บทวิเคราะห์พลังงานทางเลือกใหม่ Thermophotovoltaics (TPV) แค่ฝันหรือความจริง
ในช่วงที่โลกกำลังเร่งหาทางออกจากวิกฤติพลังงานและภาวะโลกร้อน คำว่า “พลังงานทางเลือก” กลายเป็นหนึ่งในคำที่เราได้ยินกันบ่อยมาก ไม่ว่าจะเป็นพลังงานแสงอาทิตย์ ลม น้ำ หรือแม้แต่ไฮโดรเจน แต่มีเทคโนโลยีหนึ่งที่ยังไม่ค่อยเป็นที่รู้จักในวงกว้าง นั่นก็คือ Thermophotovoltaics (TPV) หรือ “โซลาร์เซลล์ความร้อน” ที่ว่ากันว่าอาจเป็นจิ๊กซอว์สำคัญของพลังงานอนาคต
คำถามคือ มันเป็นเพียงแค่ความฝันหวานของนักวิจัยในห้องแล็บ หรือจริง ๆ แล้วเรากำลังเข้าใกล้วันที่ TPV จะกลายเป็นเทคโนโลยีหลักที่ใช้ได้จริงกันแน่?
Thermophotovoltaics คืออะไร?
ถ้าให้อธิบายแบบเข้าใจง่าย ๆ TPV ก็คือญาติสนิทของโซลาร์เซลล์ที่เราเห็นบนหลังคาบ้าน แต่แทนที่จะใช้แสงอาทิตย์ตรง ๆ มาผลิตไฟฟ้า TPV จะใช้ “ความร้อน” เป็นตัวกลาง โดยให้วัตถุที่ร้อนมาก ๆ เปล่งรังสีออกมา แล้วเซลล์กึ่งตัวนำจะเปลี่ยนรังสีนั้นเป็นกระแสไฟฟ้า
พูดอีกแบบหนึ่งคือ TPV ทำหน้าที่เปลี่ยน ความร้อน → แสง (อินฟราเรด/ใกล้แสงอาทิตย์) → ไฟฟ้า แบบไม่มีชิ้นส่วนกลไกเคลื่อนไหว ทำให้มันเงียบ ทนทาน และดูมีเสน่ห์ไม่น้อย
ทำไม TPV ถึงน่าสนใจ?
ลองนึกภาพโรงงานที่ปล่อยก๊าซร้อนทิ้งมหาศาล หรือโรงไฟฟ้าที่มีความร้อนส่วนเกินไม่ได้ถูกใช้งานเลย TPV สามารถวางตัวเองเป็น “เครื่องเก็บเกี่ยวพลังงานทิ้ง” ที่เปลี่ยนของเหลือใช้เหล่านี้ให้กลายเป็นไฟฟ้าเพิ่มขึ้นได้
- ไม่ต้องใช้ไอน้ำ เหมือนเครื่องยนต์ความร้อนแบบดั้งเดิม
- ทนทาน เพราะไม่มีชิ้นส่วนหมุนหรือสึกหรอ
- ขนาดเล็ก สามารถรวมเข้ากับระบบกักเก็บพลังงาน
- ศักยภาพประสิทธิภาพสูง งานวิจัยล่าสุดทำได้มากกว่า 40% แล้ว
งานวิจัยล่าสุด: ความฝันที่ใกล้จริง
เมื่อปี 2022 ทีมนักวิจัยจาก MIT และ NREL ได้โชว์ต้นแบบ TPV ที่มีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานกว่า 40% ซึ่งถือว่าสูงกว่าหลาย ๆ เทคโนโลยีเครื่องยนต์ความร้อนในปัจจุบัน และยังมีความเป็นไปได้ที่จะเพิ่มขึ้นได้อีกหากพัฒนาเรื่องวัสดุและการจัดการสเปกตรัมของแสง
พวกเขายังพูดถึงแนวคิด “thermal battery” หรือแบตเตอรี่ความร้อน ที่เก็บพลังงานส่วนเกินไว้ในรูปความร้อน แล้วค่อยนำมาเปลี่ยนกลับเป็นไฟฟ้าผ่าน TPV ในเวลาที่ต้องการ เรียกได้ว่าเป็นการสร้างระบบเก็บพลังงานใหม่ที่ไม่ต้องง้อ lithium-ion เลย
