สุดยอดนักวิทยาศาสตร์ นำเส้นใยกัญชงมาใช้งานแทนกราฟีน

คงจำกันได้ว่าในปี 2010 นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย 2 คน คือ อังเดร ไกม์ (Andre Geim) และคอนสแตนติน โนโวเซลอฟ (Konstantin Novoselov) ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากผลงานการสร้างกราฟีนโดยใช้เพียงสก็อตเทป ซึ่งดูเหมือนว่าจะเป็นวิธีง่าย ๆ ไม่น่าจะได้รับรางวัล แต่การสร้างกราฟีนวิธีนี้กลับเป็นวิธีที่ง่ายและสามารถใช้ได้จริง จนใคร ๆ ก็สามารถนำไปทำเองที่บ้านได้ เกิดเป็นวัสดุที่ทรงคุณค่าขึ้น ความสำเร็จของไกม์และโนโวเซลอฟไม่ได้เกิดจากการสร้างกราฟีนจนสำเร็จเพียงอย่างเดียว แต่เป็นการทำให้ทุกคนยอมรับว่ากราฟีนเป็นวัสดุที่มีความหนาเพียงอะตอมเดียวนั้นมีอยู่จริง และพบคุณสมบัติที่น่าอัศจรรย์คือ เป็นวัสดุที่บางที่สุดแต่แข็งแรงมาก สามารถบิด ม้วน งอ หรือพับได้โดยไม่ทำให้โมเลกุลเสียหาย และนำไฟฟ้าได้ดี แม้จะดีไม่เท่าตัวนำยิ่งยวด (superconductor) แต่จุดที่เหนือกว่าคือ กราฟีนนำไฟฟ้าได้ดีมากที่อุณหภูมิห้องซึ่งต่างจากตัวนำยิ่งยวดที่ต้องลดอุณหภูมิจนติดลบกว่าร้อยองศาเซียลเซียส ปัจจุบันยังไม่สามารถผลิตกราฟีนให้ได้ในปริมาณมาก การสร้างกราฟีนจึงเป็นสิ่งที่ใช้เวลาและเงินทุนมหาศาล (ประมาณ $2000 ต่อกรัม) ทำให้นักวิทยาศาสตร์เริ่มคิดว่าจะดีกว่าหรือไม่ ถ้าสามารถหาวัสดุอื่นมาทดแทนกราฟีนได้

กราฟิน (Graphene)/Photo

ดอกเตอร์เดวิด มิทลิน (David Mitlin) นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยอัลเบอร์ตา ประเทศแคนาดา สามารถนำเส้นใยกัญชงจากเปลือกด้านในที่ปกติจะถูกทิ้งไปมาผลิตเป็นอุปกรณ์เก็บพลังงาน (supercapacitor) ที่สามารถประจุไฟและคายประจุได้เร็วยิ่งกว่าแบตเตอรี่ทั่วไป และข้อดีอีกอย่างหนึ่งของเส้นใยกัญชงคือมีราคาถูก (ประมาณ $500-100 ต่อตัน) จึงนับเป็นความสำเร็จก้าวแรกของวงการวิทยาศาสตร์ที่สามารถสร้างวัสดุที่นำมาแทนที่กราฟีนได้ในปริมาณมาก และมีราคาถูกกว่าหลายเท่าตัว

ต้นกัญชง (Hemp)/Photo from: BBC

ดอกเตอร์มิทลินสร้างแผ่นคาร์บอนนาโนที่คล้ายกราฟีน โดยการให้ความร้อนกับเส้นใยกัญชงประมาณ 177 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 24 ชั่วโมง เส้นใยจะมีความร้อนสูงมากและลอกออกมาเป็นแผ่นคาร์บอนนาโนในที่สุด จากนั้นนำแผ่นคาร์บอนนาโนที่ได้นี้ไปทำเป็นอิเล็กโทรดและใช้สารละลายไอออนิกเป็นอิเล็กโทรไลต์ เกิดเป็นอุปกรณ์เก็บพลังงานที่ดีกว่าอุปกรณ์เก็บพลังงานชนิดอื่น ๆ ที่มีอยู่ตามท้องตลาด ทั้งในแง่ของความหนาแน่นของพลังงาน (energy density) และช่วงอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมที่อุปกรณ์นี้สามารถทำงานได้ดี โดยค่าเฉลี่ยของความหนาแน่นของพลังงานจากอุปกรณ์นี้มีค่าประมาณ 12 วัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม ซึ่งดีกว่าอุปกรณ์อื่น ๆ ตามท้องตลาด 2-3 เท่าตัว และทำงานได้ดีตั้งแต่อุณหภูมิ -18 ถึง 94 องศาเซลเซียส

ดอกเตอร์มิทลินกล่าวทิ้งท้ายว่า “ถึงแม้ว่าเส้นใยกัญชงจะไม่สามารถทำทุกอย่างได้เท่าที่กราฟีนทำได้ แต่ในด้านการเก็บพลังงาน เส้นใยกัญชงทำงานได้ไม่แพ้กราฟีนเลย และพวกเราพร้อมแล้วที่จะนำเส้นใยกัญชงนี้ไปใช้งานจริงในอุตสาหกรรมขนาดเล็ก”

เส้นใยกัญชง/Photo

ไม่น่าเชื่อว่า “กัญชง” พืชที่อยู่ในตระกูลเดียวกับกัญชาที่พืชต้องห้ามที่มีสารออกฤทธิ์ทางประสาทที่ใช้ผลิตยาเสพติดประเภทที่ 5 จะมีบทบาทสำคัญในทางอุตสาหกรรมต่าง ๆ ทั้งการผลิตกระดาษ วัสดุสิ่งทอคุณภาพสูง ผลิตเส้นใยเชือกที่แข็งแรง และยังสร้างเป็นวัสดุเก็บพลังงานที่ดีเทียบเท่ากับกราฟีนที่มีราคาสูงมากได้เลย อย่างไรก็ตามประเทศต่าง ๆ ในปัจจุบันอนุญาตให้ปลูกต้นกัญชงได้อย่างถูกกฎหมาย เพราะมีสาร THC ต่ำกว่าปริมาณที่กำหนด (กัญชามีปริมาณสาร THC สูง) ดังนั้นผู้เขียนเชื่อว่าในอนาคตกัญชงจะมีบทบาทสำคัญในวงการวิทยาศาสตร์มากกว่านี้อย่างแน่นอน