ความสนใจใน Renewable Energy พลังงานแห่งอนาคตที่ไม่มีวันหมดสิ้น

เมื่ออุปสงค์หรือความต้องการใช้พลังงานของมนุษย์มีไม่จำกัด แต่ทรัพยากรนั้นมีอยู่อย่างจำกัด จึงเกิดเทคโนโลยีใหม่หลายประเภท เช่น โมบายล์อินเทอร์เน็ต (mobile internet) รถยนต์ไร้คนขับ (autonomous vehicle) และจีโนมิกส์ (genomics) ที่กำลังจะสร้างความเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ให้กับโลกใบนี้ บรรดาเทคโนโลยีใหม่ๆ เหล่านี้ กำลังแพร่กระจายไปในทุกภาคส่วน ทว่า เทคโนโลยีใหม่ทุกประเภทอาจจะไม่ได้ก่อให้เกิดความเปลี่ยนแปลงต่อภาคส่วนธุรกิจหรือสังคม

ในความเป็นจริงแล้วมีเพียงแค่บางประเภทเท่านั้นที่มีแนวโน้มจะส่งผลกระทบต่อเทคโนโลยียุคเก่าให้เปลี่ยนจากหน้ามือเป็นหลังมือ (Disruption) รวมถึงเปลี่ยนแปลงวิถีชีวิตของผู้คนไปอย่างสิ้นเชิง ถึงแม้ว่าความก้าวหน้าทางด้านเทคโนโลยีจะมีผลดีช่วยขับเคลื่อนระบบเศรษฐกิจให้เดินไปได้

พลังงานหมุนเวียนคืออะไร?

พลังงานหมุนเวียน (Renewable Energy) คือพลังงานที่ใช้แล้วไม่หมดไป สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ เนื่องจากเป็นพลังงานที่ได้จากแหล่งพลังงานที่เกิดขึ้นต่อเนื่อง เช่น แสงอาทิตย์ ลม น้ำ ความร้อนใต้พิภพ ชีวมวล และก๊าซชีวภาพ รวมถึงผลผลิตและวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร เช่น แกลบ ใบ ลำต้นและชานอ้อย กากมันสำปะหลัง หรือมูลสัตว์ ซึ่งเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ และสามารถสร้างขึ้นทดแทนได้ในระยะเวลาอันสั้น โดยพลังงานหมุนเวียนนี้ถือเป็นพลังงานสะอาด ไม่เป็นการเพิ่มก๊าซเรือนกระจกให้กับโลก แตกต่างกับพลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่มีอยู่จำกัดและสร้างมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมจากก๊าซมีเทนและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมาระหว่างเผาไหม้และก่อให้เกิดผลกระทบเป็นวงกว้างต่อสภาพภูมิอากาศและระบบนิเวศของโลก

การใช้ประโยชน์จากพลังงานหมุนเวียน

พลังงานหมุนเวียนสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ 2 รูปแบบ ได้แก่

1. การนำไปใช้โดยตรง เช่น การใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อให้ความอบอุ่นในตอนกลางวันหรือถนอมอาหาร การใช้พลังงานลมเพื่อแล่นเรือในทะเลและขับเคลื่อนกังหันลมเพื่อบดเมล็ดพืช เป็นต้น
2. การนำพลังงานไปเปลี่ยนให้อยู่ในรูปของกระแสไฟฟ้ากระแสตรงหรือกระแสสลับด้วยอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น แผงโซลาร์เซลล์ กังหันลม เครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator) เพื่อเปลี่ยนรูปพลังงานจลน์ พลังงานกล หรือพลังงานศักย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า

5 ประเภทของพลังงานหมุนเวียนที่น่าสนใจ

พลังงานน้ำ (Hydropower)
พลังงานน้ำ คือ แหล่งพลังงานธรรรมชาติที่มีให้หมุนเวียนใช้อย่างไม่มีวันหมดทั้งการบริโภคและอุปโภค รวมถึงยังสามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานในการผลิตไฟฟ้า โดยอาศัยหลักการเปลี่ยนรูปของพลังงานจากน้ำที่เก็บกักในเขื่อนไหลผ่านท่อส่งน้ำเพื่อปั่นเครื่องกังหันน้ำและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจนได้เป็นพลังงานไฟฟ้าในที่สุด ทั้งนี้ พลังงานที่ได้จะขึ้นอยู่กับความสูงของน้ำและอัตราการไหลของน้ำที่ใช้ในกระบวนการผลิตไฟฟ้า พลังงานที่ได้จากแหล่งน้ำที่รู้จักกันโดยทั่วไป ได้แก่ พลังงานน้ำตก พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง และพลังงานคลื่น

พลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Energy)
พลังงานแสงอาทิตย์ คือ แหล่งพลังงานหมุนเวียนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่มีขนาดใหญ่และมีให้ใช้อย่างไม่จำกัด สามารถนำมาผลิตไฟฟ้าโดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์ หรือโซลาร์เซลล์ (Solar Cell) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ผลิตมาจากสารกึ่งตัวนำประเภทซิลิคอน โดยเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง และไฟฟ้าที่เซลล์แสงอาทิตย์ผลิตได้จะเป็นไฟฟ้ากระแสตรง ซึ่งสามารถนำไปประโยชน์ได้ทันทีหรือจะเก็บไว้ในแบตเตอรี่เพื่อใช้งานภายหลังได้ และหากต้องการเปลี่ยนไฟฟ้ากระแสตรงที่ได้จากโซลาร์เซลล์ไปเป็นไฟฟ้ากระแสสลับก็เพียงต่อเข้ากับอินเวอร์เตอร์ (Inverter) เพื่อแปลงไฟฟ้ากระแสตรงเป็นกระแสสลับเท่านั้น

พลังงานลม (Wind Energy)
พลังงานลม คือ แหล่งพลังงานที่เกิดขึ้นจากปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิและความกดอากาศในแต่ละตำแหน่ง โดยบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศจะร้อนมีความหนาแน่นน้อย ทำให้เกิดการขยายตัวและลอยตัวสูงขึ้น ขณะเดียวกันอากาศในบริเวณที่เย็นกว่ามีความหนาแน่นมากกว่าจะเคลื่อนตัวเข้ามาแทนที่ เกิดเป็นการไหลของอากาศหรือที่เรียกกันทั่วไปว่ากระแสลม การนำลมมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าทำได้โดยใช้เทคโนโลยีกังหันลม เมื่อกระแสลมพัดมาปะทะกับใบพัดของกังหันลม กังหันลมจะทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานลมที่อยู่ในรูปของพลังงานจลน์ไปเป็นพลังงานกล จากนั้นจึงนำพลังงานกลจากการหมุนนี้ไปใช้งาน โดยปริมาณไฟฟ้าที่ผลิตได้จะขึ้นอยู่กับความเร็วของลม ความยาวของใบพัด และสถานที่ติดตั้งกังหันลม

พลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Energy)
พลังงานความร้อนใต้พิภพ คือ พลังงานความร้อนที่อยู่ใต้ผิวโลกเช่นเดียวกับน้ำมันปิโตรเลียม แต่อยู่ในรูปแบบของน้ำร้อนหรือไอน้ำร้อนที่พยายามแทรกตัวมาตามแนวรอยแตกของชั้นหินขึ้นมาบนผิวดิน ปรากฏให้เห็นในรูปของบ่อน้ำร้อนน้ำพุร้อน ไอน้ำร้อน บ่อโคลนเดือด และแก๊ส เป็นต้น การนำพลังงานความร้อนใต้พิภพมาใช้ผลิตไฟฟ้าทำได้โดยนำน้ำร้อนที่ได้ไปถ่ายเทความร้อนให้กับของเหลวหรือสารทำงานที่มีจุดเดือดต่ำ จนกระทั่งเดือดเป็นไอ แล้วนำไอนี้ไปหมุนกังหัน ซึ่งมีเพลาต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตไฟฟ้าต่อไป

