TH

25 Dec 2020

รถไฮบริดรักษ์โลก กับ super capacitor

คอลัมน์ Everlasting Economy จากหนังสือพิมพ์กรุงเทพธุรกิจ ฉบับเดือน ธันวาคม 2563
โดย ชัยวัฒน์ โควาวิสารัช

ผมได้มีโอกาสพูดคุยเรื่องเทคโนโลยีแบตเตอรี่มาหลายๆ ประเภทเพราะคิดว่าสุดท้าย การใช้งานที่แตกต่าง จะทำให้เราเลือกใช้แบตเตอรี่ในรูปแบบหลากหลายเพื่อตอบสนองความแตกต่างเหล่านั้น การพัฒนาเทคโนโลยีในวันนี้ เราพยายามมองว่า ลิเทียมไอออนแบตเตอรี่จะเป็นแหล่งกักเก็บพลังงานหลักสารพัดนึกที่จะมาทดแทนน้ำมันได้และสามารถที่จะใช้งานแทนที่ได้ในทุกๆ รูปแบบ แต่ในความเป็นจริง เราน่าจะมองแบตเตอรี่เหมือนมองประเภทของรถ คือ รถสปอร์ต มีไว้ขับขี่เพื่อความสนุกสนาน รถ MPV ออกแบบเพื่อให้ครอบครัวสามารถเดินทางด้วยกัน รถกระบะ มีไว้เพื่อเป็นรถอเนกประสงค์ รถบรรทุก มีไว้เพื่อบรรทุกสินค้า และรถเมล์ มีไว้เพื่อบรรทุกผู้โดยสารจำนวนมากเป็นต้น

พูดถึงรถเมล์หรือรถโดยสารประจำทาง น่าจะเป็นประเภทของรถที่เราสามารถจะ electrify หรือทำให้เป็นรถไฟฟ้าได้ง่ายและเร็วที่สุด รองลงมาจากรถสองล้อหรือมอเตอร์ไซค์ไฟฟ้า ผมจะไม่กล่าวถึงรถสองล้อเนื่องจากได้เคยพูดคุยถึงในบทความเรื่อง Everlasting Battery (สิงหาคม 2563) แล้ว แต่รถเมล์นั้น เนื่องจากเป็นรถประจำทาง มีเส้นทางและระยะเดินทางที่แน่นอนชัดเจน นอกจากต้องแวะจอดตามป้ายแล้ว ยังต้องใช้งานวันละหลายรอบ และต้องบรรทุกน้ำหนักจำนวนมาก จึงเหมาะที่จะใช้น้ำมันดีเซล ที่มี torque (แรงบิด) สูง เพื่อการขับเคลื่อน โดยเฉพาะในกรุงเทพเรา ที่รถเมล์ส่วนใหญ่มีอายุใช้งานมากกว่า 20 ปี ย่อมทำให้เกิดมลภาวะอย่างมาก โดยเฉพาะฝุ่น PM 2.5 ที่เราเผชิญกันในทุกหน้าหนาว แบตเตอรี่ซึ่งเป็นแหล่งกักเก็บพลังงานที่ให้ torque สูงเช่นกันจึงเป็นตัวแทนที่ดีมากทางเลือกหนึ่ง ซึ่งเราได้เห็นในเมืองเซินเจิ้น ประเทศจีน ที่ได้เปลี่ยนมาเป็นรถเมล์ไฟฟ้าเกือบทั้งหมด เพื่อลดมลภาวะและเพื่อให้รถเมล์ไฟฟ้าได้แจ้งเกิดอีกด้วย

แต่สิ่งที่รถเมล์ในประเทศจีนยังใช้เทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน ซึ่งก็เป็นเทคโนโลยีพื้นฐานสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์ และปัญหาเดิมๆ ที่เราประสบคือ ต้องใช้เวลานานในการชาร์จ และอีกทั้งเรื่องของระยะหรือ range anxiety ที่เวลารถติดมากๆ แล้วแบตเตอรี่ที่ชาร์จมาอาจจะมีไม่พอที่จะขับถึงอู่เพื่อชาร์จแบตเตอรี่อีกครั้งหนึ่ง จึงมีการเสนอว่า เมื่อทุกครั้งที่รถเมล์จอดเข้าป้าย น่าจะหาทางเติมแบตโดยการใช้ชาร์จเจอร์แบบไร้สาย wireless charger เหมือนที่เราสามารถชาร์จมือถือโดยชาร์จเจอร์ไร้สายได้ แต่อย่างที่เรารู้กันว่า เราใช้เวลาเป็นชั่วโมงเพื่อให้มือถือชาร์จเต็มโดยใช้สายชาร์จ แต่ถ้าเป็นแบบไร้สายจะยิ่งใช้เวลามากกว่า 1.3-1.5 เท่า* และเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่รถเมล์ใหญ่ที่กว่ามือถือ 10,000-35,000 เท่า** ซึ่งรถเมล์ใช้เวลาเข้าป้ายแต่ละครั้ง อย่างมากก็เพียงสามสี่นาที ก็หมายถึงแทบจะไม่ได้ชาร์จเลย หรือแทบจะไม่สามารถตอบโจทย์เลย นี่ยังไม่ได้พูดถึงน้ำหนักรถจะที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากอุปกรณ์การชาร์จไร้สายที่มีน้ำหนักค่อนข้างมากเลยนะครับ

