สรุปเทรนด์พลังงานทดแทน ดวงอาทิตย์เทียม-สนามแม่เหล็กจำลอง

แสงอาทิตย์ที่เราสัมผัสทุกวัน ถือเป็นพลังงานสะอาดที่ไม่มีวันหมดสิ้น ซึ่งถ้าเทียบกับการใช้พลังงานทั่วโลก ดวงอาทิตย์สามารถให้พลังงานได้มากกว่าถึง 7 พันเท่าเลยทีเดียว และในปัจจุบันที่หลายประเทศกำลังมุ่งสู่การพัฒนาพลังงานสะอาดมากขึ้น จึงทำให้ปี 2021 มีหลายเทรนด์พลังงานสะอาดที่น่าสนใจ หนี่งในนั้นก็คือการสร้างดวงอาทิตย์เทียม และการใช้สนามแม่เหล็กจำลอง

โดยหลังจากการประชุม COP 26 ช่วงต้นเดือนพฤศจิกายนปี 2021 ที่เมืองกลาสโกว์ สกอตแลนด์ ยิ่งทำให้หลายประเทศทั่วโลก ตื่นตัวไปกับการเปลี่ยนผ่านสู่การใช้พลังงานสะอาดทดแทน เพื่อมุ่งสู่เป้าหมายการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก รวมถึงผลักดันการลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล การใช้ถ่านหิน และการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิโลกให้ได้ 1.5 องศาเซลเซียส ซึ่งหนึ่งในกระบวนการที่จะพาโลกไปสู่เป้าหมายที่วางไว้ ก็คือ การพัฒนาพลังงานสะอาดขึ้นมาทดแทน ซึ่งมีทั้งพลังงานลม พลังงานโซลาร์ พลังงานน้ำ รวมไปถึงการจำลองกลไกการเกิดพลังงานของดวงอาทิตย์

และที่ผ่านมาในปี 2021 เราได้มีโอกาสเห็นข่าวที่ทางสถาบันฟิสิกส์พลาสมา สังกัดสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน เมืองเหอเฟย เมืองเอกของมณฑลอันฮุย ทางตะวันออกของจีน ทดลองสร้างดวงอาทิตย์เทียม หรือ เตาปฏิกรณ์แบบโทคาแมค หรือ Experimental Advanced Superconducting Tokamak หรือ EAST ด้วยการใช้ธาตุไฮโดรเจนชนิดหนัก หรือ Deuterium โดยมีเป้าหมายให้เป็นแหล่งพลังงานสะอาดแห่งใหม่ของจีน 

โดยนักวิทยาศาสตร์จีน ได้พัฒนาดวงอาทิตย์เทียม จนมันสามารถควบคุมการกักเก็บพลาสมา หรือแก๊ซร้อนจัด ที่มีอุณหภูมิทุบสถิติโลก กว่า 120 ล้านองศาเซลเซียสในเวลา 101 วินาทีได้ ซึ่งอุณหภูมิดังกล่าว ให้ความร้อนมากกว่าความร้อนใจกลางของดวงอาทิตย์ประมาณ  7 เท่าเลยทีเดียว นอกจากนี้ ความร้อนที่วัดได้ยังพุ่งแตะไปที่ 160 ล้านองศาเซลเซียสใน 20 วินาทีอีกด้วย 

ทางด้าน นาย หลี่ เม่า ( Li Miao ) ผู้อำนวยการแผนกฟิสิกส์ ของมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีเซาท์เทิร์น ในเซินเจิ้น กล่าวว่า ขั้นตอนการทดลองนี้เป็นก้าวที่สำคัญมาก โดยเฉพาะเป้าหมายการรักษาอุณหภูมิให้คงที่เป็นเวลานาน เพราะถือว่าเป็นขั้นตอนที่จะทำให้เครื่องปฏิกรณ์ “นิวเคลียร์ฟิวชัน” ทำงานโดยให้พลังงานได้มากกว่าพลังงาน “นิวเคลียร์ฟิชชัน” ของเตาปฏิกรณ์โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ปัจจุบัน ดวงอาทิตย์เทียมของจีนอยู่ระหว่างการทดลอง และคาดว่าจะเห็นกระบวนการผลิตพลังงานสะอาดจากดวงอาทิตย์เทียมได้ชัดเจนมากขึ้นในอีก 30 ปีข้างหน้า

หากดวงอาทิตย์เทียมประสบความสำเร็จ ทางศูนย์วิจัยเศรษฐศาสตร์พลังงานของจีน คาดการณ์ว่า เทคโนโลยีนี้ จะเข้ามาเปลี่ยนภูมิทัศน์ด้านพลังงานไปโดยสิ้นเชิง เพราะนิวเคลียร์ฟิวชันจะให้พลังงานสะอาดได้ไม่จำกัดในราคาที่ต่ำอย่างน่าทึ่ง 

