ความฝัน 100 ปีของเทสล่า ระบบไฟฟ้าไร้สายกำลังจะกลายเป็นจริง

ในโลกไร้สายแสนไวเลสของเราทุกวันนี้ แม้อะไรๆ จะสะดวกสบายไร้สายรกรุงรังไปเยอะ แต่สายไฟก็ยังคงเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการย้ายไฟฟ้าจากจุด A ไปยังจุด B ที่สำคัญสายไฟมักจะถูกกว่าและง่ายกว่าเสมอ อย่างน้อยก็ในมุมมองทางเทคนิค แต่ก็มีบางกรณีที่สายไฟอาจไม่ใช่ทางออกที่ดีเสมอไป

พลังงานแสงอาทิตย์จากอวกาศ ที่สามารถนำมาใช้ในการถ่ายโอนหรือส่งพลังงานแบบไร้สาย คือสิ่งที่ European Space Agency และ Airbus ให้ความสนใจอยู่ในเวลานี้ ทั้งสององค์กรต่างเห็นตรงกันว่า ต่อไปพลังงานแสงอาทิตย์จากอวกาศจะกลายเป็นเรื่องใหญ่ในอนาคต เป็นเหตุผลว่าทำไมทั้งคู่จึงร่วมมือกับ Emrod สตาร์ทอัพในนิวซีแลนด์เพื่อทำการทดลองระบบถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายในมิวนิค ประเทศเยอรมนีไปเมื่อไม่นานมานี้ และครั้งล่าสุดกับการทดลองส่งพลังงานไฟฟ้าไร้สายครั้งแรกที่นิวซีแลนด์

คงไม่ไกลเกินจริงอีกต่อไป ที่ไฟฟ้าจะกลายเป็นพลังงานที่ทุกคนในโลกสามารถเข้าถึงได้ ไม่ว่าคุณจะอยู่ในพื้นที่ทุรกันดาร แสนไกล หรือว่าชายขอบเพียงใดก็ตาม

การถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายคืออะไร?

การถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายมีความคล้ายคลึงกับการถ่ายโอนข้อมูลแบบไร้สาย ก็คือต้องมีเสาอากาศสองอัน อันหนึ่งส่งและอีกอันหนึ่งรับ เมื่อสิ้นสุดการส่ง พลังงานจะถูกแปลงเป็นไมโครเวฟที่ความถี่ 5.8 GHz เช่นเดียวกับ WiFi ความถี่สูง ที่ปลายทางด้านรับ จากนั้นตัวรับสัญญาณที่มีชื่อว่า เรคเทนนา (Rectenna) จะรวบรวมและแปลงสัญญาณไมโครเวฟเป็นไฟฟ้ากระแสตรงและนำไปใช้งาน

แต่ ‘Emrod’ บอกว่า ความท้าทายที่แท้จริงในเรื่องนี้ กลับกลายเป็นเรื่องของการสร้างความมั่นใจว่า มันเป็นวิธีที่ปลอดภัย และการให้ความรู้ความเข้าใจแก่สาธารณชน เพราะเมื่อพูดถึงลำแสงอะไรสักอย่างแล้ว ผู้คนมักจะคิดว่ามันอันตราย แต่พวกเขายืนยันว่า เทคโนโลยีนี้ปลอดภัย อย่างแรกคือการสร้างความเข้าใจให้คนทั่วไปรับรู้ว่า จุดการส่งและรับพลังงานระหว่างสองจุดนี้จะไม่สัมผัสสิ่งใดนอกจากอากาศ ถึงแม้ว่าจะมีนกบินผ่าน ลำแสงนี้ก็จะไม่เจาะผ่านใด ๆ

การสาธิตครั้งนี้แสดงให้เห็นไฟฟ้า 550 วัตต์ที่ส่งจากปลายด้านหนึ่งของคลังสินค้าแอร์บัสไปยังอีกที่หนึ่ง เป็นระยะทาง 36 เมตร (128 ฟุต) ระหว่างระยะทางนั้นมีพลังงาน 95% ที่ส่งมาจากเสาอากาศส่งไปยังเสาอากาศรับสัญญาณที่อยู่อีกด้านหนึ่ง และมีพลังงานที่สามารถนำมาใเพียงประมาณ 36% ส่วนหนึ่งเป็นเพราะการสาธิตมุ่งเน้นไปที่การรวบรวมลำแสง

