10 อันดับ พลังงานที่จะขับเคลื่อนศตวรรษที่ 21 (2)

5.การผลิตไฟฟ้าด้วยพลังน้ำ

น้ำสามารถนำมาใช้ผลิตไฟฟ้าได้ ไม่ว่าจะเป็นน้ำตก การไหล กระแสน้ำขึ้นน้ำลง หรือกระแสน้ำใต้มหาสมุทร ปัจจุบันมีการใช้พลังน้ำผลิตไฟฟ้าประมาณ 20% ของการใช้ไฟฟ้าทั่วโลก เดิมมีความเชื่อกันว่าพลังงานน้ำเป็นแหล่งพลังงานธรรมชาติที่มีอยู่มหาศาล ไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงและไม่ทำให้เกิดมลภาวะ จนมีการศึกษาเมื่อไม่นานมานี้ ที่แสดงให้เห็นว่า การผลิตไฟฟ้าจากเขื่อนสามารถทำให้เกิดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และแก๊สมีเทน จากการหมักของซากพืชที่จมอยู่ใต้น้ำ ในบางกรณีแก๊สที่ปล่อยออกมานี้ใกล้เคียงกับแก๊สจากโรงไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล ข้อเสียอื่นของเขื่อน คือ การทำให้ประชาชนต้องย้ายที่อยู่อาศัย เนื่องจากน้ำท่วม ในกรณีของเขื่อน Three Gorges Dams Project ของจีน ซึ่งเป็นเขื่อนขนาดใหญ่ที่สุดในโลกและจะเสร็จสมบูรณ์ในปี 2009 นั้น ประชาชนจะต้องย้ายที่อยู่อาศัยจำนวน 1.9 ล้านคน ขณะที่แหล่งโบราณคดีหลายแห่งต้องสูญเสียไปจากการถูกน้ำท่วม

4. การเปลี่ยนพลังงานความร้อนของมหาสมุทร
(Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC)

มหาสมุทรมีพื้นที่ 70% ของพื้นผิวโลก และน้ำก็เป็นตัวกักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์อย่างหนึ่งในธรรมชาติ OTEC เป็นการใช้ประโยชน์จากความแตกต่างของอุณหภูมิ ระหว่างผิวน้ำด้านบนที่ได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์ กับน้ำเย็นจัดที่ความลึกด้านล่าง มาใช้ในการผลิตไฟฟ้า โรงไฟฟ้า OTEC โดยทั่วไปแบ่งออกเป็น 3 ประเภท

• แบบระบบปิด (closed cycle) ใช้ของเหลวที่มีจุดเดือดต่ำ เช่น แอมโมเนียที่ทำให้เดือดได้เมื่อได้รับความร้อนจากน้ำทะเล โดยใช้ไอที่เกิดขึ้นไปขับกังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และใช้น้ำทะเลที่เย็นจัดลดอุณหภูมิของไอให้ควบแน่น กลับเป็นของเหลว
• แบบระบบเปิด (open cycle) คล้ายกับระบบปิด ต่างกันที่ไม่ใช้ของเหลวตัวกลาง แต่ใช้น้ำทะเลที่อุ่นขึ้นและกลายเป็นไอน้ำความต่ำ ไปผลิตไฟฟ้า จากนั้นไอน้ำจะถูกทำให้เย็นลงด้วยน้ำทะเลที่เย็น ทำให้ควบแน่นกลายเป็นน้ำบริสุทธิ์
• แบบผสม (hybrid cycle) เป็น OTEC แบบระบบปิดในการผลิตไฟฟ้าเพื่อนำไปใช้ทำให้เกิดสภาวะที่น้ำทะเลมีความดันต่ำ สำหรับผลิตไฟฟ้าด้วยระบบเปิด

3. นิวเคลียร์

อัลเบอร์ต ไอน์สไตน์ บอกเราว่า วัตถุและพลังงานนั้นมีเส้นแบ่งระหว่างกันที่ไม่ชัดเจน พลังงานสามารถเกิดขึ้นได้จากการรวมกันของอะตอมของวัตถุ เรียกว่า ฟิวชัน (fusion) หรือการแยกอะตอม เรียกว่า ฟิสชัน (fission) ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิสชันทำให้เกิดรังสีและสารกัมมันตรังสีที่เป็นอันตรายและคงอยู่นานเป็นพันปี ซึ่งจะเป็นอันตรายต่อระบบนิเวศถ้ามีการรั่วไหลออกมา นอกจากนั้น ยังมีข้อวิตกในเรื่องการนำไปใช้ในการทำวุธด้วย

