คลื่นในทะเลผลิตพลังงานไฟฟ้าให้บ้านเรือนได้อย่างไร การพัฒนาเรื่องนี้มีความคืบหน้าแค่ไหน ?

หากคุณเคยถูกคลื่นในทะเลกระแทกเข้ากับร่างกาย คุณอาจรู้ว่าพลังของมันมากมายขนาดไหน

ภายใต้เสียงของคลื่นทะเลที่ซัดเข้าฝั่งคือพลังงานที่ยังไม่ได้ถูกนำไปใช้ ซึ่งมีศักยภาพในการพลิกโฉมวงการพลังงานสะอาด

คณะนักวิจัยใช้ความพยายามมาหลายทศวรรษในการใช้ประโยชน์จากพลังงานคลื่น แต่ด้วยสภาพแวดล้อมที่เลวร้ายของทะเล ทำให้การนำพลังงานจากคลื่นมาใช้ประโยชน์เป็นไปด้วยความยากลำบากยิ่งและก็มีต้นทุนค่าใช้จ่ายที่สูงมากในการดำเนินการ

อย่างไรก็ดี หลายประเทศต่างกำลังไล่ล่าแหล่งพลังงานหมุนเวียนแหล่งใหม่เพื่อลดการใช้พลังงานฟอสซิล และต่อสู้กับความเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศ การรุกรานยูเครนของรัสเซียยังผลักดันให้ประเทศต่าง ๆ หันมาเพิ่มการผลิตพลังงานภายในประเทศเพื่อไว้ใช้งานเองด้วย

เมื่อกล่าวถึงพลังงานคลื่นทะเล คณะกรรมการระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC) ระบุว่าในทางทฤษฎีแล้วการใช้ประโยชน์จากพลังงานที่มาจากคลื่นมหาสมุทรทั่วโลกสามารถผลิตไฟฟ้าได้ 30,000 เทราวัตต์ชั่วโมงต่อปี ซึ่งมากกว่าปริมาณไฟฟ้าที่โลกใช้อยู่ในปัจจุบัน

ดร.ไบรโอนี ดูปองต์ ผู้เชี่ยวชาญด้านพลังงานคลื่นแห่งมหาวิทยาลัยโอเรกอนสเตทในสหรัฐฯ กล่าวว่า แต่ถึงแม้ว่าจะมีศักยภาพ แต่ก็ยังมี "ความท้าทายทางเศรษฐกิจและในเชิงเทคนิคอย่างมาก"

ใครอาจได้ประโยชน์จากพลังงานมหาสมุทรบ้าง

พื้นที่สำคัญ ๆ ในการพัฒนาพลังงานคลื่น ได้แก่ ชายฝั่งตะวันตกของทวีปยุโรป ชายฝั่งแปซิฟิกของทวีปอเมริกา และน่านน้ำทางตอนเหนือของสหราชอาณาจักร ขณะที่ทางออสเตรเลีย เกาหลีใต้ และจีน ก็กำลังศึกษาวิจัยเทคโนโลยีนี้

ด้านสหภาพยุโรปตั้งเป้าว่าจะใช้ประโยชน์จากพลังงานมหาสมุทรที่มาจากคลื่นและกระแสน้ำให้ได้ 1 กิกะวัตต์ภายในปี 2030 และประเมินว่าจะสามารถผลิตพลังงานประเภทนี้ได้ 10% ของพลังงานที่ใช้งานทั้งหมดในสหภาพยุโรปภายในปี 2050

ผู้เชี่ยวชาญเชื่อว่าพลังงานจากคลื่นจะมีประโยชน์อย่างยิ่งในการขับเคลื่อนเมืองชายฝั่งและเกาะที่อยู่ห่างไกล ซึ่งส่วนใหญ่ต้องพึ่งพาการนำเข้าน้ำมันดีเซลที่มีราคาแพงและก่อมลพิษ

