EN

25 ก.ย. 2563

แบตเตอรี่แช่แข็ง (Cryo-battery)

คอลัมน์ Everlasting Economy จากหนังสือพิมพ์กรุงเทพธุรกิจ ฉบับเดือน กันยายน 2563
โดย ชัยวัฒน์ โควาวิสารัช

ผมเคยคุยให้ฟังแล้วในครั้งก่อนๆ ว่า การเปลี่ยนผ่านของพลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิลสู่พลังงานหมุนเวียนนั้น สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการกักเก็บพลังงานไฟฟ้าในวันที่ไม่มีแดด ไม่มีลม เนื่องจากแผงโซล่าร์หรือกังหันลมไม่สามารถปั่นไฟฟ้าได้ การกักเก็บดังกล่าวทำได้หลายวิธี แต่ปัญหาใหญ่ๆ คือ ความสามารถที่จะตอบโจทย์เรื่องของขนาด (scalability) ความมั่นคงของระบบ (reliability) และความไวในการตอบสนอง (response time) ของระบบเมื่อไฟฟ้าดับ

เทคโนโลยีในปัจจุบันที่สามารถตอบโจทย์ทั้งสามข้อได้และมีการพัฒนามาอย่างต่อเนื่องคือ แบตเตอรี่ ลิเทียมไอออน ซึ่งเป็นที่นิยมใช้ตั้งแต่อุปกรณ์เล็กๆ จนถึงโทรศัพท์มือถือและรถยนต์ไฟฟ้า เพราะนอกจากจะสามารถตอบสนองได้ภายในระยะเวลาอันรวดเร็วเป็นเสี้ยววินาที หรือ micro-second (การตอบสนองต้องเร็ว ไม่เช่นนั้นอาจมีผลทำให้ไฟฟ้าดับ แล้วส่งผลที่สำคัญทำให้เกิดความเสียหายได้ เช่นโรงกลั่นน้ำมันหรือห้องผ่าตัด เป็นต้น) เรายังเห็นใช้งานตั้งแต่แบตเตอรี่มือถือขนาดไม่กี่ Wh (วัตต์-ชั่วโมง) จนถึงแบตเตอรี่รถยนต์ที่ 60-100 KWh (กิโลวัตต์-ชั่วโมง) จนถึงแหล่งพลังงานสำรองที่ใหญ่ที่สุดในโลก Hornsdale Power Reserve ที่รัฐออสเตรเลียใต้ ประเทศออสเตรเลีย ที่มีขนาดถึง 129 MWh (เมกะวัตต์-ชั่วโมง) (แน่นอนครับ ติดตั้งโดยบริษัท เทสลา) จึงถือว่าเป็นเทคโนโลยีที่น่าจะตอบโจทย์มากที่สุด

แต่ในประเทศอังกฤษได้มีสตาร์ทอัพชื่อ Highview Power ได้ทำวิจัยร่วมกับ University of Birmingham แล้วได้สร้างสิ่งที่เรียกว่า แบตเตอรี่แช่แข็ง (cryo-battery) เพื่อมาตอบโจทย์เดียวกัน และดูเหมือนว่ากำลังเดินหน้าได้ดีทีเดียว หลักการง่ายๆ คือ การทำให้อากาศเป็นของเหลว (อากาศที่เราหายใจนี่เลยนะครับ ไม่ใช่ก๊าซอะไรพิเศษ) โดยที่อุณหภูมิ -196 เซลเซียส อากาศจะถูกเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวและถูกอัดเล็กลงประมาณ 700 เท่า ซึ่งกระบวนการอัดอากาศดังกล่าวเป็นกระบวนการผลิตที่เราเห็นได้เป็นปกติ โดยเฉพาะ LNG ที่เรารู้จักกันดี หลังจากนั้น เมื่อเราเริ่มให้ความร้อนกับอากาศเหลวที่เก็บอยู่ มันก็จะคลายตัวอย่างรุนแรง และแรงผลักที่เกิดจากการคลายตัวดังกล่าวของมันสามารถที่จะปั่นกังหัน (turbine) เพื่อผลิตไฟฟ้าได้ ซึ่งก็เป็นกระบวนการต่างๆ ทางวิศวกรรมที่เราคุ้นเคยกันอยู่แล้ว และน่าจะสามารถตอบโจทย์ทั้งสามข้อข้างต้นอีกด้วย

ในเบื้องต้น ที่เมือง Bury ใกล้ๆ กับ Manchester ได้มีการติดตั้งเครื่องดังกล่าวขนาด 15 MWh ซึ่งมีขนาดใหญ่เพียงพอที่จะจ่ายไฟฟ้าให้บ้านเรือน 3,000 หลัง ได้ประมาณ 5 ชั่วโมง เพียงแต่ประสิทธิภาพของเครื่องดังกล่าวอยู่ที่ 50% กล่าวคือ ใช้ไฟฟ้า 100 หน่วยเพื่อแปลงอากาศให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิ -196 องศาเซลเซียส แต่เมื่อนำอากาศเหลวมาปั่นไฟฟ้า จะปั่นได้ 50 หน่วย ก็ยังต่ำไปเล็กน้อย ทาง University of Birmingham จึงกำลังอยู่ในการวิจัยเพิ่มเติม โดยใช้วิธีการเก็บความร้อนที่คายออกมาตอนอากาศแปลงสภาพเป็นของเหลวไว้ในน้ำมันหรือเกลือ แล้วใช้ความร้อนที่เก็บไว้ในน้ำมันหรือเกลือมาอุ่นอากาศเหลวตอนปั่นไฟ ก็คือการรีไซเคิลพลังงาน และจะเพิ่มประสิทธิภาพจนอยู่ที่ระดับ 60% ซึ่งก็จะใกล้เคียงหรือดีกว่ากระบวนการผลิตไฟฟ้าจากเครื่องปั่นไฟที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลทีเดียว

ในขณะเดียวกัน ตอนที่อากาศคลายตัว เพื่อปั่นไฟฟ้า ก็จะมีความเย็นหลงเหลืออยู่ เมื่อใช้เทคโนโลยีของเครื่องทำความเย็น (Air Conditioning) เก็บความเย็นไว้ใช้ตอนอัดอากาศให้เป็นของเหลวอีกครั้งหนึ่ง ก็จะประหยัดพลังงานได้อีก และทำให้เพิ่มประสิทธิภาพของระบบขึ้นถึงระดับ 69% ซึ่งใกล้เคียงกับประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน จึงมองว่าน่าจะแข่งขันได้

Highview Power มีแผนที่จะสร้างโรงกักเก็บพลังงานดังกล่าวขนาด 250 MWh (ใหญ่กว่าโรงแบตเตอรี่ที่ออสเตรเลียกว่าเท่าตัว) ที่อังกฤษในปีนี้ ที่อเมริกาและอิตาลีในอีก 2 ปีข้างหน้านี้ ซึ่งก็คาดว่าาจะเป็นคู่แข่งที่สำคัญของแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนในอนาคต ถ้าราคาของแบตเตอรี่แช่แข็งและประสิทธิภาพเป็นไปดังที่กล่าวไว้ และการเปลี่ยนผ่านทางพลังงานเพื่อโลกที่ยั่งยืนก็คงจะเร็วขึ้นอีก