คอนกรีตที่เปลี่ยนบ้านให้กลายเป็นแบตเตอรี่

       ณ ห้องทดลองแห่งหนึ่งที่เมืองเคมบริดจ์ รัฐแมสซาชูเซตส์ของสหรัฐฯ มีกองคอนกรีตทรงกระบอกสีดำเงาตั้งเรียงซ้อนกัน โดยแช่อยู่ในของเหลวและมีสายไฟพันอยู่โดยรอบ คอนกรีตทรงกระบอกสีดำเงาที่ประดิษฐ์ขึ้นนี้ได้เชื่อมต่อเข้ากับหลอดไฟแอลอีดี (LED) ที่เตรียมไว้หลอดหนึ่ง เมื่อทดสอบกดสวิตช์ไฟฟ้าทำให้มันส่องสว่างขึ้นมา

        สเตฟานิอุกเล่าถึงปรากฏการณ์ดังกล่าวที่เกิดขึ้นโดยไม่คาดฝัน “ผมคิดว่ามันเป็นความผิดพลาด โดยผมอาจไม่ได้ตัดการเชื่อมต่อหลอดไฟกับแหล่งพลังงานภายนอก จนทำให้มันสว่างขึ้นมาได้”

       ซึ่งคอนกรีตของเขามีศักยภาพที่จะเป็นทางออกหนึ่งของปัญหาพลังงานได้ โดยเขากับเพื่อนนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแมสซาชูเซตส์หรือเอ็มไอที (MIT) ได้ค้นพบวิธีสร้างอุปกรณ์กักเก็บพลังงานที่เรียกว่า “ตัวเก็บประจุยิ่งยวด” (supercapacitor) โดยใช้เพียงวัสดุธรรมดาที่มีราคาถูก 3 อย่าง ได้แก่น้ำ, ปูนซีเมนต์, และวัสดุที่เรียกว่าผงเขม่าดำหรือ “คาร์บอนแบล็ก” (carbon black)

        ตัวเก็บประจุยิ่งยวดนั้นมีประสิทธิภาพสูง แต่มีความแตกต่างสำคัญที่ไม่เหมือนกับแบตเตอรีธรรมดาในบางประการ เช่นสามารถจะชาร์จกักเก็บพลังงานได้รวดเร็วยิ่งกว่าแบตเตอรีลิเทียมไอออนมาก ทั้งยังเสื่อมประสิทธิภาพลงในอัตราที่ช้ากว่าแบตเตอรีชนิดดังกล่าว แต่ตัวเก็บประจุยิ่งยวดกลับปลดปล่อยพลังงานที่เก็บเอาไว้ออกมาอย่างรวดเร็วเกินไป ทำให้ไม่เหมาะจะใช้งานร่วมกับอุปกรณ์ที่ต้องการพลังงานอย่างต่อเนื่องและสม่ำเสมอเป็นเวลานาน เช่นโทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์แล็ปท็อป และรถยนต์ไฟฟ้า

        แต่ถึงอย่างไรก็ตาม สเตฟานิอุกบอกว่าตัวเก็บประจุยิ่งยวดจากปูนซีเมนต์คาร์บอน สามารถจะเข้ามามีบทบาทในการทำประโยชน์ใหญ่หลวงแก่ระบบเศรษฐกิจโลก ซึ่งกำลังพยายามลดการปล่อยคาร์บอนอยู่อย่างแข็งขัน “หากเราสามารถพัฒนาประสิทธิภาพของมันให้อยู่ในระดับสูงขึ้นได้ เทคโนโลยีนี้จะช่วยแก้ปัญหาสำคัญ ซึ่งก็คือการกักเก็บพลังงานจากธรรมชาติได้” ซึ่งการนำปูนซีเมนต์คาร์บอนไปก่อสร้างเป็นรากฐานและโครงสร้างของอาคารบ้านเรือน ซึ่งจะทำให้ที่อยู่อาศัยดังกล่าวสามารถกักเก็บพลังงานได้ “การที่เรามีทั้งผนัง เสา หรือรากฐานของบ้าน ซึ่งทำจากปูนซีเมนต์คาร์บอน ไม่เพียงแต่จะทำให้ตัวอาคารมีโครงสร้างที่แข็งแรงเท่านั้น แต่ยังกักเก็บพลังงานไว้ใช้ได้อีกด้วย” แต่ปัจจุบันเทคโนโลยีดังกล่าวยังอยู่ในการพัฒนาขั้นต้น จึงยังมีความจุในการกักเก็บพลังงานไฟฟ้าไม่มากนัก โดยอยู่ที่ประมาณ 300 วัตต์-ชั่วโมง ต่อปริมาตรหนึ่งลูกบาศก์เมตร ซึ่งเพียงพอจะทำให้หลอดไฟแอลอีดี 10 วัตต์ สว่างอยู่ได้นานราว 30 ชั่วโมง

        ความท้าทายอื่น ๆ ในการพัฒนาตัวเก็บประจุยิ่งยวดจากปูนซีเมนต์คาร์บอน ยังได้แก่อัตราส่วนที่เหมาะสมของผงเขม่าดำที่ต้องเติมลงไปในปูนซีเมนต์ด้วย เนื่องจากการผสมคาร์บอนแบล็กในสัดส่วนที่มากเกินไป แม้จะช่วยให้ความสามารถในการนำไฟฟ้าสูงขึ้น แต่ความแข็งแกร่งของคอนกรีตที่ได้ก็จะลดลงเป็นเงาตามตัว ดังนั้นการก่อสร้างอาคารที่หวังประโยชน์ทั้งในด้านความแข็งแกร่งของโครงสร้างและการกักเก็บพลังงานไปพร้อมกัน จึงต้องมองหาสูตรผสมปูนซีเมนต์คาร์บอนที่ดีที่สุดให้ได้เสียก่อน

        แม้ตัวเก็บประจุยิ่งยวดชนิดนี้จะช่วยลดการพึ่งพาลิเทียม แต่ตัวมันเองก็ใช่ว่าจะปราศจากผลกระทบทางลบต่อสิ่งแวดล้อม เพราะอย่างไรเสีย การผลิตปูนซีเมนต์ก็มีส่วนรับผิดชอบต่อการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศราว 5-8% ของกิจกรรมที่มาจากมนุษย์ทั่วโลก ยิ่งไปกว่านั้น ปูนซีเมนต์คาร์บอนดังกล่าวจะต้องใช้งานโดยผสมขึ้นสด ๆ และไม่สามารถหล่อเป็นก้อนสำเร็จรูปเพื่อติดตั้งเพิ่มเติมเข้าไปในโครงสร้างที่มีอยู่แล้วได้

        “งานวิจัยนี้เปิดประตูสู่เส้นทางแห่งความเป็นไปได้ที่หลากหลาย ในการใช้สิ่งก่อสร้างเป็นตัวกลางในการกักเก็บพลังงาน และเนื่องจากวัสดุเหล่านี้ใช้กันทั่วไป รวมทั้งวิธีผลิตก็ค่อนข้างง่ายไม่ซับซ้อน สิ่งเหล่านี้บ่งบอกว่า เราควรจะศึกษาและพัฒนาวิธีการดังกล่าวต่อไป มันอาจจะมีศักยภาพในการเป็นเครื่องมือชิ้นหนึ่ง ที่มีประโยชน์อย่างสูงต่อการเปลี่ยนผ่านไปสู่โลกอนาคตที่สะอาดและมีความยั่งยืนมากขึ้น”