ในการประชุมรัฐภาคีกรอบอนุสัญญาสหประชาชาติว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ สมัยที่ 26 (COP26) เมื่อปี 2021 บรรดาผู้นำกลุ่มประเทศกำลังพัฒนาที่เป็นหมู่เกาะขนาดเล็ก (Small Island Developing States - SIDS) ได้จัดตั้งพันธมิตรด้านพลังงานมหาสมุทรระดับโลก (Global Ocean Energy Alliance - GLOEA) ซึ่งมีวัตถุประสงค์ในการพัฒนาพลังงานจากมหาสมุทร

ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา บาร์เบโดส เบอร์มิวดา มาร์ตินีก เกรเนดา และตองกา ได้ลงนามข้อตกลงในการพัฒนาโครงการพลังงานคลื่นกับบริษัท ซีเบส (Seabased) ของไอร์แลนด์

ดร.ดูปองต์ เชื่อว่าในกรณีที่ได้ผลดีที่สุด พลังงานคลื่นอาจสร้างพลังงานไฟฟ้ามหาศาลให้กับโครงข่ายไฟฟ้าหรือกริดของมนุษย์ในอีกสิบปีข้างหน้า แต่นั่นไม่ใช่สิ่งเดียวที่ทำให้เธอตื่นเต้น

"พลังงานคลื่นคือสิ่งที่จะเกิดขึ้นต่อไปอย่างแน่นอน เมื่อคุณคิดถึงสิ่งต่าง ๆ เช่น การรับมือกับภัยพิบัติ ซึ่งเราต้องใช้เครื่องปั่นไฟดีเซลขนาดหลายตัน หากเรานำอุปกรณ์ลักษณะนี้ลงไปเดินเครื่องในน้ำและเริ่มผลิตพลังงานไฟฟ้าให้กับชุมชนที่อยู่ใกล้ชายฝั่งซึ่งได้รับผลกระทบจากเฮอร์ริเคนและคลื่นยักษ์สึนามิ นี่คือบางสิ่งบางอย่างที่อาจสร้างผลสะเทือนให้กับมนุษย์เราในทางที่เป็นประโยชน์ยิ่ง" เธอกล่าว

เศรษฐศาสตร์อันซับซ้อน

แต่การพัฒนาพลังงานคลื่นไม่ใช่เรื่องง่าย ศาสตราจารย์อาบูบาการ์ บาฮัจ ผู้เชี่ยวชาญด้านพลังงานยั่งยืนจากมหาวิทยาลัยเซาแธมป์ตันในสหราชอาณาจักร กล่าวเตือนว่า มี "การเริ่มต้นที่ผิดพลาดและผิดไปจากเป้าหมาย"

โครงการพลังงานคลื่น "พีลามิส" (Pelamis) ของสกอตแลนด์เคยเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าของสหราชอาณาจักรในปี 2004 แต่ในอีกสิบปีต่อมาบริษัทก็ล้มละลาย

บริษัท คาร์เนกี คลีน อีเนอร์จี (Carnegie Clean Energie) เคยให้คำมั่นสัญญาว่าจะสร้างฟาร์มพลังงานคลื่นเชิงพาณิชย์แห่งแรกของออสเตรเลียในปี 2017 แต่ปัญหาทางการเงินทำให้รัฐบาลยกเลิกโครงการ

ศ.บาฮัจ เชื่อว่าแม้พลังงานคลื่นจะมีบทบาทในท้ายที่สุด แต่การจัดหาเงินทุนเป็น "การต่อสู้ที่ยากลำบาก" เนื่องจากมีการแข่งขันจากพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งมีราคาถูกกว่าและพัฒนาก้าวหน้าไปกว่ามาก

ดร.เดโบราห์ กรีฟส์ ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมมหาสมุทร มหาวิทยาลัยพลีมัธในสหราชอาณาจักร กล่าวว่าแต่คลื่นมีข้อได้เปรียบที่สำคัญ ๆ เพราะ "คลื่นมหาสมุทรเกิดอยู่เกือบจะตลอดเวลา คุณไม่สามารถจะผลิตไฟฟ้าได้จากลมและพลังงานแสงอาทิตย์ได้ตลอด เพราะมันเป็นพลังงานที่มีไม่ต่อเนื่อง"

