อิฐดินเผา….เทคโนโลยีเก่าแก่ในสมัยโบราณ จะช่วยสร้างเถียรภาพของค่าไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนได้อย่างไร?

อิฐดินเผา (ที่มาของรูปภาพ website : solarthermalmagazine)

การคิดค้นเทคโนโลยีอิฐดินเผาเกิดขึ้นมาแล้วกว่าสามพันปีที่ผ่านมา ตั้งแต่สมัยจักรวรรดิฮิทไทท์(Hitties Empire : 1750-1500 B.C.)ซึ่งนับว่าเป็นจักรวรรดิโบราณและยิ่งใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่ง  อิฐดินเผาหรือ Firebricks ถูกออกแบบมาให้สามารถทนความร้อนสูงได้และจากโครงงานวิจัยของนักวิจัยสถาบันแมสซาชูเสช (Massachusetts Institute of Technology, MIT) กล่าวว่า สิ่งประดิฐโบราณนี้สามารถเป็นกุญแจสำคัญในการเปลี่ยนจากการพึ่งพิงพลังงานจากถ่านหินมาเป็นแหล่งพลังงานที่สะอาดได้โดยไม่มีส่วนประกอบของคาร์บอน (Carbon -free Energy Sources) การคิดค้นเทคโนโลยีอิฐดินเผาเกิดขึ้นมาแล้วกว่าสามพันปีที่ผ่านมา ตั้งแต่สมัยจักรวรรดิฮิทไทท์(Hitties Empire : 1750-1500 B.C.)ซึ่งนับว่าเป็นจักรวรรดิโบราณและยิ่งใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่ง  อิฐดินเผาหรือ Firebricks ถูกออกแบบมาให้สามารถทนความร้อนสูงได้และจากโครงงานวิจัยของนักวิจัยสถาบันแมสซาชูเสช (Massachusetts Institute of Technology, MIT) กล่าวว่า สิ่งประดิฐโบราณนี้สามารถเป็นกุญแจสำคัญในการเปลี่ยนจากการพึ่งพิงพลังงานจากถ่านหินมาเป็นแหล่งพลังงานที่สะอาดได้โดยไม่มีส่วนประกอบของคาร์บอน (Carbon -free Energy Sources)

นักวิจัยได้มีความคิดที่จะนำพลังงานไฟฟ้าที่เหลือใช้ในช่วงเวลาที่มีความต้องการใช้พลังงานต่ำมาใช้  ตัวอย่างเช่น ไฟฟ้าที่ถูกผลิตเกินความต้องการจากทุ่งกังหันลม (Wind Farm)ในเวลาที่มีพายุเข้า ซึ่งพลังงานไฟฟ้าส่วนเกินเหล่านี้จะถูกเปลี่ยนให้เป็นพลังงานความร้อนผ่านเครื่องต้านทานไฟฟ้า (Electric Resistance Heater) และจะถูกนำมาเก็บไว้ในอิฐดินเผาที่ครอบด้วยฉนวนซึ่งสามารถเก็บความร้อนได้เป็นเวลานาน ความร้อนเหล่านี้สามารถนำมาใช้ในภายหลังได้โดยตรงในระบบอุตสาหกรรม และสามารถนำมาเป็นพลังงานให้กับเครื่องต้นกำเนิดไฟฟ้าเพื่อการผลิตไฟฟ้าในยามต้องการได้

ศักยภาพอันน่าทึ่งของอิฐดินเผานี้พึ่งจะถูกค้นพบขึ้นซึ่งถือว่าเป็นปรากฏการณ์ที่ส่งเสริมความก้าวหน้าของแหล่งพลังงานทางเลือก ซึ่ง ชาร์ลส์ ฟอร์สเบิร์ก (Charles Forsberg) จากแผนกวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์และวิศวกรรมของสถาบันแมสซาชูเสช (MIT’s Department of Nuclear Science and Engineering) และผู้เขียนโครงงานวิจัยนี้  ได้ระบุว่าหากพิจารณาทางด้านความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีแล้ว ระบบการเก็บพลังงานแบบนี้สามารถพัฒนาได้ตั้งแต่ช่วงเวลา 1920s แต่ในตอนนั้นคงยังไม่มีตลาดรองรับพลังงานทางเลือกรูปแบบนี้ แต่ในปัจจุบันความต้องการใช้พลังงานความร้อนในระบบอุตสาหกรรมในอเมริกามีมากกว่าความต้องการใช้พลังงานไฟฟ้าทั้งหมดเสียอีก นอกจากนี้ความต้องการใช้พลังงานความร้อนในระบบอุตสาหกรรมยังมีความคงที่และสามารถนำมาใช้ได้เรื่อย ๆ เมื่อมีพลังงานความร้อนเหลือใช้ทำให้ตลาดของพลังงานความร้อนนี้มีไม่จำกัด