ส่วนที่ฝรั่งเศสก็ได้เริ่มการสร้างสนามแม่เหล็กพลังงานสูงที่สุดในโลกเรียบร้อยแล้ว โดยเมื่อเดือนกันยายนที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์จากโครงการ  International Thermonuclear Experimental Reactor หรือITER อีแตร์ จากตอนใต้ของประเทศฝรั่งเศส ได้ส่งมอบ แม่เหล็กพลังสูง เซ็นทรัลโซลินอยด์ (Central Solenoid) เพื่อเตรียมติดตั้ง เข้าไปในแกนกลางของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน 

ตามรายงานของสื่อต่างประเทศ ระบุว่า ชิ้นส่วนของแม่เหล็กนี้ พัฒนาโดยบริษัท General Atomics ประเทศสหรัฐอเมริกา ก่อนส่งมาที่ฝรั่งเศส และยังเกิดขึ้นจากความพยายามของ 35 ประเทศในการควบคุมนิวเคลียร์ฟิวชัน แม่เหล็กนี้ จะถูกใช้เป็น superconductor หรือ ตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด เพื่อสร้างความร้อน และแรงดันที่จำเป็นในสำหรับการผลิตนิวเคลียร์ฟิวชัน 

ที่สำคัญ แม่เหล็กเซ็นทรัลโซลินอยด์ ยังสามารถสร้างสนามแม่เหล็กได้แรงกว่าสนามแม่เหล็กของโลกประมาณ 280,000 เท่า ซึ่งมีพลังมากพอที่จะยกเรือบรรทุกเครื่องบินได้ทั้งลำ และเมื่อติดตั้งสมบูรณ์ แม่เหล็กพลังสูงเซ็นทรัลโซลินอยด์ (Central Solenoid) จะมีความสูง 60 ฟุต (18 เมตร) เส้นผ่าศูนย์กลาง 14 ฟุต ( 4 เมตร) น้ำหนักประมาณ 1,000 ตัน และว่ากันว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันภายใต้โครงการ ITER นั้นมีขนาดใหญ่มากที่สุดในโลก

การทดลองนี้ จะมีลักษณะใกล้เคียงดวงอาทิตย์เทียมบนโลก หรือ Sun on earth ซึ่งแตกต่างจากเครื่องปฏิกรณ์แบบฟิชชันที่ผลิตกากกัมมันตภาพรังสีออกมาก เบื้องต้นนักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งเป้าให้เครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรก สร้างพลังงานได้ 500 เมกะวัตต์ จากอินพุต 50 เมกะวัตต์

 

ส่วนเหตุผลที่ต้องใช้แม่เหล็กอันทรงพลังนี้ ก็เป็นเพราะว่า การจำลองปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่มีลักษณะใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์ ต้องใช้ความร้อนสูง 150 ล้านองศาเซลเซียส ซึ่งอุณหภูมิสูงขนาดนี้ อาจจะหลอมละลายทุกสิ่งอย่างบนโลกได้

ดังนั้น  อีแตร์ (ITER) จึงต้องใช้วิธีการนำแม่เหล็กมากักปฏิกิริยาไว้ในวงแหวน ให้ห่างจากพื้นผิวโลหะ นอกจากนั้น ก็จะมี น้ำ ที่ถูกสูบผ่านไปบนผนังของเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน และเมื่อน้ำได้รับความร้อน ก็จะกลายเป็นไอน้ำ ซึ่งก็จะนำไอน้ำที่ได้นั้นไปใช้ขับเคลื่อนกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า โดยมี เซ็นทรัลโซลินอยด์ สร้างกระแสของพลาสมาที่ทำปฏิกิริยารอบวงแหวนอีกที

โครงการนี้เกิดขึ้นจากความร่วมมือของหลายประเทศ ที่ต้องการสร้างแหล่งพลังงานขนาดใหญ่ที่ปราศจากคาร์บอนเหมือนกับดวงอาทิตย์ ซึ่งตอนนี้ทีมวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ ก็วางแผนที่จะเดินปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันระยะแรกภายในปี 2025 ส่วนเป้าหมายสูงสุด คือ การผลิตพลังงานให้ได้ 10 เท่าภายในปี  2035

หากโครงการเหล่านี้ประสบความสำเร็จ ทั้งหมดนี้จะกลายมาเป็นก้าวสำคัญของมนุษยชาติ ที่จะได้มีแหล่งพลังงานไฟฟ้าสะอาดที่ยั่งยืน และนำโลกบรรลุเป้าหมาย ลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกให้เหลือศูนย์ได้ ภายในปี 2050 ตามที่วางไว้ นอกจากสองโครงการนี้ ที่ยุโรป เอเชีย รัสเซีย และสหรัฐอเมริกา ก็ตื่นตัว และเร่งพัฒนาพลังงานสะอาดเป็นของตัวเองเช่นกัน ซึ่งในปีหน้า 2022 คาดว่าเราคงจะได้เห็นความก้าวหน้าของนวัตกรรมนี้มากขึ้นเรื่อย ๆ อย่างแน่นอน

ขอบคุณข้อมูลจาก

interestingengineering

globaltimes