"ถ้าคุณนำพลังงานคลื่นเข้ามา ซึ่งมีความแน่นอนสูง ก็จะช่วยปรับสมดุลของระบบ ช่วยลดต้นทุนที่คุณต้องจ่ายในการจัดหาแหล่งกักเก็บพลังงานไฟฟ้า"

พลังงานจากมหาสมุทรทำงานอย่างไร

คลื่นส่วนใหญ่เกิดจากลมที่พัดผ่านผิวน้ำในมหาสมุทร ยิ่งลมแรงและเคลื่อนที่ไปไกลเท่าใด คลื่นก็ยิ่งนำพาพลังงานจลน์ ( kinetic energy) หรือพลังงานที่เกิดขึ้นขณะวัตถุกำลังเคลื่อนที่มากขึ้นเท่านั้น

พลังงานดังกล่าวสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้โดยเครื่องจักรที่เรียกว่าเครื่องแปลงพลังงานคลื่น (wave energy converters - WEC) ซึ่ง ดร.ดูปองต์ ระบุว่ามีการทดสอบการออกแบบเครื่องแปลงพลังงานมากกว่า 200 แบบทั่วโลก

"คุณต้องสร้างอุปกรณ์ที่มีความยืดหยุ่นสูง อุปกรณ์นี้ถูกออกแบบมาให้รับแรงปะทะได้สูง การทำงานคือ ต้องให้อุปกรณ์ดึงโมเมนตัมหรือจุดศูนย์ถ่วงจากคลื่นเหล่านั้นให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งหากอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำเค็ม หรือนอกชายฝั่ง มันเป็นความท้าทายทางวิศวกรรมที่ยากมาก"

คลื่นขนาดใหญ่นอกชายฝั่งมหาสมุทรแอตแลนติกของโปรตุเกสทำให้บริเวณชายฝั่งดังกล่าวเหมาะต่อการใช้พลังงานจากคลื่นมหาสมุทร บริษัท คอร์พาวเวอร์ โอเชียน (CorPower Ocean) ของสวีเดน ได้นำอุปกรณ์ซึ่งเป็นทุ่นลอยน้ำลอยอยู่นอกชายฝั่งของเกาะอากูกาโดราตั้งแต่ปี 2023

อุปกรณ์ทุ่นลอยน้ำจะถูกยึดไว้กับพื้นมหาสมุทรและจะเคลื่อนที่ขึ้นลงตามคลื่น ลูกสูบจะหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อแปลงการเคลื่อนที่เป็นพลังงานไฟฟ้า จากนั้นพลังงานจะถูกส่งผ่านสายเคเบิลใต้น้ำไปยังโครงข่ายไฟฟ้าของโปรตุเกส

คอร์พาวเวอร์อ้างว่า ทุ่นดังกล่าวเอาชนะความท้าทายสำคัญสองประการ ทั้งการอยู่รอดจากพายุใหญ่ และสามารถเพิ่มปริมาณพลังงานที่สามารถกักเก็บได้สูงสุด

นอกจากนี้คอร์พาวเวอร์ยังอยู่ระหว่างการพัฒนาฟาร์มพลังงานคลื่นขนาด 5 เมกะวัตต์นอกชายฝั่งไอร์แลนด์ ซึ่งประกอบด้วยทุ่น 14 ตัวในโครงข่ายไฟฟ้า โดยตั้งเป้าที่จะจ่ายพลังงานให้กับบ้านเรือนประมาณ 4,200 หลัง และพิสูจน์ให้เห็นว่าเทคโนโลยีนี้สามารถช่วยให้ไอร์แลนด์บรรลุเป้าหมายด้านสภาพภูมิอากาศได้

