พลังงานผักเขียวสร้างกระแสไฟฟ้า

เอบีซีนิวส์ - คงจะเคยได้ยินกันอยู่แล้วว่าผักผลไม้นั้นมีคุณอนันต์ และไม่ใช่แค่ทำให้ร่างกายแข็งแรงเท่านั้น เดี๋ยวนี้นักวิทยาศาสตร์สหรัฐฯได้เอาเจ้าพืชสีเขียวตัวเดียวกันนี่แหละ มาสร้างพลังงานไฟฟ้าให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าแทน โดยผ่านโปรตีนที่อยู่ในกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช

นักวิทยาศาตร์จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแมสซาชูเซตส์ (เอ็มไอที) ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยเทนเนสซีในคนอกซ์วิลล์สร้างตัวกำเนิดพลังงานจากแสงอาทิตย์ขึ้นใหม่ โดยใช้กระบวนการสังเคราะห์แสงของโปรตีนที่อยู่ในพืชสีเขียว

ผู้ช่วยศาสตราจารย์มาร์ค บาลโดประจำภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า และหนึ่งในทีมวิจัยโครงการนี้จากเอ็มไอทีเผยว่าวัตถุประสงค์ในการทำวิจัยครั้งนี้ก็เพื่อต้องการให้มีตัวเลือกโซลาร์เซลล์ที่มีประสิทธิภาพกว่าเดิมและสะดวกในการพกพา

“มีวิธีการมากมายที่จะทำโซลาร์เซลล์แบบธรรมดาที่ใช้กันอยู่ ส่วนใหญ่แล้วจะใช้ซิลิกอนและนำมาทำให้เป็นโซลาร์เซลล์ในวิธีการคล้ายกับผลิตซิลิกอนชิปน่ะแหละ” บาลโดกล่าว “ถึงแม้โซลาร์เซลล์นี้จะให้พลังงานสูง แต่ก็ให้ความร้อนสูงเช่นกันจึงไม่เหมาะที่จะนำมาใช้กับพลาสติกขนาดเบาที่โค้งงอได้”

ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จากเอ็มไอทีและมหาวิทยาลัยเทนเนสซีได้นำข้อจำกัดข้างต้นมาคิดสร้างโซลาร์เซลล์แบบใหม่ที่ตรงตามความต้องการ และสุดท้ายที่ถูกใจนักวิจัยกลุ่มนี้ก็คือพลังงานที่สร้างจากธรรมชาติใกล้ตัวเรา

“เราสนใจศึกษาว่าพืชสามารถเปลี่ยนพลังงานจากแสงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานที่ทำให้พืชพวกนี้เจริญเติบโตได้อย่างไร” บาลโดกล่าว และขณะที่ทำการศึกษาเรื่องนี้อยู่นั้นก็ค้นพบว่ามีโปรตีนชนิดหนึ่งในกระบวนการสังเคราะห์แสงที่เปลี่ยนแสงอาทิตย์เป็นพลังงานให้กับพืช อย่างไรก็ตามถึงแม้พลังงานดังกล่าวจะมีจำนวนน้อยแต่ก็วัดได้ว่ามีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น

บาลโดและบรรดานักวิจัยแยกเอาโครงสร้างโปรตีนขนาดเล็กประมาณ 5 – 6 นาโนเมตรที่อยู่ในพืชมาประกบแผ่นทองบางๆ ที่ด้านหนึ่งเชื่อมอยู่กับตัวสื่อกระแสไฟฟ้าและวัตถุโปร่งแสง ส่วนอีกด้านหนึ่งต่อกับชั้นอินทรีย์เคมีของตัวสื่อไฟฟ้า

เมื่อนักวิทยาศาสตร์นำอุปกรณ์ชิ้นนี้ไปรับแสงอาทิตย์ โปรตีนจะสร้างอิเล็กตรอนที่ผ่านแผ่นกำเนิดไฟฟ้าและสร้างกระแสไฟอ่อนๆ ขึ้นมา

บาลโดระบุว่าการทดลองครั้งนี้ได้พิสูจน์แล้วว่าองค์ประกอบของพืชสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ และสามารถพัฒนาขึ้นเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กที่หนาไม่เกินขนาดของเส้นผมของคน

“ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ต่างต้องการประดิษฐ์เครื่องมือขนาดเล็ก แต่ก็ยังเป็นปัญหาตรงการพัฒนาวงจรไฟฟ้าให้มีขนาดเล็กตามได้ แต่ธรรมชาติก็ได้มอบโครงสร้างของพืชนี้มาเพื่อให้เราได้เอาไปใช้มัน ซึ่งพวกเราก็ต้องตกตะลึงไปตามๆกัน” บาลโดกล่าว

ไม่ใช่เฉพาะกลุ่มนักวิจัยเท่านั้นที่ตื้นเต้นไปกับผลการทดลองนี้ กองทัพสหรัฐฯก็เช่นกัน ถึงกับให้ทุนสนับสนุนโครงการนี้ผ่านทางสถาบันวิจัยของกระทรวงกลาโหมและศูนย์ทดลองของทหารเรือ โดยต่างคาดหวังไว้ว่าสักวันหนึ่งเครื่องผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ตัวใหม่นี้จะเป็นแหล่งพลังงานสำคัญให้กับหุ่นยนต์สายลับขนาดเล็ก หรือนำมาทอติดกับเครื่องแบบของทหาร เพื่อผลิตพลังงานให้กับวิทยุหรืออุปกรณ์ทันสมัยบางชนิดที่เหล่าทหารหาญต้องนำไปใช้ในสนามรบได้

อย่างไรก็ตามบาลโดยอมรับว่างานวิจัยชิ้นนี้ยังมีปัญหาอยู่อีกมาก เช่นโปรตีนที่เป็นส่วนสำคัญในการผลิตกระแสไฟฟ้านั้นเป็นสารอินทรีย์ ทำให้นักวิจัยต้องร่วมมือกันหาทางว่าจะทำอย่างไรให้โปรตีนใช้งานได้นานที่สุด

ในขณะนี้นักวิจัยได้นำสารคล้ายสบู่มาเคลือบโปรตีนไว้ และสร้างสิ่งแวดล้อมให้คล้ายกับสภาพเดิมที่มันอยู่ในพืช ทำให้โปรตีนสามารถทำงานอยู่ได้นานถึง 3 สัปดาห์ แต่บาลโดยืนยันว่าจะยังต้องพัฒนาให้มีประสิทธิภาพมากกว่านี้

ทั้งนี้ในการทดลองขั้นต้นนักวิจัยใช้โปรตีนจากผักขม ที่ตัวการ์ตูนชื่อดัง “ป๊อปอาย” ใช้เพิ่มพลังมาทดลอง ผลที่ออกมานั้นให้พลังงานเพียงแค่ 12% ของแสงอาทิตย์ที่รับเข้ามา แต่สำหรับโซลาร์เซลล์โดยทั่วไปแล้วจะต้องให้พลังงานประมาณ 20% – 30%

อย่างไรก็ตามบาลโดเชื่อว่าประสิทธิภาพในการให้พลังงานจะสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยให้อุปกรณ์ชิ้นนี้รับแสงมากขึ้น หรือไม่ก็ทดลองใช้พืชชนิดอื่นที่อาจให้พลังงานได้มากขึ้น ทั้งนี้นักวิจัยคาดว่าอาจจะนำถั่วมาเป็นพืชชนิดต่อไปที่ใช้ทดลอง

งานวิจัยดังกล่าวตีพิมพ์อยู่ในอยู่ในวารสารวิทยาศาสตร์ “นาโน เลตเตอร์”