานคณะกรรมการส่งเสริมวิทยาศาสตร์ วิจัย และนวัตกรรม (สกสว.) ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.อุเทน กล่าวในตอนท้าย