Next to know จากรถยนต์ไฟฟ้าสู่จรวดพลังงานสะอาด

 

เทคโนโลยีอวกาศ หนึ่งในประเด็นที่ได้รับความสนใจมากขึ้นทุกวัน ภายหลังการเติบโตของอุตสาหกรรมอวกาศ ขยายขอบเขตจากการวิจัยและวิทยาศาสตร์สู่ธุรกิจการท่องเที่ยวสู่จุดหมายใหม่นอกโลก เห็นได้จากจำนวนดาวเทียมเพิ่มมากขึ้นแบบก้าวกระโดดในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา

แน่นอนว่าการพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศสร้างความสะดวกสบายในชีวิตประจำวันขึ้นหลายอย่าง ทั้งอินเทอร์เน็ตความเร็วสูง, เครือข่ายโทรศัพท์มือถือ, ระบบ GPS ครอบคลุมทุกพื้นที่, ตรวจสอบมลพิษ ไปจนคาดการณ์สภาพอากาศ แต่ความสะดวกสบายที่เป็นอยู่เองก็มีราคาที่ต้องจ่าย

ข้อโต้แย้งตามมาคือการสร้างจรวดรวมถึงส่งขึ้นไปในแต่ละครั้งก่อให้เกิดมลพิษมหาศาล นับแต่ขั้นตอนเริ่มก่อสร้างไปจนการปล่อยตัวผลักดันออกนอกชั้นบรรยากาศ ทั้งหมดล้วนสร้างผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมไว้มากมาย กลายเป็นเสียงคัดค้านต่ออุตสาหกรรมนี้ขึ้นทุกวัน

โดยก่อนอื่นคงต้องอธิบายเสียก่อนว่าการส่งจรวดขึ้นไปในแต่ละครั้ง ทิ้งผลกระทบใดต่อโลกเอาไว้บ้าง

จรวด Flacon 9

 

ปัญหาการปล่อยจรวดในปัจจุบัน – ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

อุตสาหกรรมอวกาศสร้างมลพิษให้แก่โลกในเกือบทุกขั้นตอน เริ่มตั้งแต่การสร้างจรวดซึ่งมีส่วนประกอบสำคัญเป็นเหล็กและอะลูมิเนียม นี่เองเป็นบ่อเกิดแห่งก๊าซเรือนกระจก เพราะการผลิตเหล็ก 1 ตัน สร้างคาร์บอนไดออกไซด์ 1.9 ตัน ส่วนอะลูมิเนียมสร้างคาร์บอนไดออกไซต์มากถึง 11.5 ตันทีเดียว

ถ้าประเมินจากจรวด Flacon 9 ของทางบริษัท SpaceX มีน้ำหนักราว 549 ตัน ภายใต้การผลิตจรวดปริมาณคาร์บอนที่เกิดขึ้นจึงอาจพุ่งไปถึงหลายพันตันต่อลำ เมื่อประเมินจากภาพรวมของอุตสาหกรรมที่นอกจากจะใช้ในงานเทคโนโลยียังถูกใช้เพื่อการท่องเที่ยว ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์จากอุตสาหกรรมจึงยิ่งสูงขึ้นไปอีก

เมื่อผ่านขั้นตอนการสร้างต่อมาเชื้อเพลิงที่ใช้ในการขับเคลื่อนจรวดก็รุนแรงไม่แพ้กัน กระบวนการเผาไหม้สร้างพลังงานขับเคลื่อนขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศแต่ละครั้งสร้างคาร์บอนไดออกไซด์ขึ้นมหาศาล คาดการณ์ว่าปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นในกระบวนการเดินทาง เทียบเท่าเที่ยวบินข้ามทะเลแอตแลนติกถึง 395 เที่ยวบินเลยทีเดียว

ถึงตรงนี้มีข้อโต้แย้งหลายทางว่า จรวดที่ใช้ในปัจจุบันเปลี่ยนไปใช้เชื้อเพลิงเป็นมิตรสิ่งแวดล้อมมากขึ้น จากการใช้งานไฮโดรเจนเหลวและออกซิเจนเหลว เมื่อแตกตัวโมเลกุลจะเปลี่ยนกลับมาเป็นน้ำไม่เป็นอันตราย แต่แท้จริงสิ่งที่เกิดขึ้นตามมาก็ร้ายแรงไม่แพ้กัน เนื่องจากการเผาไหม้แต่ละครั้งจะทำให้เกิด ไนโตรเจนออกไซด์

 

 

ไนโตรเจนออกไซด์มีผลกระทบต่อชั้นบรรยากาศรวมถึงโอโซนโดยตรง ในกรณีที่เข้าใกล้ชั้นบรรยากาศสูงจะทำให้โอโซนเบาบาง จนชั้นบรรยากาศดูดซับและป้องกันแสงอาทิตย์ส่องผ่านได้น้อยลง ขณะเดียวกันมันก็มีคุณสมบัติเก็บกักความร้อนไว้ ทำให้อุณหภูมิของโลกเพิ่มสูงขึ้นด้วย

อีกทั้งการเผาผลาญในระดับชั้นบรรยากาศเมื่อเกิดสารพิษในปริมาณมาก นอกจากก๊าซเรือนกระจกแล้วฝุ่นควันจากการเผาไหม้หากระเหยไปรวมกับไอน้ำในชั้นบรรยากาศอาจทำให้เกิดฝนกรดตามมา นอกจากนี้สารพิษที่เกิดขึ้นยังสามารถข้าไปปนเปื้อนภายในดิน รวมถึงเป็นตัวแพร่กระจายสารก่อมะเร็งได้อีกทาง