อีกวิธีหนึ่งในการกักเก็บพลังงานจากคลื่นคือการติดตั้งอุปกรณ์กังหันลมเข้ากับท่าเรือหรือโป๊ะเทียบท่าที่มีอยู่แล้ว โครงการหนึ่งในเมืองมูตริกูทางตอนเหนือของสเปน ซึ่งดำเนินการโดยหน่วยงานพลังงานของรัฐบาลชื่อ บาสก์ เอเนอร์จี เอเจนซี ของรัฐบาล ได้ผลิตพลังงานไฟฟ้าให้กับบ้านเรือนจำนวนหนึ่งใช้งานมาตั้งแต่ปี 2011 โดยผู้เชี่ยวชาญบอกว่าต้นทุนมีราคาถูกกว่าการติดตั้งอุปกรณ์นอกชายฝั่งรวมทั้งการบำรุงรักษา

บริษัทสัญชาติอิสราเอลที่ชื่อว่า อีโคเวฟ พาวเวอร์ (EcoWave Power) ใช้เทคโนโลยีทุ่นลอยน้ำที่จะขยับขึ้นลงตามคลื่น หลังจากนั้นการขยับขึ้นลงจะไปเคลื่อนลูกสูบให้ดันของเหลวไฮดรอลิกเข้าไปในคอมเพรสเซอร์ก่อนที่จะเข้าไปหมุนมอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

บริษัทอิสราเอลรายนี้ยังสร้างอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าเชิงพาณิชย์เครื่องแรกในเมืองปอร์โตในโปรตุเกส โดยเริ่มผลิตไฟฟ้าที่ 1 เมกะวัตต์และมีแผนขยายการผลิตไฟฟ้าให้ได้ถึง 20 เมกะวัตต์ และกำลังจะเปิดตัวอุปกรณ์ทดสอบที่ท่าเรือในนครลอสแอนเจลิสของสหรัฐฯ อีกทั้งยังประกาศข้อตกลงในการพัฒนาพลังงานจากคลื่นในไต้หวันและอินเดียเป็นที่เรียบร้อยแล้ว

อย่างไรก็ตาม ความกังวลหนึ่งเกี่ยวกับพลังงานจากคลื่นทะเลคือ อันตรายที่อาจมีต่อสิ่งมีชีวิตในทะเล ทว่า ดร.บาฮัจ กล่าวว่า ผลกระทบจะมีเพียงเล็กน้อย

"เมื่อคุณนำอุปกรณ์พวกนี้ไปอยู่ในทะเล มันจะกลายเป็นป้อมปราการอยู่อาศัยให้กับสิ่งมีชีวิตที่จะเจริญเติบโตไปรอบ ๆ อุปกรณ์พวกนี้ ดังนั้นแล้วมันจะยิ่งช่วยเพิ่มสิ่งมีชีวิตในมหาสมุทรมากกว่าจะไปลดจำนวนพวกมัน"

ส่วนบริษัทโมเชียนของสกอตแลนด์นั้นใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า ตัวลดทอน (Attenuator) ซึ่งมีแขนกลขนาดใหญ่รองรับแรงของคลื่นเพื่อกักเก็บพลังงานไว้ที่ข้อต่อส่วนกลางของอุปกรณ์

จนถึงตอนนี้ พลังงานไฟฟ้าจากอุปกรณ์ดังกล่าวได้ถูกใช้เป็นพลังงานของยานพาหนะขับเคลื่อนอัตโนมัติที่ใช้ในอุตสาหกรรมก๊าซและน้ำมันนอกชายฝั่งทะเล แม้ว่ามันจะดูเหมือนตลกร้ายเนื่องจากผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศอยู่บ้าง แต่ ศ.เดโบราห์ กรีฟส์ จากมหาวิทยาลัยพลีมัธ กล่าวว่านี่เป็นสิ่งที่ช่วยสร้างความมั่นใจต่อเทคโนโลยีดังกล่าวต่อนักลงทุนและขยายการใช้งานของเทคโนโลยีนี้ยิ่งขึ้นไป

และหากว่าเราสามารถบรรลุการใช้พลังงานจากคลื่นได้ นักวิชาการผู้นี้เชื่อว่า การใช้ประโยชน์จากพลังงานคลื่น "อันมากมายมหาศาล" อาจช่วยให้โลกมีแหล่งพลังงานไฟฟ้าสะอาดที่สำคัญอีกแหล่งหนึ่ง