เมื่อวันที่ 29 กันยายนปีที่ผ่านมานี้องค์กรมูลนิธิ XPRIZE ที่เมือง Culver City ในแคลิฟอร์เนียได้ประกาศให้ทุนวิจัยมูลค่า 700 ล้านบาทแก่นักวิจัยที่สามารถแปรแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่โรงงานอุตสาหกรรมต่างๆ ปลดปล่อยออกมาให้เป็นประโยชน์ โดยใช้เทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพดีและคุ้มค่าที่สุด เช่น อาจใช้ในการผลิตวัสดุก่อสร้าง หรือสารเคมี ฯลฯ ทั้งนี้เพราะชาวโลกทุกคนตระหนักดีว่า โรงงานอุตสาหกรรม และโรงงานไฟฟ้าถ่านหิน ฯลฯ ได้ปล่อยแก๊สนี้ออกมาในบรรยากาศโลกในปริมาณมากขึ้นทุกปี จนคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสาเหตุที่ทำให้โลกร้อน และภูมิอากาศของโลกเปลี่ยนแปลงมาก ถึงระดับที่กำลังเป็นภัยต่อมนุษย์ชาติ ทั้งในปัจจุบันและอนาคต
มูลนิธิมีกำหนดจะตัดสินผลในเดือนเมษายน ค.ศ.2020
ในความเป็นจริงรัฐบาลของประเทศต่างๆ และนักเคมีทั่วโลกได้สนใจการวิจัยในประเด็นนี้มาเป็นเวลานานแล้ว ดังสถิติซึ่งแสดงให้เห็นว่า โลกใช้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) มากถึง 20 ล้านตัน/ปี เพื่อทำน้ำอัดลม และทำสารละลายที่ใช้ในการทำความสะอาดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ และนอกจากนี้ก็ใช้ CO2 ปริมาณ 114 ล้านตัน/ปีในการผลิตปุ๋ย
ในการจะประยุกต์ CO2 ให้เป็นประโยชน์นั้น นักเคมีรู้ดีว่าโมเลกุล CO2 มีเสถียรภาพค่อนข้างมาก เพราะอะตอมคาร์บอนที่อยู่โดดเดี่ยวสามารถใช้อิเล็กตรอน 4 ตัวในตัวมันในการสร้างพันธะโคเวเลนส์กับอิเล็กตรอนของอะตอมอื่น เช่น เวลาจับคู่กับอะตอมออกซิเจน 2 อะตอมเป็น CO2 พันธะโคเวเลนซ์ที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอม C กับอะตอม O จะมั่นคงแข็งแรงมาก นั่นหมายความว่าเราจำเป็นต้องใช้พลังงานมากจึงจะสามารถแตกพันธะระหว่าง C กับ O ได้ ด้วยเหตุนี้เทคนิคการดึงอะตอม C ออกจากโมเลกุล CO2 จึงเป็นวิธีสิ้นเปลือง และไม่คุ้มทุนที่จะทำให้ CO2 ในบรรยากาศโลกลดปริมาณ
เมื่อการกำจัด CO2 ด้วยวิธีนี้ไม่ได้ผล นักเคมีจึงได้หันไปใช้วิธีแปร CO2 เป็นสารประกอบ โดยให้ทำปฏิกิริยากับ Ca (OH)2 ได้ calcium carbonate (CaCO3) ที่มีประโยชน์ในการทำวัสดุก่อสร้าง ฟอกกระดาษให้มีสีขาว และอื่นๆ ดังจะเห็นว่าวงการอุตสาหกรรมผลิต calcium carbonate ได้ประมาณปีละ 15,000 ล้านตัน และในการผลิต CaCO3 ให้ได้ 1 ตันนั้น ผู้ผลิตจำเป็นต้องใช้ CO2 ประมาณ 170 กิโลกรัม
ส่วนบริษัท Asaki Kasei ของญี่ปุ่นก็ได้ใช้ CO2 ในการผลิต polycarbonate ประมาณ 660,000 ตัน/ปี เพื่อทำขวดพลาสติกและเคลือบผิวเลนส์ CO2 ยังถูกนำไปผลิตสาร polyol ซึ่งเป็นโมเลกุลที่มีโครงสร้างของน้ำตาล เพื่อสร้างวัสดุประเภท polyurethane ที่ใช้ในการทำกาวและใช้เคลือบวัตถุอื่น เช่น เคลือบกระจกป้องกันกระสุน และเสริมความคงทนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