นอกจากนี้ในขั้นตอนการส่งจรวดขึ้นสู่ห้วงอวกาศเองก็สร้างผลกระทบไม่แพ้กัน ในปัจจุบันจำนวนเที่ยวบินจรวดมีไม่มากจะยังไม่ส่งผลกระทบอะไร แต่เมื่อการเดินทางออกอวกาศมีเป็นจำนวนมาก อย่าง Virgin Galactic ที่ตั้งเป้าว่าจะส่งจรวดขึ้นไปมากถึง 400 เที่ยวต่อปี จะทำให้เกิดผลกระทบต่อชั้นบรรยากาศจนทำให้โอโซนเกิดความเสียมากขึ้นในอนาคต

แม้ปัจจุบันจะยังไม่มีผลการวิจัยโดยตรง ทำให้ข้อมูลที่ใช้ในการอ้างอิงเกิดจากการคำนวณจึงคลาดเคลื่อนไปบ้าง แต่เห็นได้ชัดว่าอุตสาหกรรมอวกาศเป็นตัวเร่งในภาวะโลกร้อน อาจทำให้สถานการณ์สิ่งแวดล้อมที่เลวร้ายอยู่แล้วในปัจจุบันทวีความรุนแรงมากขึ้น นั่นทำให้นักวิทยาศาสตร์ผู้พัฒนาอุตสาหกรรมอวกาศจำเป็นต้องมองทางแก้ไปพร้อมกัน

และอันที่จริงหนึ่งในทางแก้ที่ว่าดูจะอยู่ใกล้ตัวมากกว่าที่คิด

 

ภาพจำลองการเผาไหม้ของ Ammonia borane

 

เชื้อเพลิงชนิดใหม่ที่ได้มาจากรถพลังงานไฟฟ้า

การค้นพบนี้เกิดขึ้นจากฝีมือของทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย พวกเขาค้นพบว่า Ammonia borane สารเคมีที่ถูกนำมาใช้ในการกักเก็บไฮโดรเจนภายในตัวจ่ายพลังงานของรถยนต์ไฟฟ้า สามารถนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในการขับเคลื่อนจรวดและดาวเทียมในฐานะพลังงานสะอาดได้ เหมือนที่ถูกนำไปใช้กับรถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบัน

ข้อดีของสารชนิดนี้ประการแรกคือพวกเขาไม่จำเป็นต้องจัดเก็บในรูปแบบของเหลว ช่วยลดอัตราการใช้พลังงานการผลิตเชื้อเพลิงขับเคลื่อนจรวดสักลำลงได้มาก อีกทั้งยังสะดวกต่อการจัดเก็บมากกว่าเนื่องจากไม่ต้องการใช้พลังงานหล่อเลี้ยงเทียบเท่า เป็นเชื้อเพลิงที่มีความเสถียรแม้อยู่ในอุณหภูมิห้อง แตกต่างจากเชื้อเพลิงรุ่นเก่าโดยสิ้นเชิง

เมื่อเกิดการเผาไหม้ Ammonia borane สิ่งที่ตามมาคือโบรอนออกไซด์และน้ำ ซึ่งจากผลการศึกษาของนักวิจัยพบว่า ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่เกิดขึ้นมีปริมาณน้อยกว่ามากเมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงแบบเก่า งานวิจัยดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ลงในวารสาร The Journal of Physical Chemistry C

ข้อดีอีกประการสำหรับเชื้อเพลิงชนิดนี้คือเมื่อนำโมเลกุลของ Ammonia borane มาทดสอบ เปรียบเทียบกับเชื้อเพลิงแบบเก่าพบว่า สารชนิดนี้สามารถปล่อยพลังงานได้มากกว่าเมื่อเกิดการเผาไหม้ ย่อมหมายถึงประสิทธิภาพในฐานะเชื้อเพลิงที่เพิ่มมากขึ้นอีกด้วย

นี่ถือเป็นอีกจุดสำคัญนอกจากการผลิตจะสามารถทำได้ง่ายกว่า กินพลังงานในการผลิตเชื้อเพลิงน้อยกว่า สามารถนำไปใช้งานได้สะดวกกว่า เป็นพิษกับสิ่งแวดล้อมน้อยกว่าแล้ว ยังช่วยลดปริมาณเชื้อเพลิงที่ใช้งานในการขับเคลื่อนจรวดแต่ละครั้ง ซึ่งจะช่วยเพิ่มขีดความสามารถและก้าวหน้าของเทคโนโลยีอวกาศไปได้อีกขั้น

หากสามารถผลักดันสารชนิดนี้ให้เป็นเชื้อเพลิงหลักของจรวดได้ อาจทำให้อุตสาหกรรมอวกาศพัฒนาอย่างก้าวกระโดดเลยทีเดียว

 

แม้สาร Ammonia borane จะสามารถแก้ปัญหาการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงได้ก็ใช่ว่าปัญหาของอุตสาหกรรมอวกาศจะหมดไป ปริมาณวัสดุที่ใช้ในการผลิตจรวดแต่ละลำยังคงมาก อีกทั้งเมื่อเกิดการส่งจรวดขึ้นไปบนอวกาศมากเข้า ยากจะคาดเดาว่าจะเกิดผลกระทบต่อโลกเช่นไร เป็นเรื่องที่เราต้องศึกษาและหาทางแก้ไขเพิ่มเติม

แต่อย่างน้อยการพัฒนาในครั้งนี้ก็เป็นก้าวสำคัญในการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่อาจจะเกิดขึ้นในอนาคต

 

 

ที่มา

https://www.spacex.com/vehicles/falcon-9/

https://sea.mashable.com/science/16214/space-tourism-sounds-fun-but-it-could-be-terrible-for-the-planet

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcc.1c08985

https://interestingengineering.com/chemical-ev-batteries-clean-rocket-fuel