การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ : “แบตเตอรีทราย” อาจช่วยแก้ปัญหาใหญ่ของพลังงานสีเขียวได้

ตอนนี้นักวิจัยในฟินแลนด์ได้ติดตั้ง "แบตเตอรีทราย" ที่ทำงานเต็มกำลังเครื่องแรกของโลก โดยในแต่ละครั้งสามารถกักเก็บพลังงานสีเขียวได้นานหลายเดือน

นักพัฒนาระบบพลังงานระบุว่า แบตเตอรีนี้อาจช่วยแก้ปัญหาเรื่องของการกักเก็บพลังงานเอาไว้ใช้อย่างพอเพียงได้ตลอดทั้งปี ซึ่งเป็นปัญหาใหญ่ของการใช้พลังงานสีเขียว

สำหรับการชาร์จแบตเตอรีทรายทำโดยใช้พลังงานไฟฟ้าราคาถูกจากพลังงานลมและแสงอาทิตย์ชาร์จอุปกรณ์ที่ใช้ทรายคุณภาพต่ำเป็นส่วนประกอบ

ทรายนี้จะกักเก็บความร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 500 องศาเซลเซียส ซึ่งสามารถให้ความอบอุ่นแก่บ้านเรือนในช่วงฤดูหนาวที่พลังงานมีราคาแพงได้

ฟินแลนด์พึ่งพิงก๊าซส่วนใหญ่จากรัสเซีย การเกิดสงครามในยูเครนทำให้เรื่องพลังงานสีเขียวอยู่ในความสนใจมากขึ้น

ฟินแลนด์เป็นประเทศที่มีพรมแดนติดกับรัสเซียยาวที่สุดในสหภาพยุโรป และขณะนี้รัฐบาลรัสเซียได้ระงับการส่งก๊าซและไฟฟ้าให้ หลังจากฟินแลนด์ตัดสินใจเข้าร่วมองค์การสนธิสัญญาแอตแลนติกเหนือ (The North Atlantic Treaty Organization--NATO) หรือ นาโต

ขณะนี้ทั้งบรรดานักการเมืองและประชาชนกำลังกังวลเรื่องแหล่งพลังงานที่จะใช้ให้ความร้อนและแสงสว่าง โดยเฉพาะในช่วงฤดูหนาวของฟินแลนด์ที่หนาวเหน็บและยาวนาน

แต่ที่มุมหนึ่งของโรงไฟฟ้าพลังงานขนาดเล็กทางตะวันตกของฟินแลนด์ มีการติดตั้งเทคโนโลยีใหม่ ที่มีศักยภาพในการบรรเทาความกังวลต่าง ๆ เหล่านั้น

ส่วนประกอบสำคัญของอุปกรณ์นี้ก็คือ ทรายประมาณ 100 ตัน กองสูงเป็นภูเขาอยู่ภายในไซโล

เม็ดทรายหยาบเหล่านี้อาจจะเป็นวิธีกักเก็บพลังงานไว้ใช้ในยามจำเป็นที่สุดอย่างประหยัดและไม่ซับซ้อน

เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศโลกและการที่ราคาเชื้อเพลิงเพิ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้มีการขยายการลงทุนในการผลิตพลังงานหมุนเวียนชนิดใหม่ ๆ

แม้ว่าแผงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์และกังหันลมจะช่วยผลิตไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็ว แต่แหล่งพลังงานเหล่านี้ก็มีปัญหาสำคัญในเรื่องของ ความเสถียร คุณจะมีไฟฟ้าให้แสงสว่างได้อย่างไรในช่วงที่ไม่มีแสงอาทิตย์และแรงลม

การจะป้อนไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนเข้าสู่ระบบสายส่งไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอาจจะต้องเพิ่มแหล่งพลังงานอื่น ๆ ที่ช่วยสร้างความสมดุลให้กับเครือข่าย เพราะการมีพลังงานน้อยเกินไปหรือมากเกินไปก็อาจจะทำให้ระบบล่มได้

คำตอบที่ชัดเจนที่สุดในการแก้ปัญหาเหล่านี้คือ การมีแบตเตอรีขนาดใหญ่ที่สามารถกักเก็บพลังงานได้อย่างสมดุลกับปริมาณความต้องการพลังงาน ขณะที่ระบบนำส่งก็เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

ปัจจุบันแบตเตอรีส่วนใหญ่ทำจากลิเธียมและมีราคาแพง มีขนาดใหญ่ แต่กักเก็บพลังงานไฟฟ้าส่วนเกินได้อย่างจำกัด

แต่ในเมืองกังกานแป (Kankaanpää) ทีมวิศวกรหนุ่มสาวชาวฟินแลนด์ได้ติดตั้งแบตเตอรีที่ทำจากทรายเพื่อใช้เชิงพาณิชย์เครื่องแรกเสร็จแล้ว โดยพวกเขาเชื่อว่า สามารถแก้ปัญหาเรื่องการกักเก็บพลังงานได้และราคาไม่แพง