ในส่วนของผลิตภัณฑ์อื่นๆ ก็พบว่า urea 100% เชื้อเพลิงดีเซล 5% และ methanol 10% มาจากการใช้ CO2 ปีละหลายล้านตัน ซึ่งก็สอดคล้องกับที่องค์การ IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) ที่ได้คาดการณ์ไว้ว่า ภายในปี 2030 การประยุกต์ CO2 จะสามารถทำให้ CO2 ในบรรยากาศโลกลดลงถึง 83%
ในเยอรมนี ในปี 2009 กระทรวงศึกษาและวิจัยของเยอรมันได้ทุ่มเงินงบประมาณ 4,000 ล้านบาทเพื่อวิจัยเรื่องการใช้แก๊ส CO2 ในการผลิตสารประกอบเคมี เชื้อเพลิงสังเคราะห์และอื่นๆ
ในปี 2011 กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาได้ลงทุนไป 4,000 ล้านบาทเพื่อศึกษาวิธีนำแก๊ส CO2 ไปใช้ให้เป็นประโยชน์ได้มากที่สุด
ในปี 2022 สหพันธ์ยุโรป (EU) ได้จัดให้มีรางวัล Horizon Prize มูลค่า 60 ล้านบาทเพื่อมอบให้แก่นักเทคโนโลยีที่สามารถนำ CO2 มาใช้เป็นประโยชน์ได้มากที่สุด
ส่วนจีนก็ได้จัดตั้งกองทุน 200,000 ล้านบาทเพื่อแปร CO2 ที่จีนปลดปล่อยออกมามากที่สุดในโลกให้เป็นประโยชน์ในอุตสาหกรรมซีเมนต์และเหล็กกล้า
ที่เมือง Reykjavik ในไอซ์แลนด์ก็มีโรงงานที่แปลงคาร์บอนไดออกไซด์เป็น methanol (CH3OH) ที่วงการอุตสาหกรรมนิยมใช้ในการผลิตสี และประดิษฐ์ผ้าไร้รอยย่น ด้วยการโดยแก๊สให้คาร์บอนไดออกไซด์ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน โดยใช้ CO2 ที่ได้มาจากหิน carbonate และ H จากน้ำ ซึ่งจะทำให้ได้ผลผลิตเป็นเชื้อเพลิงเหลวประมาณ 5 ล้านลิตร/ปี
ที่เมือง Houston รัฐ Texas ในสหรัฐฯ มีโรงงานเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสารประกอบที่ใช้เป็นสารเคลือบและทำกาว
สำหรับที่แคนาดามีบริษัท Carbon Engineering แห่งเมือง Calgary ซึ่งกำลังพยายามเปลี่ยน CO2 ที่โรงงานไฟฟ้าถ่านหินปล่อยออกมา ไปเป็นน้ำมันดีเซลสำหรับใช้ในรถประจำทาง
ที่ Zurich ในสวิสเซอร์แลนด์ มีโรงงาน Climeworks ได้พยายามนำ CO2 ไปขายเพื่อใช้ในการเพิ่มผลผลิตด้านเกษตรกรรม ที่เรือนกระจกของบริษัท Gebrüder Meier ก็มีการแปลง CO2 ไปเป็นสารประกอบที่มีประโยชน์ แต่เทคนิคการแปลงนี้กำลังอยู่ในขั้นตอนของการเพิ่มประสิทธิภาพเพื่อพัฒนาสู่ระดับอุตสาหกรรม โดยการรับ CO2 ตรงจากโรงไฟฟ้าถ่านหินที่ปล่อย CO2 ออกมาปีละหลายล้านตัน พร้อมแก๊สปล่องไฟ (flue gas) อันเป็นแก๊สผสมที่ประกอบด้วยคาร์บอนมอนออกไซด์ ไอน้ำ ออกซิเจน ไนโตรเจน ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ แล้วแยก CO2 บริสุทธิ์ออกมาก่อนแปลงมันให้เป็นประโยชน์ เพราะ CO2 ที่มีในบรรยากาศมีความเข้มข้นน้อยกว่า CO2 ที่ออกมาพร้อมแก๊สปล่องไฟ