การใช้งานที่เป็นไปได้
แม้ตอนนี้ TPV ยังไม่ถูกนำมาใช้เชิงพาณิชย์อย่างกว้างขวาง แต่มีหลายทิศทางที่น่าสนใจ:
- อวกาศ – ใช้กับแหล่งพลังงานจาก radioisotope หรือเครื่องปฏิกรณ์ เพื่อจ่ายไฟให้ยานสำรวจ
- โรงงานอุตสาหกรรม – รีไซเคิลความร้อนทิ้งจากเตาเผาหรือกระบวนการผลิต
- พลังงานหมุนเวียน – ใช้คู่กับระบบโซลาร์แบบเข้มข้น (CSP) ที่เก็บพลังงานเป็นความร้อนแล้วเปลี่ยนเป็นไฟฟ้า
- ระบบพกพา – เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเงียบ ๆ สำหรับงานทหารหรือพื้นที่ห่างไกล
อุปสรรคและความท้าทาย
แน่นอนว่าไม่ใช่ทุกอย่างจะโรยด้วยกลีบกุหลาบ TPV ยังมีปัญหาที่ต้องแก้อีกมาก:
- ต้นทุนวัสดุ – วัสดุเซมิคอนดักเตอร์อย่าง InGaAs หรือ GaSb ยังราคาแพง
- การจัดการสเปกตรัม – ต้องควบคุมความยาวคลื่นของรังสีที่ตกกระทบให้แม่นยำ ไม่งั้นพลังงานสูญหาย
- ระบบสะท้อนกลับ (recycling photons) – การสะท้อนโฟตอนที่ไม่ถูกใช้กลับไปยังตัวปล่อยยังต้องการเทคนิคที่ซับซ้อน
- สเกลการผลิต – จะผลิตในระดับอุตสาหกรรมได้เมื่อไรยังเป็นคำถาม
TPV: แค่ฝันหรือความจริง?
ถ้าให้ตอบตรง ๆ ตอนนี้ TPV ยังเป็น “ความจริงครึ่งหนึ่ง” กล่าวคือ มันมีผลงานวิจัยที่พิสูจน์แล้วว่าเป็นไปได้จริง และมีประสิทธิภาพสูง แต่ว่าการทำให้ต้นทุนต่ำและผลิตได้ในระดับใหญ่ยังเป็นสิ่งที่ต้องใช้เวลาและเงินลงทุนอีกมาก
แต่หากมองในมุมบวก เมื่อสิบกว่าปีก่อน โซลาร์เซลล์ก็เคยถูกมองว่าแพงเกินไปและเป็นไปไม่ได้ในเชิงพาณิชย์ แต่ปัจจุบันกลายเป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานหลักของโลก ดังนั้น TPV อาจจะเดินตามเส้นทางเดียวกันในทศวรรษหน้า
สรุป
Thermophotovoltaics เป็นเทคโนโลยีที่น่าตื่นเต้นและมีศักยภาพมหาศาลในการเปลี่ยนวิธีที่เราใช้และกักเก็บพลังงาน มันอาจยังไม่พร้อมจะมาแทนที่พลังงานแบบดั้งเดิมในเร็ว ๆ นี้ แต่ถ้าเรามองไปข้างหน้าอีก 10–20 ปี TPV อาจเป็นคำตอบที่หลายคนไม่คาดคิด ว่าจะช่วยปิดช่องว่างของระบบพลังงานหมุนเวียนและทำให้โลกของเราก้าวสู่อนาคตที่สะอาดและยั่งยืนยิ่งขึ้น
แล้วคุณล่ะ คิดว่า TPV จะกลายเป็นแค่ฝันที่สวยงาม หรือจะกลายเป็นความจริงที่เปลี่ยนโลกได้?