"ตอนไหนที่ผลิตพลังงานไฟฟ้าสีเขียวได้เพิ่มสูงขึ้น เราก็อยากจะนำไปเก็บไว้อย่างรวดเร็ว" มาร์กคู อูโลเนน หนึ่งในสองผู้ก่อตั้ง โพลาร์ ไนต์ เอเนอร์จี (Polar Night Energy) ที่พัฒนาผลิตภัณฑ์นี้ กล่าว

อุปกรณ์นี้ได้รับการติดตั้งที่โรงไฟฟ้า Vatajankoski ซึ่งดูแลระบบให้ความร้อนในเขตพื้นที่นี้

กระแสไฟฟ้าที่ผลิตด้วยต้นทุนต่ำนี้ทำให้ทรายร้อนขึ้นสูงสุดถึง 500 องศาเซลเซียส ด้วยวิธีทำความร้อนด้วยความต้านทานไฟฟ้า (resistive heating) ซึ่งเป็นหลักการทำงานเดียวกันกับเตาไฟฟ้า

การทำเช่นนี้จะทำให้เกิดลมร้อนซึ่งจะหมุนเวียนอยู่ภายในทรายด้วยการถ่ายเทความร้อน

ทรายเป็นสื่อกักเก็บความร้อนได้ดี และสูญเสียความร้อนน้อยเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งนักพัฒนาแบตเตอรีทรายระบุว่า อุปกรณ์ของพวกเขาอาจเก็บทรายที่อุณหภูมิ 500 องศาสเซลเซียสไว้ได้นานหลายเดือน

ดังนั้นเมื่อราคาพลังงานสูงขึ้นก็สามารถใช้แบตเตอรีทรายในการปล่อยลมร้อนออกมาใช้ทำน้ำร้อนสำหรับระบบทำความร้อนในพื้นที่ก่อนจะสูบฉีดน้ำร้อนนี้ไปตามบ้านเรือน สำนักงาน และแม้กระทั่งสระว่ายน้ำ

ทรายลดต้นทุน

แนวคิดแบตเตอรีทรายได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรกที่โรงไม้เก่าในเมืองแทมเพเร โดยสภาเทศบาลได้บริจาคพื้นที่ทำงานและสนับสนุนเงินทุน เพื่อให้โครงการนี้เกิดขึ้นได้

"ถ้าเราให้โรงไฟฟ้าบางแห่งเดินเครื่องเพียง 2-3 ชั่วโมงในช่วงหน้าหนาว ซึ่งเป็นช่วงที่หนาวที่สุด ค่าใช้จ่ายจะสูงมาก" เอเลนู เซปปาเนิน ผู้เชี่ยวชาญด้านสภาพภูมิอากาศและพลังงานของเมืองนี้กล่าว

"แต่ถ้าเรามีทางออกทำนองนี้ที่ช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นในการใช้งาน และกักเก็บความร้อน ฉันคิดว่าก็น่าจะช่วยได้มากในแง่ของค่าใช้จ่าย"

สิ่งที่เป็นความท้าทายมากที่สุดอย่างหนึ่งคือจะสามารถนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ในขอบเขตที่ใหญ่มากขึ้นไปอีกเพื่อทำให้เกิดความเปลี่ยนแปลงจริง ๆ ได้หรือไม่ และบรรดานักพัฒนาจะสามารถใช้เทคโนโลยีนี้ในการผลิตไฟฟ้าได้เช่นเดียวกับการผลิตความร้อนได้หรือไม่

ที่ผ่านมาพบว่าประสิทธิภาพลดต่ำลงอย่างมาก เมื่อใช้แบตเตอรีทรายส่งพลังงานไฟฟ้าคืนระบบสายส่งไฟฟ้า

แต่การกักเก็บพลังงานสีเขียวในรูปของความร้อนเพื่อใช้ในระยะยาว เป็นโอกาสสำคัญสำหรับอุตสาหกรรมซึ่งกระบวนการทำความร้อนที่ใช้ในการผลิตอาหาร เครื่องดื่ม สิ่งทอ หรือยา ส่วนใหญ่มาจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิล

กลุ่มวิจัยอื่น ๆ อย่างห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติ (National Renewable Energy Laboratory) ของสหรัฐฯ ก็กำลังพิจารณาการนำทรายมาใช้เป็นแบตเตอรีเพื่อพลังงานสีเขียวเช่นกัน

แต่บุคคลที่ลงทุนโครงการแบตเตอรีทรายบอกว่าชาวฟินแลนด์กลุ่มนี้คือคนกลุ่มแรกที่นำเสนอผลิตภัณฑ์ที่เป็นไปได้ในเชิงพาณิชย์และเป็นไปได้ด้วยดี

"มันเรียบง่ายมาก แต่เราชอบแนวคิดของการได้ลองอะไรใหม่ ๆ เป็นครั้งแรกของโลกในการทำอะไรแบบนี้" เปกกา ปอสซี กรรมการผู้จัดการของโรงไฟฟ้า Vatajankoski กล่าว