ในวงการไฟฟ้า โดยเฉพาะในแผงวงจรไอซีนั้น มีการกักเก็บประจุไฟฟ้าไว้ในสิ่งที่เรียกว่า capacitor โดยเป็นการเก็บประจุในเชิงกลโดยอาศัยความต่างศักย์ (ตรงนี้ ท่านผู้อ่านคงต้องย้อนไปนึกถึงวิชาวิทยาศาสตร์ในสมัยมัธยม) จึงมีการพัฒนาต่อยอดกับสิ่งประดิษฐ์ที่มีในวงการไฟฟ้ามานานเป็นศตวรรษแล้วคือ การพัฒนา super capacitor ที่เป็นการกักเก็บพลังงานไฟฟ้า ได้ในปริมาณมากโดยใช้เทคโนโลยีของคาร์บอน และกราฟิน ซึ่งเป็นคาร์บอนชนิดพิเศษ ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า super capacitor ซึ่งคุณสมบัติพิเศษคือ สามารถกักเก็บพลังงานไฟฟ้าได้ปริมาณมากในระยะเวลาอันสั้น แล้วสามารถปลดปล่อยออกได้อย่างรวดเร็ว และก็สามารถชาร์จกลับได้อย่างรวดเร็วเช่นกัน ถ้าจะเปรียบเทียบคงเหมือนกับการดีดไม้ง่ามหนังสติ๊ก ที่เราเหนี่ยวหนังสติ๊กก็เหมือนการชาร์จ super capacitor และเมื่อดีดก้อนหินออกไป ก็เหมือน discharge ออกไป ซึ่งจะใช้เวลาเร็วมากในการเติมพลังและปลดปล่อยพลัง ขณะที่แบตเตอรี่น่าจะเหมือนลานนาฬิกา ที่ต้องค่อยๆ ไขลาน เพื่อสะสมพลังงาน แล้วพลังงานก็จะค่อยๆปลดปล่อยออกมา แต่สามารถจะอยู่ได้ครั้งละ 30-40 ชั่วโมง หรืออีกนัยหนึ่ง super capacitor จะเป็นประเภท เร็ว แรง แต่ใช้ได้ในระยะสั้นๆ เสมือนหนึ่งวิ่งเร็ว 100 เมตร (sprint) ขณะที่แบตเตอรี่เป็นการวิ่งช้าๆ และนานๆ เหมือนมาราธอน

เมื่อเราสามารถผสม super capacitor เข้ากับลิเทียมไอออนแบตเตอรี่แล้ว จะเป็นแบบไฮบริดที่ตอบโจทย์ได้เกือบครบถ้วน โดยเฉพาะรถเมล์ หรือแม้แต่รถแท็กซี่ที่จอดรอคิวอยู่ในขนส่ง รถไฟฟ้าหรือสนามบิน ที่เราสามารถชาร์จ super capacitor ได้เกิน 80% ภายใน 3-5 นาที และที่สำคัญคือ เราสามารถชาร์จ super capacitor ได้เป็นหมื่นครั้งโดยไม่เสื่อม และยิ่งมีเทคโนโลยีการชาร์จแบตเตอรี่ผ่านการเบรกของรถ (regenerative charging) ซึ่งเมื่อใช้กับแบตเตอรี่จะมีผลที่น้อยมาก แต่เมื่อนำมาใช้กับ super capacitor จะทำให้ชาร์จได้เกือบเต็มเลยทีเดียว ก็จะทำให้รถเดินทางได้ไกลขึ้น และเมื่อพลังงานใน super capacitor หมดไป ก็เดินทางต่อโดยใช้แหล่งพลังงานจากแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนต่อไป ทำให้แบตเตอรี่แบบที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน สามารถเดินทางเพิ่มขึ้นได้กว่าเท่าตัว หรือเป็น 1,000 กิโลเมตรต่อการชาร์จ 1 ครั้ง อีกทั้ง super capacitor นั้นมีความจุของพลังงาน power density สูงกว่าแบตเตอรี่ กว่า 20-30 เท่า ที่น้ำหนัก 1 กิโลกรัม ก็ตอบโจทย์เรื่องน้ำหนักได้อีก จึงเห็นว่าในอนาคตนี้รถไฮบริดที่เราเข้าใจ อาจจะไม่ใช่น้ำมันกับแบตเตอรี่ แต่เป็น super capacitor กับแบตเตอรี่แทน ซึ่งก็เป็นพลังงานสะอาดสีเขียวและเป็นมิตรกับโลกเราอีกด้วยครับ

* www.iphonemod.net/iphone-8-charging-speed-test.html
** www.batteryuniversity.com/learn/article/charging_without_wires