คำตอบอยู่ที่ Natalie Robinson หัวหน้าฝ่ายการตลาดของ Emrod ที่บอกกับ TechCrunch ว่าระบบจะสูญเสียพลังงานจำนวนหนึ่งในการเปลี่ยนจากไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไมโครเวฟ จากนั้นเปลี่ยนจากไมโครเวฟกลับไปเป็นไฟฟ้ากระแสตรงอีกครั้ง เธอเสริมว่า Emrod คาดว่าประสิทธิภาพของระบบจะเพิ่มขึ้นแบบครบวงจรถึง 60% ในปีหน้า และเป้าหมายในระยะยาวคือ 85% หรือสูงกว่านั้น 

ล่าสุดกระแสไฟฟ้าที่ส่งไปทั่วโกดังของแอร์บัสลงเอยที่การจ่ายไฟให้กับเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์และตู้แช่เบียร์ อย่างไรก็ตาม การสาธิตของ Emrod เป็นการพัฒนาที่ไปไกลกว่าความสามารถก่อนหน้านี้ เมื่อ 2 ปีที่แล้ว เพราะตอนนั้นอุปกรณ์สามารถเชื่อมต่อพลังงานไร้สายได้เพียง 2 เมตรเท่านั้น

โครงการถ่ายโอนพลังงานในระยะไกลนี้เริ่มต้นในปี 2562 ได้รับการลงทุนจาก Powerco ของนิวซีแลนด์ โดยมีการตกลงร่วมกันในอุตสาหกรรมที่การใช้สัญญาณไมโครเวฟ ส่วนสัญญาณเลเซอร์เป็นอีกทางเลือกหนึ่งเพราะมีข้อเสียอย่างชัดเจน (รวมถึงอาจทำให้คนตาบอดหรือคนและสัตว์ที่หลงทางอาจถูกไฟคลอกได้) นอกจากนี้ เลเซอร์ยังถูกบล็อกได้จากเมฆปกคลุมอีกด้วย

แต่สัญญาณไมโครเวฟก็ต้องเผชิญกับข้อจำกัดเช่นกัน เนื่องจากมีเพียงบางความถี่เท่านั้นที่สามารถส่งผ่านอากาศได้โดยไม่เกิดการสูญเสียพลังงานระหว่างทาง 

แอร์บัสกล่าวว่า สนใจพลังงานแสงอาทิตย์จากอวกาศเพื่อเป็นแนวทางในการขับเคลื่อนเครื่องบินไฟฟ้าในอนาคต แทนที่การพกพาพลังงานทั้งหมดบนเครื่องบินสำหรับการบิน โดยเจ้าเครื่องบินสมมุติที่ว่านี้ อาจใช้พลังงานจากแบตเตอรี่เพียงเพื่อบินขึ้นและลงจอดเท่านั้น ส่วนพลังงานในการบินจะใช้พลังงานที่ส่งมาจากแสงอาทิตย์ในอวกาศ

นักวิจัยชาวแคนาดาเคยทดสอบแนวคิดนี้ในช่วงปี 1980 โดยส่งพลังงานผ่านคลื่นไมโครเวฟจากเสาอากาศภาคพื้นดินไปยังโดรนขนาดเล็ก ในการสาธิตครั้งล่าสุด โดรนสามารถบินด้วยพลังงานไมโครเวฟอย่างเดียวเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมง

อุปสรรคจากอดีต ความเป็นไปได้ในปัจจุบัน

คำถามคือ จะเกิดอุปสรรคใดบ้างในการถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สาย เพราะอาจมีปัจจัยหลายอย่างที่ขัดขวาง ตั้งแต่สิ่งที่สามารถ “ต่อต้าน” การจ่ายพลังงานแสงอาทิตย์ภาคพื้นดินไปจนถึงอุปสรรคในการส่งพลังงานแสงเป็นระยะทางหลายร้อยหรือหลายพันกิโลเมตร

และเป็นไปได้ว่าการถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สาย อาจพบในการใช้งานอย่างอื่นได้อีกในอนาคตเช่น ในการส่งพลังงานเหนือภูมิประเทศที่อันตราย ทุรกันดาร หรือเหนือลำน้ำที่ไหลเชี่ยวกราก การให้พลังงานแก่พื้นที่ชายขอบที่อยู่ห่างไกล หรือการเปิดไซต์ใหม่เพื่อการพัฒนาพลังงานหมุนเวียน

