ใช้ไฟฟ้าเปลี่ยนขยะคาร์บอนเป็น “กราฟีน” วัสดุล้ำค่าแห่งอนาคต
ปัญหาขยะล้นโลกและภาวะโลกร้อน ซึ่งเกิดจากการปล่อยคาร์บอนและก๊าซเรือนกระจกสู่ชั้นบรรยากาศ กำลังจะได้รับการแก้ไขด้วยนวัตกรรมชิ้นใหม่ โดยสิ่งประดิษฐ์นี้สามารถเปลี่ยนขยะซึ่งมีองค์ประกอบพื้นฐานเป็นคาร์บอนทุกชนิด ให้กลายเป็น “กราฟีน” (Graphene) วัสดุมหัศจรรย์แห่งอนาคตที่มีมูลค่าสูงได้
ทีมนักเคมีจากมหาวิทยาลัยไรซ์ (Rice University) ของสหรัฐฯ ผู้คิดค้นกรรมวิธีผลิตกราฟีนจากขยะคาร์บอน ได้ตีพิมพ์รายละเอียดเกี่ยวกับผลงานข้างต้นลงในวารสาร Nature โดยระบุว่าสามารถผลิตผงกราฟีนคุณภาพสูงได้ด้วยวิธีการที่เสียค่าใช้จ่ายน้อย ทั้งยังผลิตได้อย่างรวดเร็วอีกด้วย
มีการสร้างเตาปฏิกรณ์ขนาดเล็กเพื่อให้ความร้อนกับขยะด้วยไฟฟ้า ตามวิธีการที่เรียกว่า “การให้ความร้อนแบบจูล” (Joule heating) หรือ “การให้ความร้อนแบบโอห์ม” (Ohmic heating) โดยจะปล่อยกระแสไฟฟ้าให้สัมผัสกับขยะซึ่งมีความต้านทานไฟฟ้าอยู่ชั่วขณะสั้น ๆ แต่ทำให้เกิดความร้อนได้สูงถึง 3,000 เคลวิน
ความร้อนนี้จะทำลายพันธะคาร์บอนของขยะ และทำให้มันเข้าสู่กระบวนการกลับคืนสู่สถานะพื้น ซึ่งก็คือการกลายสภาพกลับไปเป็นกราไฟต์ (Graphite) แต่อย่างไรก็ตาม นักวิจัยสามารถหยุดปฏิกิริยานี้ไว้กลางทางในขั้นที่มันกำลังกลายสภาพเป็นกราฟีนได้ โดยกระบวนการทั้งหมดใช้เวลาเพียงไม่กี่มิลลิวินาทีเท่านั้น
ศาสตราจารย์ เจมส์ ทัวร์ ผู้นำทีมวิจัยระบุว่า วิธีการผลิตกราฟีนแบบนี้ใช้ต้นทุนต่ำ และสามารถปรับให้เป็นการผลิตระดับอุตสาหกรรมได้ง่าย ทั้งยังเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากกรรมวิธีผลิตไม่กินพลังงานมาก ส่วนก๊าซออกซิเจนและก๊าซไนโตรเจนที่เกิดขึ้นในเตาปฏิกรณ์ก็สามารถดักจับเพื่อนำไปใช้ประโยชน์อีกครั้งได้
ทีมผู้วิจัยเรียกกราฟีนชนิดนี้ว่า “กราฟีนสายฟ้า” (Flash Graphene) เพราะสามารถผลิตได้อย่างรวดเร็วในชั่วพริบตา และไม่ทำให้เกิดของเสียที่จะเป็นมลพิษออกสู่สิ่งแวดล้อม แต่จะมีแสงสว่างจ้าเกิดขึ้นเพียงแวบเดียว ซึ่งมาจากความร้อนส่วนเกินที่เกิดขึ้นระหว่างให้กระแสไฟฟ้ากับวัตถุดิบนั่นเอง
ศ. ทัวร์ กล่าวว่า “ของแข็งที่มีองค์ประกอบพื้นฐานเป็นคาร์บอน สามารถนำมาผลิตเป็นกราฟีนได้ด้วยกรรมวิธีนี้ทั้งหมด ไม่ว่าจะเป็นเปลือกกล้วย เศษอาหาร พลาสติก หรือยางรถยนต์ เราสามารถทำให้ขยะไร้ค่ากลายเป็นวัสดุสูงค่าขึ้นมาได้”
“ผงกราฟีนคุณภาพสูงที่ผลิตได้นี้ จะมีราคาถูกลงกว่าที่จำหน่ายกันอยู่ในปัจจุบันหลายเท่า อาจนำไปผสมกับคอนกรีตเพื่อเสริมความแข็งแกร่งและช่วยลดการผลิตคอนกรีตลง เนื่องจากอุตสาหกรรมประเภทนี้เป็นตัวการสำคัญที่ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถึง 8% ต่อปี”
กราฟีนเป็นวัสดุคาร์บอนที่มีความหนาเพียงอะตอมเดียว และได้รับการขนานนามว่าเป็นวัสดุมหัศจรรย์ เพราะมีความแข็งแกร่งกว่าเหล็กถึง 200 เท่า และนำไฟฟ้าได้ดีกว่าทองแดง โดยเพียงผสมกราฟีน 1% ลงในพลาสติก ก็สามารถทำให้พลาสติกนั้นนำไฟฟ้าได้
หากกราฟีนมีราคาถูกลงและผลิตได้ง่ายขึ้น คาดว่าจะมีการนำมาใช้แพร่หลายในงานด้านเทคโนโลยีหลายแขนง เช่นการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ล้ำยุค แผงเซลล์สุริยะและแบตเตอรีประสิทธิภาพสูง วัสดุประกอบรถยนต์ อุปกรณ์การแพทย์ที่ฝังในร่างกาย รวมทั้งแผ่นกรองน้ำทะเลให้เป็นน้ำจืดบริสุทธิ์