ปัจจุบัน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั้งหมดใช้ปฏิกิริยาฟิสชัน ส่วนปฏิกิริยาฟิวชันนั้น ต้องใช้พลังงานสูงมาก ในการทำให้เกิดและรักษาสภาวะของปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงมากให้คงที่ แต่สักวันหนึ่งปรากฏการณ์ที่เรียกว่า sonoluminescence อาจจะทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันได้แบบเดียวกับดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันขนาดยักษ์ ให้สามารถจำลองลงมาอยู่ในบีกเกอร์ที่บรรจุของเหลวได้ได้

sonoluminescence เป็นประกายแสงที่เกิดขึ้นจากของเหลวชนิดพิเศษที่ถูกกระแทกด้วยคลื่นเสียงพลังงานสูง คลื่นเสียงที่ผ่านของเหลวจะทำให้เกิดฟองขนาดเล็ก ซึ่งจะขยายตัวออกและยุบตัวลงอย่างรวดเร็ว มีแสงเกิดขึ้นจากกระบวนนี้ด้วย แต่ที่สำคัญกว่านั้น ฟองอากาศที่หดตัวลงนั้นมีอุณหภูมิและความดันสูงมาก จนนักวิทยาศาสตร์บางคนคาดว่าน่าจะมีปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเกิดขึ้น

นอกจากนั้น นักวิทยาศาสตร์กำลังอยู่ในขั้นตอนของการทดลองเพื่อหาวิธีในการควบคุมปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันในเครื่องปฏิกรณ์ ที่เกิดจากการเร่งไอออนของไฮโดรเจนมวลหนักในสนามไฟฟ้าพลังงานสูง

2. เซลล์เชื้อเพลิง (fuel cells)

ถ้ามองผ่านๆ เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนอาจจะเป็นพลังงานทางเลือกจากการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลที่สมบูรณ์ที่สุด เนื่องจากเชื้อเพลิงชนิดนี้สามารถผลิตไฟฟ้าโดยใช้เพียงไฮโดรเจนกับออกซิเจน ทำให้ไม่มีมลภาวะ รถยนต์สามารถใช้เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ซึ่งไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพในการให้กำลังดีกว่าเครื่องยนต์แบบจุดระเบิดภายใน แต่ผลของปฏิกิริยายังให้แต่น้ำออกมาเท่านั้น แต่ปัญหาคือ ไฮโดรเจนซึ่งเป็นธาตุที่มีมากที่สุดในจักรวาลนั้น ส่วนใหญ่อยู่ในรูปของโมเลกุล เช่น น้ำ หมายความว่าการผลิตไฮโดรเจนนั้นต้องใช้พลังงาน ซึ่งหลายกรณียังต้องใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล และถ้าเป็นอย่างนั้น ผลบวกที่ได้จากการใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนก็จะกลายเป็นลบ อีกปัญหาหนึ่งของการใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนคือ ต้องใช้ความดันสูงและต้องเก็บในถังขนาดใหญ่ซึ่งยังมีปัญหาเรื่องความปลอดภัย นอกจากนั้นไฮโดรเจนยังมีแนวโน้มที่จะกัดกร่อนภาชนะที่ใช้บรรจุทำให้มีความแข็งแรงลดลง

เมื่อปีที่แล้วบริษัทฮอนด้าได้ออก scooter ที่ใช้เทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิง

1. ปฏิสสาร (antimatter)

ปฏิสสาร เป็นสสารที่ประกอบด้วยคู่ของอนุภาค (particles) กับปฏิอนุภาค (antiparticles) ซึ่งมีมวลเท่ากันแต่มีคุณสมบัติอย่างอื่นของอะตอมตรงข้ามกัน ได้แก่ การหมุน (spin) และประจุ (charge) เมื่อวัตถุตรงกันข้ามทั้งสองชนิดนี้มารวมกัน จะเกิดการทำลายกัน (annihilation) พร้อมทั้งให้พลังงานปริมาณมากออกมาตามสมการของไอน์สไตน์ E = mc²

มีการใช้ปฏิสสารกันแล้วในทางการแพทย์โดยใช้ในงานรังสีวินิจฉัย เรียกว่า positron emission tomography (PET) แต่การจะนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงนั้นยังมีอยู่แต่เพียงในนิยายวิทยาศาสตร์
ปัญหาของการใช้ปฏิสสารคือ การที่วัสดุชนิดนี้มีอยู่น้อยมากในจักรวาล การผลิตสามารถทำได้แต่เพียงในห้องปฏิบัติการ ซึ่งมีปริมาณน้อยมากและมีค่าใช้จ่ายสูง ถ้าแก้ปัญหาในเรื่องการผลิตไปได้ ก็ยังคงมีปัญหาว่าจะเก็บไว้ได้อย่างไรกับสิ่งที่จะเกิดปฏิกิริยาการทำลายเมื่อสัมผัสกับสิ่งอื่น รวมทั้งการควบคุมพลังงานที่เกิดขึ้นว่าจะทำอย่างไร

นาซา ได้ทำการวิจัยในผลิตปฏิสสาร เพื่อวันหนึ่งอาจจะใช้ในการขับเคลื่อนยานที่จะส่งมนุษย์ไปยังดวงดาว แต่ผู้เชี่ยวชาญต่างก็เห็นว่า ความฝันเรื่องยานอวกาศที่ใช้พลังงานจากปฏิสสารอย่างในนิยายวิทยาศาสตร์เรื่อง Star Trek นั้นยังคงอีกไกล