ไฟฟ้าไร้สายเป็นความฝันอายุ 100 ปีของนิโคลา เทสลา ที่อาจกลายเป็นจริงในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า การถือกำเนิดขึ้นของการชาร์จแบบไร้สาย รถยนต์ไฟฟ้า 5G และความต้องการความยั่งยืนในการใช้พลังงานที่มากขึ้น ได้นำไปสู่การผลักดันการพัฒนาเทคโนโลยีการส่งสัญญาณไร้สายที่ใช้งานได้เต็มรูปแบบในส่วนต่างๆ ของโลกแล้วในทศวรรษนี่

ตั้งแต่ Wave Inc. ของอเมริกา ไปจนถึง Space Power Technologies ในญี่ปุ่น และ Emrod บริษัทสตาร์ทอัพด้านพลังงานของนิวซีแลนด์ มีหลายบริษัทที่กำลังพัฒนาเทคโนโลยีการส่งพลังงานแบบไร้สาย การทดสอบภาคสนามได้เริ่มขึ้นแล้ว

และเป็นเรื่องน่าสนใจที่จะได้เห็นว่า ใครจะเป็นรายแรกๆ ในการแข่งขันนี้เพื่อนำเสนอโซลูชันไฟฟ้าไร้สายที่มีประสิทธิภาพ ประหยัด และใช้งานได้จริง เพราะมีทั้งประวัติศาสตร์และวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังเทคโนโลยีนี้

ไม่ว่าจะเป็นเทสลาที่หมกมุ่นอยู่กับแนวคิดของเขาเกี่ยวกับพลังงานไร้สาย เขาสร้างสถานีส่งสัญญาณไร้สายในลองไอส์แลนด์ (เรียกว่า Tesla หรือ Wardenclyffe Tower) ซึ่งเขาเชื่อว่ามันจะสามารถแสดงให้เห็นว่า การส่งกระแสไฟฟ้าไร้สายระยะไกลเป็นสิ่งที่เป็นไปได้ น่าเสียดายที่นักลงทุนของ J.P. Morgan ปฏิเสธที่จะให้เงินทุนเพิ่มเติมสำหรับการทดลองของเขาในเวลานั้น และโครงการก็ปิดตัวลงในปี 1906 และพังยับเยินในเวลาต่อมา

Nikola Tesla อาจเสียชีวิตในปี 1943 โดยที่ความฝันของเขาเกี่ยวกับไฟฟ้าไร้สายยังไม่สิ้นสุด เพราะในช่วง 100 ปีที่ผ่านมา การทดลองและการศึกษาจำนวนหนึ่งพิสูจน์ให้ชาวโลกได้เห็นแล้วว่า นักประดิษฐ์อัจฉริยะผู้นี้อาจมาถูกทางแล้วในการใช้สายดินแทนสายไฟ เป็นสื่อกลางในการส่งพลังงานไร้สาย

ในปัจจุบัน วิธีการต่างๆ ของการส่งผ่านพลังงานแบบไร้สายกำลังได้รับการพัฒนา และการวิจัยกำลังดำเนินต่อไปเพื่อดำเนินการเหล่านี้ในวงกว้าง เช่น

การส่งพลังงานแสงอาทิตย์ผ่านดาวเทียม (Solar satellite transmission)

วิธีนี้คือการใช้ดาวเทียมพลังงานแสงอาทิตย์ที่อยู่ในวงโคจรสูงของโลกเปลี่ยนแสงอาทิตย์เป็นพลังงาน โดยพลังงานนี้ประกอบด้วยสัญญาณไมโครเวฟที่จะถูกส่งไปยังเสาอากาศบนพื้นดินหรือไปยังสถานีกริดหลัก จากนั้นสัญญาณจะถูกส่งไปยังสถานีฐานซึ่งจะแปลงไมโครเวฟเป็นไฟฟ้ากระแสตรง ที่สถานีกริด ไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นแพ็กเก็ตพลังงาน คล้ายกับแพ็กเก็ตข้อมูลอินเทอร์เน็ต ซึ่งจะถูกส่งไปยังบ้านแต่ละหลังและเก็บไว้ในเครื่องรับพลังงาน

เมื่อเร็วๆ นี้ Caltech ได้ประกาศว่าสมาชิกคณะกรรมการ Donald Bren ซึ่งเป็นเจ้าของบริษัทการลงทุนด้านอสังหาริมทรัพย์ Irvine Company จะบริจาคเงิน 100 ล้านดอลลาร์สำหรับโครงการ Space Solar Power Project (SSPP) ของ Caltech 

โครงการนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างเครือข่ายพลังงานไร้สายที่ใช้ดาวเทียมและสัญญาณไมโครเวฟซึ่งสามารถจ่ายพลังงานได้อย่างสม่ำเสมอทุกที่บนโลก เป้าหมายต่อไปคือ ความสำเร็จในการถ่ายโอนพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงได้ในระยะทางไกล