เมื่อวันที่ 9 ตุลาคมที่ผ่านมานี้ บริษัท Carbon Engineering ที่เมือง Squamish ในรัฐ British Columbia ของแคนาดาได้เปิดโรงงานสาขาใหม่ ซึ่งมีจุดประสงค์จะเปลี่ยน CO2 เป็นสารประกอบอื่นให้ได้ในปริมาณวันละ 1 ตัน (คือมากเท่ากับ CO2 ที่ปล่อยออกมาจากท่อไอเสียของรถยนต์ ในการเดินทางไกล 5,000 กิโลเมตร) โรงงานจะใช้พัดลมดันอากาศที่มี CO2 ผ่านหอคอยสูงที่มีสารละลายของ potassium hydroxide (KOH) เพื่อเข้าทำปฏิกริยากันตามสมการ
2KOH + CO2 ---> K2CO3 + H2O
ได้ potassium carbonate และไอน้ำ ดังนั้นอากาศที่ผ่านออกมาจากหอคอยสูง จะเป็นอากาศที่มีความเข้มข้นของ CO2 น้อยลง ซึ่งก็จะถูกปล่อยออกไปสู่อากาศนอกโรงงาน
แต่เทคนิคกระบวนการแปลง CO2 ให้เป็นประโยชน์ทั้งหลายนี้ก็ยังต้องใช้พลังงานไฟฟ้าในการทำงาน ซึ่งพลังงานส่วนใหญ่ได้จากโรงงานไฟฟ้าพลังน้ำ
ทางด้านผู้บริหารโรงงาน Climeworks ในสวิสเซอร์แลนด์ก็ได้ประกาศว่า มีโครงการจะดึงแก๊ส CO2 ออกจากบรรยากาศ โดยจะทำในระดับอุตสาหกรรม คือจะจับ CO2 ให้ได้ปีละ 1,000 ตัน ในปี 2016 นี้ โดยใช้เทคโนโลยีที่คล้ายกับของบริษัท Carbon Engineering ในแคนาดา แต่ให้ CO2 ทำปฏิกิริยากับสารเคมีที่ไม่ใช่สารละลาย แม้บริษัท Climeworks จะมิสามารถกำจัด CO2 ได้ทันกับที่บริษัทผลิต CO2 ออกมา แต่บริษัทก็เสนอให้เพิ่มการเก็บภาษีคาร์บอนจากโรงงานที่ปล่อย CO2 ในปริมาณมาก เพื่อนำเงินมาช่วยบริษัทที่พยายามกำจัด CO2
ในปี 2011 สมาคมฟิสิกส์ของอเมริกา (American Physical Society APS) ได้เคยคาดการณ์ว่า โสหุ้ยในการจับ CO2 จากบรรยากาศให้ได้ 1 ตัน จะต้องใช้เงินประมาณ 24,000 บาท มาบัดนี้ตัวเลขต้นทุนการจับ CO2 ได้ลดลงประมาณ 5-6 เท่าแล้ว
ความพยายามใดๆ ที่จะลดภัยอันเนื่องจากภาวะเรือนกระจกจะต้องเน้นที่วิธีดักจับ CO2 จากแหล่งที่ปล่อยแก๊สนี้ออกมา เช่น จากโรงงาน แต่การจับ CO2 ที่ปล่อยออกมาจากท่อไอเสียในยานยนต์ หรือจากเตาถ่านในบ้านก็ยังเป็นเรื่องที่ต้องใช้งบประมาณมาก ดังนั้นวิธีที่ดี ณ วันนี้ คือ พยายามดูดซับและดึง CO2 จากอากาศ
ในเวลาเดียวกันองค์การ IPCC ซึ่งเป็นองค์การระหว่างประเทศที่ทำหน้าที่กำกับดูแลการเปลี่ยนแปลงของบรรยากาศก็ได้เสนอให้นำ CO2 ที่โรงงานไฟฟ้าถ่านหิน และโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆ ปล่อยออกมาไปฝังใต้ดิน แทนที่จะนำไปแปรรูป และได้คาดการณ์ว่าจะทำได้มากถึง 300 ล้านตัน/ปี แต่ก็ยังนับว่าน้อยเมื่อเปรียบเทียบกับ CO2 ที่โรงงานทั่วโลก และรถยนต์ทั้งโลกปล่อยออกมา
ดังนั้นรางวัล XPRIZE ที่จะมีการตัดสินในอีก 14 ปีคงจะทำให้ความฝันที่จะลด CO2 ในบรรยากาศเป็นความจริงเร็วขึ้น
อ่านเพิ่มเติมจาก Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation ของ Intergoverment Panel on Climate Change โดย O.Edenhofer และคณะเป็นกองบรรณาธิการ จัดพิมพ์โดย Cambridge University Press, Cambridge 2011
เกี่ยวกับผู้เขียน
สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์