พลังงานชีวมวล (Biomass)
พลังงานชีวมวล คือ พลังงานจากธรรมชาติที่กักเก็บในรูปของสารอินทรีย์ที่ได้จากกากหรือเศษวัสดุเหลือใช้จากการเกษตรหรือกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมและพืชพลังงาน เช่น แกลบ ฟางข้าว ชานอ้อย ใบและยอดอ้อย เศษไม้ ไม้โตเร็ว เส้นใยและกะลาปาล์ม กากมันสำปะหลัง ซังข้าวโพด กาบและกะลามะพร้าว ส่าเหล้า ขยะมูลฝอย น้ำเสียจากโรงงาน หรือแม้กระทั่งมูลสัตว์ การผลิตไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงชีวมวลสามารถแบ่งได้ 2 ประเภท ได้แก่ การเผาไหม้เชื้อเพลิงชีวมวลโดยตรง (Direct Combustion) ซึ่งจะใช้เป็นเชื้อเพลิงของโรงไฟฟ้าชีวมวล (Biomass Power Plant) และกระบวนการเคมีความร้อน (Thermochemical Conversion) จนได้ก๊าซชีวภาพ (Biogas) เช่น การหมักน้ำเสียจากกากมันสำปะหลัง กากอ้อย หรือหญ้าเนเปีย เป็นต้น ซึ่งจะใช้เป็นเชื้อเพลิงของโรงไฟฟ้าก๊าซชีวภาพ (Biogas Power Plant)

แม้ว่าปัญหาหลักของ Renewable Energy คือราคาของแหล่งพลังงานหมุนเวียนอย่างพลังงานแสงอาทิตย์และลมยังคงสูงอยู่ เมื่อเปรียบเทียบกับเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติ เป็นต้น แต่ถึงกระนั้นเอง Renewable Energy ก็จะเข้ามาเป็นแรงขับเคลื่อนสำคัญของโลกแห่งอนาคตภายในอีก 10 ปี และด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีจะส่งผลให้ช่องว่างระหว่างราคาของเชื้อเพลิงฟอสซิลและ Renewable ค่อยๆ ลดลงไป

การผลิตพลังงานจากแสงอาทิตย์สามารถทำได้ด้วยการใช้เทคโนโลยีรูปแบบต่างๆ กันไป เช่น เทคโนโลยีผลิตไฟฟ้าด้วยระบบรวมแสงอาทิตย์ (concentrated solar) และการสังเคราะห์แสง (induced photosynthesis) เป็นต้น ซึ่งเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ (photovoltaics) นั้นนับเป็นกระบวนการผลิตพลังงานจากแสงอาทิตย์ที่นิยมมากที่สุด “แผงโซลาร์เซลล์ (PV panel)” ที่ทำมาจากวัสดุที่มีความไวต่อแสง เช่น ผลึกซิลิกอน (crystalline silicon) เป็นต้น โดยแผงโซลาร์เซลล์ทำหน้าที่เปลี่ยนแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยใช้ปรากฏการณ์โฟโตวอลทาอิก (photovoltaic effect) แผงโซลาร์เซลล์สามารถนำมาใช้งานในสเกลขนาดเล็กจำนวนไม่กี่แผงก็สามารถให้พลังงานอาคารหรือบ้าน 1 หลังได้ หรือจะสร้างเป็นระดับโซลาร์ฟาร์ม (solar farm) ขนาดใหญ่เพื่อส่งกำลังไฟฟ้าเข้าไปยังโครงข่ายไฟฟ้า ถึงแม้ว่า ราคาของแผงโซลาร์เซลล์ และราคาโดยรวมของกระบวนการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ได้ลดลงอย่างมากในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา แต่อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบราคากันแล้วนั้น พลังงานแสงอาทิตย์ก็ยังคงไม่สามารถไปแข่งขันกับเชื้อเพลิงฟอสซิลได้ในระดับโลกด้วยราคาที่สูงกว่า

เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ มาแรงที่สุด

ณ​ ตอนนี้เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์กำลังมาแรง ตัวอย่างที่เห็นได้มากขึ้นคือ โซล่าเซลล์ชนิดฟิล์มบาง (thin film cell) ซึ่งทำมาจากสารประกอบอย่าง cadmium telluride, copper indium gallium arsenide (CIGS) หรือ amorphous silicon (A-Si) กำลังได้รับการพัฒนาเพื่อใช้สำหรับการผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ เทคโนโลยีนี้เองจะช่วยลดการใช้วัสดุในการสร้างโซลาร์เซลล์ อีกทั้งยังสามารถพิมพ์และติดตั้ง thin film cell บนพื้นผิวที่ยืดหยุ่นได้ ซึ่งจะช่วยลดค่าใช้จ่าย และเพิ่มหนทางในการนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลากหลายมากยิ่งขึ้น นักวิจัยกำลังวิจัยทางด้านวัสดุนาโน (nanomaterial) รวมถึงแผ่นฟิล์มโพลีเมอร์ (polymer film) ซึ่งมีความหนาน้อยกว่า 100 นาโนเมตร และสามารถนำมาใช้แทนเซลล์ซิลิคอนได้ และเคลือบด้วยวัสดุนาโนที่มีคุณสมบัติกันน้ำได้ และป้องกันฝุ่นและเศษต่างๆ ไม่ให้มาเกาะบนแผ่นโซล่าร์เซลล์ได้