พลังงานไร้สายไม่ใช่ความฝันอีกต่อไปสำหรับนิวซีแลนด์

สตาร์ทอัพด้านพลังงาน Emrod ได้ทดลองใช้ระบบส่งพลังงานไร้สายทางไกลต้นแบบในนิวซีแลนด์แล้ว หากการทดสอบสำเร็จ จะนำไปสู่การผลักดันแผนของรัฐบาลนิวซีแลนด์ในการส่งพลังงานไร้สายทั่วประเทศ 

ว่ากันว่า ‘Emrod’ โดยได้รับแรงบันดาลใจจากนิโคลา เทสลา นักวิทยาศาสตร์ซึ่งเคยพิสูจน์ให้โลกเห็น การจ่ายไฟฟ้าให้กับหลอดไฟที่มีระยะทางไกลกว่า 3 กิโลเมตรเมื่อปี 1890

เกรก คุชนีร์ (Greg Kushnir) ผู้ก่อตั้ง ‘Emrod’ กล่าวว่า “เราได้พัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการส่งพลังงานแบบไร้สายระยะไกลมาสักระยะหนึ่งแล้ว อาจฟังดูล้ำสมัยและน่าอัศจรรย์ แต่มันเป็นกระบวนการที่ทำซ้ำได้นับตั้งแต่เทสลาเคยทำ”

วิธีการก็คือ พวกเขาใช้เสาอากาศในการส่งพลังงานไฟฟ้าที่ถูกแปลงเป็นคลื่นไมโครเวฟและบีบมันให้แน่นจนเข้มข้นคล้ายกับลำแสง แล้วยิงไปยังจุดรับ สิ่งที่ต้องการคือจุดอ้างอิงสายตาที่ไม่มีอะไรมาขวางกั้นจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง ซึ่งโดยปกติแล้วจะอยู่บนที่สูง เหมาะกับภูมิประเทศที่เป็นภูเขาของนิวซีแลนด์ จากนั้นตัวรับสัญญาณที่มีชื่อว่า “Rectenna” จะแปลงสัญญาณนั้นกลับเป็นไฟฟ้าและนำไปใช้งาน

ตัวส่งพลังงาน “จะปิดการส่งพลังงานทันที ก่อนที่วัตถุใด ๆ เช่นนก หรือเฮลิคอปเตอร์จะมาสัมผัสลำแสงหลักได้” และเสาส่งสัญญาณสามารถทำงานได้ในทุกสภาพอากาศ (รวมทั้งฝน หมอก หรือฝุ่นละออง) ข้อจำกัดมีเพียงเส้นสายตาระหว่างสองจุด โดยมีค่าใช้จ่ายเล็กน้อยจากโครงสร้างพื้นฐาน ค่าบำรุงรักษาและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเล็กน้อยซึ่งน้อยกว่าการวางสายปกติ

คุชนีร์มั่นใจว่าความสำเร็จครั้งนี้ของ ‘Emrod’ จะเป็น “ก้าวกระโดดครั้งสำคัญ ที่จะพาเราไปสู่ระดับต่อไป และการยิงลำแสงก็เป็นเทรนด์ที่น่าตื่นเต้นที่สุดในด้านพลังงาน”

จนถึงนาทีนี้ เราปฏิเสธไม่ได้เลยว่า ทศวรรษใหม่ของศตวรรษที่ 21 ความต้องการโซลูชันพลังงานสะอาดและไร้ขีดจำกัดกำลังเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ และไฟฟ้าไร้สายก็เป็นทางเลือกหนึ่งที่หากเป็นไปได้จะเป็นคุณประโยชน์อย่างมหาศาลต่อมนุษยชาติ เพราะมันจะเข้ามาแทนแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิม (ที่กำลังส่งสัญญาณหายนะขึ้นเรื่อยๆ) และยังมีศักยภาพในการปฏิวัติภาคส่วนพลังงานสะอาด และนี่ก็คือเหตุผลที่ว่า ทำไมจึงมีการพัฒนาที่น่าสนใจเกิดขึ้นมากมายในโลกของเรา

 

อ้างอิง:

https://interestingengineering.com/culture/welcome-to-the-age-of-wireless-electricity

https://techcrunch.com/2022/10/04/wireless-power-company-emrod-beams-550-w-across-an-airbus-warehouse/

National Geographic Thailand