ระบบการกักเก็บพลังงานนี้มีชื่อว่า FIRES ซึ่งย่อมาจากคำว่า Firebrick Resistance-heated Energy Storage ซึ่งจะเป็นระบบที่สามารถทำให้ราคาขั้นต่ำของพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตจากแหล่งผลิตพลังงานหมุนเวียนสูงขึ้น ซึ่งในปัจจุบันราคาขั้นต่ำของพลังงานไฟฟ้านี้สามารถลดลงเกือบถึงศูนย์ในยามที่มีการผลิตไฟฟ้ามากเกินจำเป็น ตัวอย่างเช่น พลังงานไฟฟ้าที่ผลิตจากโซล่าเซลล์ในวันที่มีแดดจ้า

ราคาของพลังงานไฟฟ้าในแต่ละวันจะถูกกำหนดจากระบบประมูลระหว่างผู้ผลิตกับผู้กระจายพลังงานหนึ่งวันล่วงหน้า  ซึ่งจะมีราคาที่แตกต่างออกไปในแต่ละช่วงเวลาและขึ้นอยู่กับความต้องการพลังงานในแต่ละช่วงเวลา ซึ่งการแปลงพลังงานส่วนเกินให้มาอยู่ในรูปของพลังงานความร้อน และสามารถนำมาเก็บและส่งขายได้อย่างที่ระบบ FIRES ทำนั้นจะสามารถจำกัดราคาตลาดขั้นต่ำของพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตจากพลังงานทางเลือกได้ ซึ่งจะส่งผลให้การผลิตพลังงานจากพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมมีกำไรและมีการขยายตัวมากขึ้น

อิฐที่ใช้ในการเก็บความร้อนนี้เป็นอิฐที่ทำจากดินเผาทั่วไปซึ่งสามารถทนความร้อนได้ถึง 1,600 องศาเซลเซียสหรือมากกว่านั้นและมีต้นทุนการผลิตที่ต่ำเมื่อเทียบกับการเก็บพลังงานส่วนเกินในแบตเตอรี่ หรือระบบปั๊มน้ำไฟฟ้า (pumped hydroelectric systems) นอกจากนี้อิฐดินเผายังมีความทนทาน ซึ่งจะเห็นได้จากสถาปัตยกรรมเตาเผาเหล็กที่ทำจากอิฐดินเผาของชาวฮิทไทท์ในประเทศตุรกีที่มีอายุมากกว่า 3,500 ปี

ปัจจุบันเทคโนโลยีที่ล้ำสมัยสามารถผลิตอิฐให้มีคุณสมบัติหลากหลายตามความต้องการ ตัวอย่างเช่น อิฐที่สามารถนำความร้อนและกักเก็บความร้อนได้สูง อิฐที่สามารถคายพลังงานความร้อนได้อย่างรวดเร็ว หรืออิฐที่ไม่เก็บและนำความร้อนซึ่งใช้สำหรับสร้างบ้านเรือนทั่วไป ข้อจำกัดในตอนนี้ของFIRES คือเครื่องต้านทานไฟฟ้าที่จะแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อนสามารถทนความร้อนได้เพียงประมาณ 850 องศสเซลเซียส ซึ่งฟอร์สเบิร์กได้เสนอให้มีการพัฒนาอิฐที่สามารถนำไฟฟ้าโดยไม่ต้องพึ่งเครื่องต้านทานไฟฟ้าและสามารถกักเก็บไฟฟ้าได้ด้วย โดยส่วนประกอบที่สำคัญของอิฐคือซิลิคอนคาร์ไบด์ (Silicon Carbide) นอกจากนี้ยังมีอีกความท้าทายหนึ่ง คือการที่จะเปลี่ยนพลังงานความร้อนจากอิฐมาเป็นพลังงานไฟฟ้าซึ่งปัจจุบันตัวกังหัน (Turbine) ทั่วไปที่ใช้ในปัจจุบันตามอุตสาหกรรมต่าง ๆ มีแรงดันอากาศที่มีความร้อนเพียงแค่ 800 องศาเซลเซียส แต่สำหรับระบบ FIRES นั้นต้องการตัวกังหันที่สามารถทนแรงดันอากาศที่มีความร้อนได้ถึง 1,600 องศาเซลเซียส ซึ่งตัวต้นแบบการจัดเก็บและส่งต่อพลังงานในรูแบบนี้คาดว่าจะสำเร็จในปี 2020

เรียบเรียงโดย นายศาสตร์ณุพล วิเชียรกัลยารัตน์ ทีมงาน iEnergy Guru

เอกสารอ้างอิง

https://solarthermalmagazine.com/2017/09/06/ancient-technology-stabilize-electricity-prices-renewable-energy/

http://www.thaigoodview.com/library/studentshow/2549/m6-3/no25/sec01p08.htmhttp/

www2.dede.go.th/bhrd/old/web_display/websemple/Industrial(PDF)/Bay11%20Low%20Voltage%20Resistance%20Heating.pdf

อิฐดินเผา….เทคโนโลยีเก่าแก่ในสมัยโบราณ จะช่วยสร้างเถียรภาพของค่าไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนได้อย่างไร?