เทคโนโลยีพลังงานลม

ในส่วนของกังหันลมผลิตไฟฟ้านั้น งานวิจัยจะมุ่งเน้นไปที่การออกแบบกังหัน (turbine) และใบพัด (blade) เช่น “Windlens” ของทางญี่ปุ่น ซึ่งใช้หลักการออกแบบวงแหวนรอบเส้นรอบวงของใบพัดในการเพิ่มกระแสลมให้ไหลผ่านใบพัดมากขึ้นถึง 2-3 เท่า เพื่อเพิ่มการผลิตไฟฟ้า การออกแบบของกังหันลม (wind turbine) รูปแบบใหม่ที่เป็นแนวตั้งนั้นมีการจัดตำแหน่งของส่วนประกอบหลัก ได้แก่ generator, gearbox และระบบเบรค ไว้ใกล้กับพื้น ทำให้ง่ายต่อการซ่อมแซม บำรุงรักษามากขึ้น

ถึงแม้ว่า จนถึงปี 2025 ในบางพื้นที่นั้น พลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลมจะยังคงไม่ใช่คู่แข่งของเชื้อเพลิงฟอสซิลเมื่อเทียบกันทางด้านราคา และความต่อเนื่องหรือเสถียรภาพในการนำมาใช้ แต่ก็มีการคาดการณ์ไว้ว่า จะมีการหันมาปรับใช้พลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลมมากขึ้น ซึ่งเป็นผลมาจากราคาต้นทุนที่ลดลง และเงินสนับสนุนจากภาครัฐ รวมถึงความตระหนักถึงปัญหา climate change ที่นับวันจะเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ

การปรับมาใช้พลังงานจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์และลม มีสาเหตุหลักๆ อยู่ 2 ประการ คือ ความต้องการพลังงานที่สูงขึ้นเพื่อตอบสนองอุปสงค์ที่มากขึ้นอันเนื่องมาจากเศรษฐกิจที่กำลังเติบโต และความต้องการที่จะบรรเทาปัญหาสิ่งแวดล้อมและปัญหาการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ (climate change) กลไกทางเศรษฐกิจของโลกนี้จะถูกขับเคลื่อนไปได้ด้วยพลังงานมหาศาล ซึ่งนับวันก็ยิ่งหายากมากขึ้นเรื่อยๆ ด้วยความที่เชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นเชื้อเพลิงที่มีจำกัด และค่าใช้จ่ายในการสำรวจหาแหล่งเชื้อเพลิงใหม่ๆ ที่พุ่งสูงขึ้น แม้กระทั่ง น้ำมันและก๊าซธรรมชาติก็เริ่มที่จะมีปริมาณลดน้อยลงเรื่อยๆ รัฐบาลกำลังสร้างความตระหนักให้แก่ประชาชนถึงความสำคัญของการประหยัดพลังงานเพื่อให้มีพลังงานเพียงพอสำหรับอนาคต ซึ่งนี่จะทำให้เกิดความต้องการสำหรับพลังงานหมุนเวียนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

คำถามที่น่าสนใจที่สุดเกี่ยวกับการเติบโตของธุรกิจการผลิตไฟฟ้าพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ คือความตระหนักถึงปัญหาสิ่งแวดล้อมของประชาชนจะเป็นแรงขับเคลื่อนเพียงพอในการผลักดันให้รัฐบาลช่วยสนับสนุนทางการเงินให้แก่กลุ่มผู้ใช้พลังงานหมุนเวียนได้หรือไม่ โดยอาจจะอยู่ในรูปแบบการเก็บภาษีสิ่งแวดล้อม (environmental tax) จากบริษัท ถึงแม้ว่าอุปทานของเชื้อเพลิงฟอสซิลจะเพิ่มมากขึ้น และราคาร่วงลงก็ตาม